CFG桩复合地基在道路软基问题中的应用实例

2021-07-15叶张颜

黑龙江交通科技 2021年6期

叶张颜

(恩施州公路管理局，湖北恩施 445000)

0 引言

近年来，我国公路建设飞速发展。但由于地质结构复杂，公路建设中面临的地基问题也日益复杂。地基处理不好，将对路基的稳定和安全造成不利影响，加重后期养护成本。软土地基问题成为影响公路质量和运营安全的关键因素之一。目前，各类地基处理技术和方法中，水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)成为典型代表，得到大力推广和广泛应用。

在恩施地区CFG桩属于新桩型，由于施工经验少，控制难点多，易出现质量事故。因此质量控制要求较严格，除严格执行施工要求外，成桩以后的检测显得尤为重要。

1 工程实例

1.1 工程基本概况

本工程地处209国道恩施龙凤坝至谭家坝段，拟修建C20片石混凝土路堤墙，地基承载力满足设计大于等于400 kPa要求后浇筑基础和墙身，再于路堤墙顶面填筑达到路基设计顶面高程。场地属构造侵蚀剥蚀丘陵地貌，地形起伏不大。路线沿丘陵沟谷地貌略呈弧线形展布，坡顶及沟槽处分布残坡积层，为紫红-黄褐色软塑状含碎石粉质黏土，厚度不大，潮湿～湿，工程地质力学性质相对较差。地表水、地下水均不发育。

为了保证C20片石混凝土路堤墙基础的承载能力，建设单位对现场进行勘察，检测情况显示该施工段路基地层分布有填筑土、种植土、粉质粘土，局部地基分布有淤泥质粘土，结构松散、欠固结、均匀性差，物理力学性质较差，压缩性高、承载力低；局部地段处于原堆积体之上且地下水较为丰富，还有处于稻田、淤泥段且常年积水的地基。

1.2 地基处理方案确定

地基处理设计时，应本着安全、适用、经济的原则，选取最佳的地基处理形式，目的就是为工程建设缩短工期，减少投资。根据本场地土质情况，勘察报告提出了几种技术可行的处理方案：(1)挖淤换填处理；(2)取消路堤墙采用填方填筑；(3)CFG桩挡墙基础加固。

其中挖淤换填工程量大，且施工现场淤泥不便于运输，淤泥堆弃不利于环保。如果取消路堤墙采用填方填筑，填方边坡1∶1.5会增加占地面积，施工现场征地协调难度大，还需拆迁两栋房屋。而CFG桩挡墙基础加固，施工进度快，并能对路堤墙基础持力层有效加固，保证地基承载力。通过对以上方案从技术经济、社会效益各方面比较得出结论，决定选取CFG桩加固地基更合理。

1.3 CFG桩复合地基设计

本工程中CFG桩桩长采用12.0 m和9.0 m两种，桩径均为50 cm，正三角形布置，桩间距为1.2 m，单桩承载力特征值分别为1 000 kN和700 kN，采用振动沉管法施工，穿透软土层进入持力层不小于50～100 cm。处理宽度14 m，长150 m，处理完后CFG桩复合地基承载力特征值不小于400 kPa。

2 CFG桩复合地基处理效果分析

2.1 现场开挖测试

为验证CFG桩的质量，深度不一地开挖了五根桩，具体桩号为：A2-13、A3-15、B1-10、C3-11、S1-8。从表1所示的开挖实际情况来看，本次施工的CFG桩外壁表面光滑，桩径均匀，未发现断桩、严重缩颈等不良现象，尤其坍落度控制在3～5 cm，成桩效果好。同时，少量桩身混凝土中也存在夹层的情况，分析其原因是由于提钻太快泵送混合料跟不上提钻速度或者是相邻桩太近串孔造成。

表1 CFG桩现场开挖测试汇总表

2.2 抽芯桩身混凝土抗压强度试验

本次试验共从三根桩抽取了3组芯样制作成10 cm×10 cm×10 cm标准试样，进行了单轴抗压强度试验，试验结果列于表2。

从表2中的抗压试验效果看，CFG桩混凝土强度均大于设计值C20，强度分布均匀，自上而下，混凝土强度逐渐提高，下部混凝土由于有效高压力，密实性、均匀性较上部好。

表2 桩身混凝土抗压强度汇总表

2.3 低应变测试

低应变测试以反射波法进行，主要目的检测桩身结构完整性。根据桩的弹性波振动的时域曲线和频率曲线的表现特征，分析桩身混凝土质量及桩身完整性，对桩身质量做出评价。

通过多次试验，选择了正确的击发、接收措施，测试效果良好，共测试102根桩，典型的测试波形图如图1所示。所测波速正常，平均波速3 427 m/s，除D-7号桩1.7 m处存在轻微缩颈外，其余各桩桩身良好，桩底清晰，Ⅰ类桩占总桩数的92%，由此证明施工质量良好。

图1 低应变典型波形图

2.4 单桩静载荷试验

对该试验段随机抽取六根CFG桩作为试桩进行单桩竖向静载荷试验。试验时各单桩均压至破坏，将荷载—沉降观测原始结果进行汇总计算分析，竖向静载荷试验成果见表3。

表3 单桩竖向静载成果表

按照上述数据加以说明分析，q-s曲线如图2所示。从q-s曲线图上可以看到，B-5、C-13两桩曲线较类似，至破坏前，q-s曲线沉降量随荷载增加而逐渐加大，变化较均匀。当荷载加至最后几级时，q-s曲线出现巨变，至最后一级，曲线陡降。卸载后，回弹量小，表明此时桩端已产生刺入破坏。

图2 试桩q-s曲线汇总图

根据以上静载荷试验结果可以判定：桩长12 m的单桩极限承载力在1 350～1 00 kN之间，比理论计算值1 000 kN提高了35%～40%。桩长9 m的单桩极限承载力在800～1 000 kN之间，比理论计算值700 kN提高了14%～42%左右。这说明是摩擦型桩，该理论计算比较确切，提高的量值是由于内侧摩阻力存在。

2.5 复合地基检测

CFG桩施工结束后，对该试验段进行了1组四桩复合地基竖向静载荷试验。设计群桩复合地基承载力为4 200 kN。经测设四桩承台极限承载力值大于5 200 kN，比理论计算值(4 200 kN)至少提高22%以上，由于总沉降量8.37 mm，根据埋设土压力计测试表明，地基土受力极小，因此四桩承台极限承载力有较大富裕，可以达到6 400 kN以上。

在桩顶土体不同位置埋设了土压力计，测试结果如图3所示。测试结果表明荷载达到设计值(4 200 kN)125%，群桩仍未破坏，此时桩顶土压力计显示受力1 200 kN，而土体土压力计显示仅仅1～2 kPa。群桩复合地基试验表明，只有当沉降量达到一定数量，地基土承载力才会真正发挥出来，对于沉降到8.37 mm时，承载力主要由CFG桩承担。有一点可以说明由于群桩效应，承载力衰减百分量小于10%，这是因为到5 200 kN时，群桩荷载仍未达到极限。实际四根桩最大荷载5 800 kN。由此可以分析桩间距在1.2 m时，群桩效应最明显，效果也最好。