CFG桩复合地基在高速深厚软基处理中的应用

刘新兵

（新疆路桥北疆工程建设有限公司，新疆 昌吉 831100）

一、CFG桩复合地基施工技术概述

CFG桩复合地基主要基于碎石桩基础，按照设计比掺加粉煤灰、石屑、水泥及拌和用水，是黏结强度较高的刚性桩结构，也被称为水泥粉煤灰碎石桩。CFG桩复合地基能够在其长度范围内充分发挥桩端承载力和桩身摩擦力，且桩体强度在C8～C15范围内可调，能有效解决桩身材料强度不足带来的问题，显著提升地基结构承载力，进而达到消除深厚软基液化的目的。CFG桩不仅能够与褥垫层和桩间土共同构成黏结强度较高的复合地基，还能避免或调整复合地基与土体之间的差异沉降。

二、工程背景

YH高速公路31+895～34+45段为深厚软土路基，结合工程实际情况，选取其中长度60m的31+895～31+955段作为试验段，实施CFG桩复合地基加固试验。试验段紧邻H特大桥东桥头，CFG桩设计桩径0.5m，桩长17m，按照三角形布置，采用振动沉管法施工，插入下卧层深1m。通过两种不同桩间距调整地基刚度，保证桥头段地基刚度渐变过渡，适应桥头段和正常路段对沉降量的不同要求，避免发生桥头跳车等问题。在CFG桩顶设置厚度40cm～50cm的砂石褥垫层，调整桩土荷载分担比，避免桩基底面应力过于集中，保证CFG桩复合地基承载力。

根据室内土工试验，YH高速待加固段软土路基土层包括亚黏土、淤泥质土及黏土层，其中亚黏土层实际含水量26.9%、湿密度1.98g/cm、孔隙比0.75、塑性指数14.6%、压缩系数0.38MPa、压缩模量4.85MPa；淤泥质土层实际含水量78.1%、湿密度1.56g/cm、孔隙比2.17、塑性指数24.9%、压缩系数2.12MPa、压缩模量1.84MPa；黏土层实际含水量23.8%、湿密度2.1g/cm、孔隙比0.64、塑性指数17.7%、压缩系数0.23MPa、压缩模量12.1MPa。根据现场十字板剪切试验结果可知，淤泥质土不排水抗剪切强度为20kPa，并可通过圆孔扩张理论计算沉桩引发的挤土效应。

YH高速软土路基加固处理中,CFG桩设计桩径0.5m，使用的普通硅酸盐水泥强度等级42.5，粗集料为粒径3.0cm～5.0cm的碎石料，桩体设计强度C12，桩顶碎石垫层必须选用粒径2.0cm～5.0cm的清洁碎石料，并在桩顶垫层内层铺设延伸率在3.0%以下、纵横向抗拉强度至少80kN/m和60kN/m的钢塑土工格栅；CFG桩打设深度应不小于软土层厚度的1.0m，打设间距设计包括2.0m和2.5m两种。

三、CFG桩复合地基加固深厚软基施工

CFG桩施工工艺包括长螺旋钻施工和振动沉管施工两种，考虑到工程区内地下水位较高，待加固地基主要为饱和软黏土，通过长螺旋钻孔灌注成桩存在较大难度，所以综合比较后工程施工方决定通过振动沉管机开挖施工，并在打桩过程中配合使用钢筋混凝土预制桩尖。在CFG桩施工过程中，需严格按照设计要求连续施打和隔桩隔排跳打，隔桩隔排跳打的顺序应为单排双桩号、双排单桩号、单排单桩号和双排双桩号。结合试桩情况可知，跳打施工后的桩身质量略差于连打施工桩身质量，因此应采用从中间向两侧连续退打的方式，避免设备压断桩身及跳打所致的地基不平等病害，减少桩机往返移动频次，缩短施工进度，提升工效。

CFG桩施工结束后需完成桩身低应变检测。检测结果显示，Ⅰ类桩、Ⅱ类桩在全部CFG桩中分别占比65.2%和34.8%，Ⅱ类桩大多存在桩体浅部和桩头处的质量问题，需在桩顶褥垫层施工前补强Ⅱ类CFG桩。

四、成桩质量试验

钻孔取样已达到龄期的CFG桩，以便检测实际桩长和桩身完整性，并可通过CFG桩单桩和复合地基静载试验，检测单桩和复合地基的加固效果。

（一）试件抗压强度试验

在施工过程中，技术人员随机取样拌和均匀的混合料，根据设计要求预制尺寸15cm×15cm×15cm的标准试件，并按要求在养护28d后展开抗压强度试验，试验强度应控制在18MPa～25MPa，试件抗压强度至少6MPa。

（二）钻孔取芯检验

按照时间要求钻孔取芯，除2.5m间距的18#桩发生12.5m以下深度取芯偏离外，其余CFG桩均按试验规程取芯至桩底，且长度均在15.0m～16.5m范围内，钻孔取芯检验结果如表1所示。

表1 CFG桩钻孔取芯检验结果

进一步对所得CFG桩钻孔取芯结果实施抗压强度试验，结果表明桩体实际抗压强度在14.8MPa～29.7MPa范围内，且均大于6MPa的桩体设计强度。

（三）静载试验

按照《建筑桩基技术规范》《建筑地基处理技术规范》等相关规定，采用一级加荷至稳定状态后再实施下级加荷，分别选择桩间距2.0m和2.5m的成桩各1组，共实施2组CFG桩单桩静载试验，试验需安排在成桩至少两个月后，CFG桩龄期明显高于28d。根据CFG桩单桩静载试验荷载-沉降量曲线，沉降量曲线出现陡降的起始点为其极限承载力基本值2450kPa，累计沉降量在75mm～90mm区间内变化。

为分析CFG桩复合地基实际承载力受桩顶碎石褥垫层影响的程度，分别实施无褥垫层的静载试验和褥垫层完整的静载试验。无褥垫层静载试验即复合地基静载试验场内并未设置褥垫层，仅找平设计厚度，并将砂垫层铺设在荷载板之下。在CFG桩顶部形成碎石褥垫层情况下的CFG桩复合地基静载试验的荷载-沉降量曲线如图1所示。

图1 有褥垫层的CFG桩复合地基静载试验荷载-沉降量曲线

（四）成桩质量分析

由CFG桩成桩质量试验结果可知，其试件抗压强度完全符合桩体设计要求，表明该工程CFG桩材料配合比准确合理，成桩质量有保障。钻孔取芯结果显示，CFG桩实际桩长完全能够穿过高速深厚软弱淤泥质黏土层，进入硬塑性强的粉质黏土层。试验所得的CFG桩单桩极限承载力达2450kPa，如以其1/2为承载力基准，则其取值为设计承载力的3倍，符合相关规范要求。该工程软弱路基段设计填土厚度为4.0m～5.0m，综合考虑路面行车荷载及安全储备，复合地基承载力应保持在145kPa～180kPa范围内，符合软弱地基上覆荷载相关要求。

五、结语

通过分析该工程深厚软基处理中CFG桩复合地基应用问题得知，在路基填筑施工过程中，CFG桩复合地基桩间土应力随行车荷载的增大而增大，并在预压期内桩间土压力呈整体上升趋势，且为重新分配应力，不断调整桩间土和桩顶所承受的荷载量，而桩土应力比出现略微下降趋势。CFG桩复合地基总压缩变形仅为预压路段的10%，填土施工期间压缩量为施工总变形量的60%，经过加固处理后，施工路段深厚软基符合高速公路路堤工后沉降的控制要求。