论CFG 桩加固高速路桥软弱地基的技术

高 毅

[中路黄河（山西）交通科技集团有限公司,山西 太原 030000]

0 引言

我国部分地区地质条件复杂多变，存在软弱地基、地下水位高、地震活动频繁等不利因素，给高速公路桥梁的建设、维护带来巨大挑战。需采用有效加固技术提高地基的承载力，保证高速公路桥梁结构安全[1]。CFG桩是一种新型地基加固技术，由水泥、粉煤灰和水按一定比例混合而成的桩基机构，通过专用打桩机械打入地基中形成桩体，与周围土体形成有效的复合地基，具有成本低、施工快等优点，已在我国高速公路桥梁工程中得到广泛应用[2]。该文旨在探讨CFG 桩加固高速公路桥梁软弱地基的技术，为今后类似项目的设计和施工提供参考。

1 CFG 桩加固地基的机理

1.1 CFG 桩的加固和作用机理

（1）置换作用：CFG 桩在地基中形成的桩体，可以置换掉部分软弱土层，减少地基的总体变形量，提高地基的整体刚度。

（2）褥垫层作用：CFG 桩的顶部铺设一层褥垫层，可以将上部结构的荷载均匀地传递给桩体和桩间土，避免局部荷载集中，降低桩顶的应力水平[3]。

（3）挤压密实作用：CFG 桩在地基中的沉管和拔管过程，可以对周围的砂土和粉土产生挤压作用，使其密实度增加，承载力提高，沉降减小。

1.2 CFG 桩的桩体、桩间土和褥垫层的具体作用

（1）锚固作用：通过桩体与地基土的摩擦力、黏结力抵抗上部结构的水平力，提高桥梁稳定性。

（2）隔水作用：通过桩体的密实性，阻止地下水的上升，降低地基的含水率，减少地基软化。

（3）桩间土作用：桩间土与桩体相互作用形成整体，共同承受上部结构的荷载，提高地基整体承载力。

（4）缓冲作用：桩间土的变形可缓解桩体的应力集中，减少桩体破坏。

（5）褥垫层作用：CFG 桩的褥垫层是指桩顶部铺设的一层厚度一般为0.5 m 左右的碎石或碎砖等材料，可以起到调整均化作用，即通过褥垫层的厚度、密实度的调整，使上部结构荷载分布更加均匀，避免局部荷载集中。褥垫层的硬度、韧性可保护桩顶不受上部结构冲击[4]，延长桩顶使用寿命。褥垫层的土工格栅或钢筋网等材料可用于连接桩体和上部结构，增强桩体、上部结构的整体性。

2 CFG 桩施工流程和施工技术

2.1 施工流程

CFG 桩施工主要流程：①场地平整：清理平整施工场，为后续施工提供良好的条件；②放样定位：施工前根据设计图纸定位CFG 桩的桩位、桩号；③埋桩头：施工前将钢管一端埋入地面，作为CFG 桩桩头[5]；④钻机就位：将钻机移动到指定桩位，与钢管连接；⑤振动沉管：使用钻机振动功能将钢管沉入地下形成桩孔；⑥投料拔管：用泵送机械将混合料从钢管的上端输送到钢管下端，同时用钻机将钢管从桩孔中提出，形成CFG 桩；⑦移机：将钻机从一个桩位移动到另一个桩位，进行下一根CFG桩的成孔和成桩；⑧砍桩头：使用切割机切除桩头部分，使桩顶与地面平齐；⑨接扩头桩：成桩过程中用钢筋、混凝土连接桩顶与扩头桩桩底，形成CFG 桩复合基础；⑩铺设褥垫层：成桩过程中，用砂石或碎石铺设一层褥垫层[6]。CFG 桩施工工艺流程见图1。

图1 CFG 桩施工工艺流程

2.2 施工技术

CFG 桩的成孔技术：①需使用成孔设备，如钻机等进行成孔作业，成孔后灌注混合料形成桩体；②为保证桩体的质量，需使用全站仪等仪器测定桩体位置，采用间断跳打方法，避免桩体缩径或挤压[7]；③CFG 桩加固范围需包括所有的软弱地基，以提高地基承载力及抗变形能力。CFG 桩的成孔施工工艺流程见图2。

CFG 桩的成桩技术：①使用输送泵、混凝土搅拌机等机械设备进行成桩施工；②清理桩底杂物的同时配制混合料，按照规定的压力、速度将混合料灌入桩孔中形成桩体；③严格控制配料及灌注过程，保证成桩质量[8]。CFG 桩的成桩施工工艺流程见图3。

图3 CFG 桩的成桩施工工艺流程

3 CFG 桩质量控制要点

CFG 桩的质量控制要点主要包括CFG 桩的质量要求及施工阶段的质量控制。

3.1 CFG 桩的质量要求

CFG 桩的主要质量要求如下：

（1）按照设计要求控制桩距误差≤100 mm，以保证桩体、桩间土的有效配合。

（2）垂直度偏差≤1%，保证桩体受力均匀稳定。（3）桩径根据土层情况、荷载要求确定，误差≤5%。

（4）CFG 桩长根据地基层的深度、承载力确定，误差≤10%，桩身强度≥20 MPa，桩顶高需超出设计标高50 cm，保证桩体穿透能力及锚固效果[9]。

3.2 CFG 桩施工质量控制要点

CFG 桩施工质量控制要点如下：

（1）施工前，进行成桩工艺性试验，确定技术参数和工艺方法。试验中要记录电流、压力、速度等数据，作为后续施工的依据和参考。

（2）施工时，根据土层性质和桩距选择合理的桩位施工顺序。对于软弱地基，采用隔桩跳打方式，避免桩间相互影响；对于满堂布桩，需按照一定规律进行对称施工，保证桩基均匀稳定。

（3）施工后，做好沉管记录，反映土层变化和桩体质量。每沉管1 m 记录一次电流数据，与试验数据对比，检查桩体的密实度、完整度，验证工程地质勘察资料的准确性。

（4）基于沉管记录调整桩长及桩机抬架位置，保证桩长准确、桩机适应。根据沉管深度、设计深度的差值调整桩长；根据沉管阻力、桩机性能的匹配调整桩机抬架位置。

（5）控制拔管速度，保证混合料充分灌注。拔管速度一般控制在0.6～0.8 m/min，避免混合料的分离、凝结，造成桩体空洞、裂缝，同时防止混合料溢出，造成桩体过度灌注，桩顶超高。

（6）检测混合料用量保证混合料的强度及稳定性。按照桩孔的容积、混合料密度计算用量，进行试块试验，避免影响桩体质量[10]。

（7）测定桩顶标高，桩顶标高一般比设计标高高0.5 m 左右，避免桩顶暴露或破坏，避免桩顶被埋没或污染。

（8）凿除桩头，保证桩顶的平整清洁。用锤子、钢筋剪等工具沿桩顶的外圈，自上而下，自外而内，逐层逐圈凿除，直到桩顶与设计标高相符或略低于设计标高。

（9）铺设褥垫层，保证褥垫层的厚度、密实度符合要求。用铲车或人工，将碎石或碎砖等材料分层铺筑在桩顶上，每层厚度约0.1 m，用碾压机进行碾压，铺设褥垫层的上下层应用土工格栅进行搭接，保证褥垫层的连接及整体性。

（10）控制CFG 桩垂直度，保证CFG 桩的受力均匀稳定。用垂球或水准仪等仪器进行检测，保证CFG桩的垂直度误差不超过1%，避免CFG 桩的偏斜。控制CFG 桩的垂直度的时机是在成孔、成桩阶段，成孔、成桩过程中需及时检测调整CFG 桩的垂直度。

4 CFG 桩常见问题出现的原因及解决措施

4.1 桩体断桩的原因和预防措施

CFG 桩断桩会影响桩基的承载力，其主要原因包括：①配合比不佳，桩体强度减弱；②搅拌不充分，桩体内部应力增大；③保温不到位，影响混合料的流动性、稳定性，桩体的收缩、开裂增多；④拔管速度过快，桩体的空洞裂缝增加，易断桩。

断桩的预防措施包括：①控制好配合比，按照设计要求和施工条件制成均匀的混合料，进行试块试验，保证混合料的质量和数量；②加强搅拌，使用专用的搅拌机，将水泥、粉煤灰和水充分搅拌成均匀的混合料，避免分离和凝结；③做好保温，使用保温罐或保温车，将混合料从搅拌站输送到打桩机，保持温度在15 ℃以上；④控制好拔管速度，使用专用打桩机，按照规定的速度，将钢管从桩孔中提出，保证灌注和充填度，避免裂缝。

4.2 混凝土泵送管堵管的原因和预防措施

造成混凝土泵送管堵管的原因包括：①气候环境骤变，影响混合料的温度及流动性，导致混合料的凝结硬化；②工序衔接不合理，混合料坍落度变化，导致堵管；③混合料运送不及时，泵送不连续，导致堵管；④泵送机械检修不及时，影响泵送机械作业时突发故障，导致堵管。

堵管的解决措施主要包括：①降低泵管温度，采用洒水降温措施，保持混合料的温度稳定；②坍落度变化明显的混合料需重新运送到搅拌站进行重新搅拌，恢复混合料的流动性、稳定性；③加快混合料运送速度，使用专用保温运输设备，加快混合料运送，减少混合料停留时间，保持混合料的温度及流动性；④及时检修泵送机械，定期或不定期进行清洗、润滑、维护等工作，保证泵送机械的性能正常；⑤固定人员，有效通信，确定好各工序的负责人、操作人员，使用通信工具及时沟通协调，保证工序衔接顺畅。

4.3 CFG 桩桩体承载力不足的原因和预防措施

桩体承载力不足会影响CFG 桩的安全性，甚至导致桥梁结构失效。

桩体承载力不足的原因：①桩体未穿透地基或置于夹层上，导致桩体承载力不足；②桩长设计不合理，未根据地基层的深度、承载力及上部结构荷载要求合理确定桩长，导致桩体承载力不足。

桩体承载力不足的解决措施如下：①施工前仔细核查地质情况，确保施工时桩体能够深入地层；②如发现桩体、桩长等设计不合理，施工方需及时向设计方反应，提出变更要求，设计方需结合实况及变更要求及时变更设计；③必要时可重新沉管或增加桩长，保证桩体的穿透能力、锚固效果，提高桩体承载力，或增加桩径、桩密度，保证桩体刚度，提高桩体承载力。

5 CFG 桩加固处理建议

为保证CFG 桩加固处理的质量和效果可采取以下措施：

（1）做好土质勘察，获取地基的实际情况和土质特性，确定CFG 桩的设计参数，以及选择合适的成孔及成桩技术。

（2）结合现场情况，调整优化CFG 桩的设计方案，适应地基的变化和需求，提高CFG 桩承载力、稳定性，降低CFG 桩的成本和时间。

（3）严格遵守规范，采用合理的施工方法和操作技巧，进行CFG 桩的成孔、成桩、质量控制等工序，保证CFG 桩的施工质量及效率，保证CFG 桩安全可靠，避免出现质量问题。

（4）加强监督管理，CFG 桩加固处理中加强对CFG 桩施工过程、施工结果的有效监管。采用合适的检测方法，仪器检测评价CFG 桩的承载力、完整性和强度等指标，保证CFG 桩的检测质量及施工精度，提供CFG桩的施工记录日志，保证CFG 桩质量符合要求。

6 结论

综上所述，CFG 桩复合基础的应用对于保证高速路桥工程质量及施工安全意义重大。CFG 桩施工时，需按照设计要求、施工条件进行成桩工艺性试验，验证CFG桩的施工可行性，确定CFG 桩施工参数，为后续施工提供依据；做好沉管记录、拔管速度、混合料量、桩顶标高、桩头凿除、褥垫层铺设、CFG 桩垂直度等方面的质量控制，保证混合料充分灌注及桩孔充填度，避免桩体出现空洞、裂缝，防治断桩变形，从而保证CFG 桩施工质量。