CFG桩在软土地基深层处治中的应用研究

摘要 针对软土地基稳定性差、承载力低等问题，可用CFG桩凝聚桩间土，分化地基荷载。但是为保障CFG桩应用效能，需结合软土分布情况，明确CFG施工要点，有效治理软土地基，使其承载力符合公路建设要求。因此，文章基于某高速公路项目，分析CFG桩在软土地基深层处治中的应用情况，明确CFG桩加固原理、施工要点，借此提升高速公路工程建设质量，促进城市交通体系的完善。

关键词 CFG桩；软土地基；深层处理；软基治理

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0120-03

0 引言

软土地基在公路建设中较为多见，影响着公路桩基结构的承载能力、公路营运安全。因此，须深层处治软土地基，提升其稳定性、承载力等。CFG桩为低强度混凝土桩，可利用桩间土承载力将公路荷载传递到深层地基内，起到治理、加固软土地基的作用。CFG桩技术具有成本低、结构简单、适应性强的优势，可满足各类公路的桩基建设要求。但在应用CFG桩时，应基于地基承载力设计，管控CFG桩技术指标，保障软土地基深层处治效果。

1 项目概况

某高速公路项目，主线路为双向四车道，设计速度80 km/h，路基宽25.5 m，主要技术指标如表1所示。该项目线路较长，穿越了岩溶化山地地貌、构造溶蚀地貌、侵蚀构造单面山地貌区等三种地貌单元区，且受区域构造影响较大。地质调查表明：拟建路线存在不良地质作用，主要表现为崩塌、不稳定斜坡、岩溶、泥石流等。特殊性岩土主要有高液限土、软土。因此，拟采用CFG桩深层治理路段内软土地基，确保软基路段基础承载力符合建设要求。

2 CFG桩技术的应用情况

CFG桩由桩基、桩周土和桩体组成，C、F、G分别代表水泥、粉煤灰与碎石，多用于公路、建筑地基加固。CFG桩黏结强度高，桩身强度等级为C15～C20，全桩可产生侧向摩擦力，增加土层内桩端阻力，能够与垫层、桩间土层形成复合地基，增强地基稳定性。

公路运营后，车辆荷载作用会使CFG桩产生沉陷，需依据公路荷载力大小，合理设计CFG桩桩长、桩径、桩底垫层。上述项目中，K5+030.00～K5+260.00、K5+480.00～K5+780.00、K5+920.00～K6+160.00路段均采用CFG桩工艺，桩长、桩径是以项目地质勘察资料为基础设施计算，具体数据如表2所示。其中K5+030～K5+260路段为构造溶蚀中山地貌，包含浅层软弱土层、有机质土层，施工前应先换填处理地基，设置排水通道。其他路段以填方路基形式通过软弱土、有机质土分布区域，以及软土层厚度较大地段，全部采用CFG桩，桩长设计为12～15 m。

3 CFG桩在软土地基深层处治中的施工要点

3.1 测量放样

测量放样的目的是计算CFG桩施工前工程量，明确路基点位、高程、轴线，确认高速公路软基开挖时的纵横断面。①施工人员需建立“导线网”，依据CFG桩技术要求，现场布置CFG控制网点，网点避开沉降变形高危区，且通视条件良好[1]。控制网点可设置在基坑外，以减少对施工作业的影響，但平面区域内控制点不得少于3个。②基于控制网点开始放样测量，加强CFG桩软土处理时的平面控制。测量方法是以《工程测量规范》（GB50026—2007）与《地形图图式》为核心，应用RTK采集剖面测量、钻孔孔位测量数据，配合地面调查、勘探等工作获取地质信息，整合数据资源后借助南方CASS6.1测量软件成图，为CFG桩施工提供数据支持。

3.2 施工前准备

基面清理。施工前在代表性地段试桩，试桩数量不少于2根，确认成桩方案可行性后，设计CFG桩工艺参数，确定CFG桩混合料配合比、材料要求、技术规范、质量标准，明确CFG桩施打顺序、材料坍落度和搅拌时间[2]。

钻机就位。清理软基区域建筑垃圾，挖除表面杂填土，CFG桩停灰面为地面清表线下30 cm。平整场地后，钻机就位，检查钻头、桩位中心点是否处于同一直线上，调整钻机使其达到水平状态。固定钻机，设置钻机的运行参数，可利用铅锤调整钻机垂直度，使其垂直度偏差小于1%，避免在钻孔时出现移位情况，确保钻孔施工质量。

材料制备。按照CFG桩混凝土强度等级，控制水泥、水、碎石等材料配比。例如，上述项目中CFG桩材料配比为水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶水=6%∶13%∶26%∶55%∶8.7%。水泥选用强度等级为32.5的新鲜硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水为饮用水。碎石材料干燥、洁净，强度、耐磨性均符合要求，颗粒形状有棱有角，粒径约为30～50 mm，含泥量不超过10%。砂石洁净度符合要求，含泥量小于5%。CFG桩桩头为混凝土预制，桩头体积约为0.081 m3。混合料由专用罐车运至现场，进场后检查材料坍落度，材料坍落度控制在160～200 mm[3]。

3.3 钻孔进孔

钻进时关闭钻机钻头阀门，将移动钻杆向下，钻头紧贴地面。钻孔作业坚持“先慢后快”原则，钻入后避免钻杆摇晃，减少钻孔偏差，出现钻杆摇晃、进尺困难现象时，放缓钻进速度，预防桩孔偏斜、钻杆损坏。钻入深度符合设计标高后停止钻孔，钻机上需记录标高、标记位置。施工人员可依据不同软基作业面标高差异增减钻入深度，使孔深符合CFG桩设计要求，保障成桩质量[4]。

3.4 压灌成桩

（1）钻孔深度符合设计值后，用混凝土泵车泵送混合料，灌入钻孔后缓慢提升钻杆。压灌成桩时需一边泵送混凝土混合料，一边拔管。现场安排专业人士指挥，协调泵送、钻机操作人员，使泵送、钻杆提升作业同时进行、相互配合。

（2）严格控制钻杆提升速度，每分钟小于3 m。含水砂层需放慢钻杆提升速度，预防塌孔或断桩风险。提升钻杆时，混合料表面应持续高于钻杆底的出料口，直到桩顶、作业面平齐。灌注结束后用黏土封顶，以保护CFG桩桩顶，黏土厚度为50 cm左右，可同时起到防损、防冻作用。

（3）检查CFG桩成桩质量，测算桩位误差。纵向、横向允许偏差为5 cm，桩体的垂直度允许偏差为1%。成桩后，及时清理桩顶浮土，再回填30 cm级配碎石，碾压密实后作为桩基基础垫层，最后用吊线测算桩体垂直度、钻杆倾斜度、桩位误差，确保CFG桩符合要求。

3.5 成桩后处理

单桩施工结束后移动钻机到下一桩位。由于钻孔期间会产生灰尘，相邻桩位会被覆盖，所以钻机移位时应确认好桩位，就位后再次固定钻机使其平稳，随后依据钻孔深度标记信息进行钻孔[5]。单桩施工结束后，及时清理CFG桩桩间土、破桩头，加强地基检测。桩间土清理采用人工+小型机械方式，注意不得影响成桩质量，桩周围可预留20 cm保护层。切割桩顶时，切入深度应小于50 cm，可配合楔子截除桩头。完工后实施桩基检测，确认CFG桩身完整性和承载力、桩体强度。凿除CFG桩顶后，若桩体顶面标高低于桩头地面标高，需用强度高一级的混凝土接桩，接桩区域桩径大于设计桩径约20 cm，与既有桩体咬合长度大于20 cm。

成桩15 d后实施“竖向静载试验”，检查桩身荷载能力，或通过低应变检测试验逐一检查桩长、桩身均匀性和完整性，同时进行定性检查。低应变检测试验方法是应用ZK-5机械阻抗法检测仪单桩检测，评定桩体缺陷、桩身结构。有效测试范围为桩长、桩径比值小于30，摩擦端承桩、端承桩比值可小于50。

3.6 注意事项

3.6.1 预防窜孔

CFG桩为低强度混凝土桩，可加固处理软土地基、增强公路桩基结构稳定性，使其承载力符合要求。但软土层中包含粉细砂、饱和粉土时钻孔作业会扰动软土土体，引起土体液化情况，继而造成窜孔现象，影响成桩质量。为预防该问题，需在CFG桩施工期间加强窜孔防治。①对于包含粉细砂、饱和粉土的软基区域，适当增加CFG成桩间距，避免钻孔作业影响其他桩体，降低窜孔发生率。②结合土层结构，科学选用钻机，钻孔时严格控制钻进速度。易窜孔区域内可适当减少打桩数量，或实施隔排跳打的方法完成施工作业。钻孔后及时清理孔内弃土。③窜孔问题发生后及时处理。如在提升钻杆期间窜孔，应立即停止提升钻杆，连续泵送混合料，直到窜孔桩的液面回升到原本位置。

3.6.2 避免堵管

CFG桩施工中，堵管现象较为多见，表现为钻杆内管路堵塞、混合料无法进入钻孔，长时间堵管后混合料会硬结、失水，影响成桩进度。造成堵管的原因较多，混凝土混合料配置不到位、拌和时间过短过长、粉煤灰掺入量少都会改变混合料和易性，引起管路堵塞现象。

为预防堵管，应优化混合料配比设计，合理选用材料，精准控制、計算粉煤灰掺入量，比如，粉煤灰掺入量应控制在60～80 kg/m3左右。此外，因为CFG桩桩身为圆柱体，混合料在水泥砂浆层润滑后会与钻杆的管壁分离并进入钻杆管路，灌入桩孔。混合料拌和过程中坍落度过大、泵送压力过大会使混合料泌水，材料离析后会增加摩擦力造成堵管。所以配置混合料时，应确保塌落度在160～200 mm左右，拌和时可掺入适量泵送剂预防堵管。

钻机缺陷会导致堵管。比如，钻头密封性不足时，承压水及其内部的细砂会从缝隙进入钻杆芯管内部导致砂塞，混合料泵送时砂塞会堵住钻头阀门。因此，施工前后还应检查钻头密封性，施工结束后立即清洗输送管。最后，钻头弯头曲率半径过大、过小会造成堵管，需基于CFG桩的施工参数，科学选用弯头，降低堵管概率。

3.6.3 桩头空芯

桩头空芯由排气阀故障引起，钻孔时，排气阀故障后管内空气量增加，管内空气无法及时排出后，桩体结构存气，容易形成“空芯”。为预防空芯，应注意观察排气阀状态，堵塞后立即清洗、疏通。为减少排气阀故障，施工前后应保证泵送混合料、提升钻杆操作的一致性，避免钻头土掉入桩孔后堵塞阀门。

3.6.4 缩经、断桩

针对CFG桩缩经、断桩问题，还应严格控制拔管速度。在地下水丰富的钻孔位置，拔管速度应调整为2～2.5 m/min，钻头埋深控制在0.5 m左右。另外，施工期间需备足混合料，随钻随灌注，避免停工待料。

4 深层处治软土地基CFG桩的质量管理

根据CFG桩施工设计对桩体材料进行质量管理，确保桩材符合实际需要。成桩前，依据CFG桩施工设计，抽样制作混凝土试块，标准养护后测定其抗压强度。拌和CFG桩混合料时，混凝土上料顺序应为“先碎石（卵石）后水泥、粉煤灰”，后加入泵送剂、砂，粉煤灰、水泥、泵送剂应在砂、石掺入流程之间，每盘拌和时间大于1 min。

钻机就位后，钻杆应垂直于桩位中心，容许偏差50 mm。可用钻架+垂球方式找正桩身垂直度，使CFG桩垂直度偏差小于1%。隔排钻孔时应遵守施工顺序，预防窜孔。最后，CFG桩成孔符合设计标高后停止钻进，钻杆芯管内混合料充满后拔管，禁止先提管后泵料。钻杆提升时应在泵送停止后提拔，不得连续、超速提拔，成桩后提拔速度约为2～3.5 m/min。

应用桩机卷扬设备提升沉管线时，需控制好提升速度，可在提升一段距离后停止提升，留振后再次提升。留振时间、拔管快慢为质量控制要点，控制不当会导致桩端桩体水泥量过少，桩顶浮浆多，混合料离析后桩身强度不均，继而产生“缩径断桩”风险。控制拔管速度时，可通过试验获取最佳速度值，平均拔管速度应控制在1.2～1.5 m/min左右。

填筑CFG桩时，其填筑量应符合成桩体积，避免灌注成桩期间出现桩身断裂情况。此外，还需要按照原材料配比，控制桩体底部混凝土垫层厚度，基本厚度小于10 cm。成桩后还应结合道路条件，定期检查CFG桩承载力、强度，发现异常后立即干预。

5 结语

综上所述，在软土地基深层处治中应用CFG桩时，还应加强软地基路段地质勘测，汇总软土地基地质信息，依据公路项目的建设需求、线路分布情况，制定软土地基CFG桩施工方案。为最大限度地发挥CFG桩应用效果，应规范CFG桩施工操作，严格管理放样测量、钻孔、混合料配置等关键环节，施工前落实技术交底、技能培训工作，使一线工人掌握CFG桩工艺要点，以保障CFG桩施工质量，提升公路建设水平。

参考文献

[1]莫艳合， 梁冰心. CFG桩复合地基参数变化对软土地基处理的影响分析[J]. 西部探矿工程， 2023（9）： 15-18.

[2]梁飞. 高速公路软土地基路堤变形影响因素分析[J]. 山东交通科技， 2022（5）： 81-84.

[3]苏鹏. 复合多桩在软土地基处理中的应用[J]. 山西交通科技， 2022（5）： 40-42+104.

[4]张小莉，伍翔飞，王迎丰，等. 孔内强夯碎石桩+CFG桩在软土地基处理中的应用研究[J]. 低温建筑技术， 2022（5）： 123-128.

[5]赵钱. 路桥施工技术处理软土地基的方法研究——以S06酒（泉）嘉（峪关）绕城高速公路工程为例[J]. 工程技术研究， 2022（10）： 79-83.

收稿日期：2023-11-13

作者简介：孙晨（1988—），男，本科，工程师，从事路基设计工作。