鄭西客專西安北環(huán)路基CFG樁復(fù)合地基

楊 勃

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教，陜西 渭南 714000）

客運專線運營速度快，對線路平順性能要求高，然而路基在軟弱區(qū)域沉降量比較大，很難滿足客專路基沉降量要求。為了降低路基沉降，需要對路基進(jìn)行必要的處理，目前我國常用的加固路基的一種方法就是CFG樁（CementF1yashGravelPile簡稱）加固方法。CFG是水泥、粉煤灰、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁。樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成CFG樁復(fù)合地基，適用于處理淤泥質(zhì)黏土、軟土及承載力在200kPa左右的較密實性土。鄭西客運專線西安樞紐客運北環(huán)線路基工程（以下簡稱北環(huán)線工程）路基基底處理采用沖擊碾壓+CFG樁。該施工段于2007年6月施工，施工前先對路基地表耕植土進(jìn)行清除，清表平整后進(jìn)行沖擊碾壓，然后采用CAD60型螺旋鉆成孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁工藝進(jìn)行CFG樁施工。該里程共有CFG樁數(shù)6623根，開挖樁數(shù)3540根，受檢的應(yīng)變樁354根均為Ⅰ類樁，合格率達(dá)100%。地基變形計算深度范圍內(nèi)的地層為第4系全新統(tǒng)沖積黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂。此種土體結(jié)構(gòu)地基壓縮變形較大，必須采用采用沖擊碾壓+CFG樁進(jìn)行加固處理。

1 CFG樁復(fù)合地基作用機(jī)理

1.1 褥墊層的作用機(jī)理 從北環(huán)線工程應(yīng)用來看，在復(fù)合地基中，樁體的壓縮模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土的壓縮模量，樁在豎向荷載下產(chǎn)生的變形要小于土的變形，褥墊層能夠起到協(xié)調(diào)這種變形的作用。樁體刺入褥墊層，構(gòu)成褥墊層的顆粒狀散體材料不斷補(bǔ)充到樁間土表面上，基礎(chǔ)通過擠壓褥墊層和樁間土接觸，使得樁和樁間土始終參與工作，并使樁間土在樁體沉降不斷增加的情況下，能不斷發(fā)揮其承載力作用。隨著時間的推移，樁和樁間土的荷載分擔(dān)趨于正常值。

1.2 CFG樁的置換作用 復(fù)合地基的置換作用主要取決于樁體材料的組成，CFG樁中的細(xì)骨料粉煤灰可增加樁體的粘結(jié)強(qiáng)度，而且具有明顯的后期強(qiáng)度。在復(fù)合地基增強(qiáng)體（樁體）系列中，CFG樁的置換作用最強(qiáng)，而且可以全長發(fā)揮側(cè)阻作用，加大樁長可使復(fù)合地基置換作用顯著提高，承載力也有所增強(qiáng)。CFG樁復(fù)合地基的面積置換率較低（一般在10%以內(nèi)），樁對土的影響相對較小，北環(huán)線工程設(shè)計的CFG樁樁徑0.4m，有效樁長12m，樁間距1.5m，置換率為5.6%，換率較低，所以樁間土具有類似天然地基的性狀。CFG樁一般按C7.5～C15混凝土強(qiáng)度等級設(shè)計。西安樞紐客運北環(huán)線路基工程CFG樁身混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級C10，其樁身壓縮性能明顯比周圍土體要小，故能使復(fù)合地基強(qiáng)度提高，達(dá)到置換作用。

1.3 CFG樁的擠密作用 北環(huán)線工程通過運用CFC樁，使樁間土的正壓力σx增加較大，σx增大對樁承載力有2個方面影響：

1）σx是樁間土對樁側(cè)的正壓力。正壓力的提高，使樁的側(cè)摩阻力加大，從而提高了樁的豎向承載力。

2）在針對樁體材料的室內(nèi)三軸試驗中，σx的作用相當(dāng)于圍壓σ3，加大圍壓可提高樁體的抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)CFG樁樁頂部位抵抗受壓破壞的能力。

2 CFG樁的檢測

2.1 CFG樁承載力的確定 在設(shè)計階段，可按下式確定復(fù)合地基承載力：

式中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；

m為面積置換率；

Ra為單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap為 樁的截面積（m2）；

β為樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時取大值；

fsk為樁間土承載力特征值（kpa），宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時，可取天然地基承載力特征值。

實際工程中，有條件先在擬建場地做現(xiàn)場載荷試驗，可為設(shè)計提供可靠的設(shè)計參數(shù)。而很多情況下是在無試驗資料條件下按式（1）估算復(fù)合地基承載力，但要結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，合理確定Ra，fsk，β等的取值。出于對工程安全的考慮，希望公式計算值接近但不大于載荷試驗結(jié)果，而大量試驗結(jié)果表明，公式計算結(jié)果一般不大于載荷試驗結(jié)果。

結(jié)合工程實際在考慮諸多因素的情況下，對復(fù)合地基承載力普遍經(jīng)驗公式進(jìn)行修正，得出考慮邊載影響的承載力修正公式：

式中：α為樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)；

λ為邊載修正系數(shù)，建議取λ=1.0～1.2。

2.2 CFG樁的檢測方法

2.2.1 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗，其加載設(shè)備采用一臺200t的油壓千斤頂，現(xiàn)場以平臺堆載作反力，承壓板采用直徑為157.5cm、面積為1.947m2的圓形鋼板，每級加載量采用壓力表控制；利用4塊量程為30mm對稱布置的百分表進(jìn)行沉降觀測，加載方式采用慢速維持荷載法，分級等量加載，每級加載值64.4kPa，最大試驗加載644kPa，共分10級。卸載應(yīng)分級進(jìn)行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍。沉降觀測與沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)范要求進(jìn)行。平板載荷試驗設(shè)備儀器的安裝見圖1所示。

圖1 平板載荷試驗設(shè)備儀器安裝示意圖

2.2.2 單樁豎向抗壓靜載試驗 單樁豎向抗壓靜載試驗，只是樁體獨自承受上部荷載而已。加載設(shè)備采用一臺200t的油壓千斤頂，現(xiàn)場以平臺堆載作反力，每級加載量采用EHB-2000型的標(biāo)準(zhǔn)測力儀控制；利用2塊量程為30mm對稱布置的百分表進(jìn)行沉降觀測。加載方式采用慢速維持荷載法，分級等量加載，每級加載量為83.8kN，共分10級，最大試驗荷載為838kN，其中第一級加載量可取分級荷載的2倍。卸載應(yīng)分級進(jìn)行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍。沉降觀測與沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)范要求進(jìn)行。

2.3 試驗結(jié)果分析

2.3.1 單樁復(fù)合地基靜載荷承載力特征 從靜載荷試驗成果（見圖2）可以看出：單樁復(fù)合地基點2008-S0、2008-S1、2008-S2、2008-S4、2008-S5、2008-S7、2008-S8、2008-S10的 P-s曲線比較平順，說明隨著載荷試驗的逐級加載，地基在各級荷載作用下，其沉降量在較為均勻的變化，在最終荷載648kPa作用下，沉降量也無明顯增大，表明地基極限承載力不小于648kPa。取最大試驗荷載一半作為承載力的特征值如表1所示。

圖2 P-S曲線確定承載力特征

表1 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗承載力特征值

2.3.2 單樁豎向抗壓靜載試驗承載力特征 從單樁豎向抗壓靜載試驗 2008-S3、2008-S6、2008-S9的Q-s曲線基本承緩變化（見圖3所示），

圖3 單樁Q-S曲線確定承載力特征值示意

說明試樁在各級荷載作用下，沉降量變化梯度不大，直至在最終荷載838kN作用下，沉降量變化較小，趨于穩(wěn)定狀態(tài)，加固效果良好。承載力最大值與最大沉降量的關(guān)系如表2所示。

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗承載力特征值

3 結(jié)束語

CFG樁復(fù)合地基具有顯著提高地基承載力，減少地基變形等特點，是一種考慮樁土共同作用是一種經(jīng)濟(jì)型的地基處理方法。以復(fù)合地基靜壓結(jié)果數(shù)據(jù)看，北環(huán)線工程路基處理所采用的組合型復(fù)合地基的應(yīng)用，可使復(fù)合地基的承載力得到大幅度的提高，地基變形得到有效降低和控制。

另外采用比較先進(jìn)的檢測方法和儀器可以準(zhǔn)確評價CFG樁的各項性能。為CFG樁更好的應(yīng)用提供了很好的數(shù)據(jù)支撐。