探究CFG樁在沿海高速公路軟基處理中的應(yīng)用

■廖萬(wàn)明 ■武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000

1 CFG樁加固軟基原理

CGF樁是水泥煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，它主要由水泥、碎石和石屑組成，然后加水?dāng)嚢韬笮纬筛哒扯鹊膹?qiáng)度柱。CGF樁復(fù)合基地主要是通過(guò)褥墊層與基礎(chǔ)連接，無(wú)論樁處于一般的土層還是堅(jiān)硬的土層，都可以保證樁間土始終參與施工過(guò)程。在樁體較大的強(qiáng)度和模量比樁間土的作用下，樁間的應(yīng)力大于樁間表面的應(yīng)力，CFG可以將承受的重量轉(zhuǎn)移到較深的土層中，以此來(lái)減少樁間土的承載壓力［2］，在樁的作用下，復(fù)合地基的承載力提高，樁變形也就變少。同時(shí)，CFG樁不裝置鋼筋，所以樁體可以利用工業(yè)的廢棄物作為參合物，大大降低工程的施工成本。

2 CFG的設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程中所用CFG主要是呈三角形分布，樁的半徑為0.4米，樁長(zhǎng)為13米到18米不等。樁之間的間距為1.5米。采用由遠(yuǎn)及近，由密到疏的方式排列。設(shè)計(jì)要求單樁的承載力應(yīng)該大于200kN，單樁復(fù)合地基的荷載量為140kPa。在成樁的過(guò)程中，抽樣做混合料試塊，每臺(tái)機(jī)械負(fù)責(zé)一組的試塊，其邊長(zhǎng)為150立方米。測(cè)定其立方體28噸抗壓強(qiáng)度。在沉管成樁和拔管的過(guò)程中，啟動(dòng)馬達(dá)，振動(dòng)沉管至設(shè)計(jì)深度，停機(jī)。然后拔管，拔管時(shí)啟動(dòng)馬達(dá)，振動(dòng)6秒后再進(jìn)行拔管，拔管啟錘使混合料振密。成樁后浮漿厚度不超過(guò)20厘米。

3 CFG的施工工藝

3.1 原材料的準(zhǔn)備和配合比設(shè)計(jì)

配合比的設(shè)計(jì)步驟如下:首先在施工前要按照設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的配合比實(shí)驗(yàn)，本項(xiàng)目采用的配合比是水泥:砂:碎石:水:粉煤灰為150∶750∶1150∶81。在施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制配合比，按照要求來(lái)配置混合料。振動(dòng)沉管灌注成樁施工時(shí)的沉降度應(yīng)該在100mm左右，完成樁后的樁頂浮漿厚度不大于200mm。關(guān)于原材料，應(yīng)該選用頂級(jí)的粉煤灰，注意控制燒失量。采用3種不同類型的碎石參和配比，其中，碎石含泥量小于2%，使用的砂為中砂，含泥量不大于3%，水泥為32.5號(hào)普通的硅酸鹽水泥，使用的水為深層的地下水［3］。

3.2 準(zhǔn)備施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備

進(jìn)行施工前應(yīng)該清除施工現(xiàn)場(chǎng)的雜物，整平土地且碾壓地表。然后驗(yàn)收測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)樁位布置圖進(jìn)行樁位的布置，控制好樁，采用白灰的標(biāo)志對(duì)樁進(jìn)行編號(hào)和記錄。要事先計(jì)算好樁長(zhǎng)、沉管沒(méi)入土里的深度，確定機(jī)架的高度和沉管的長(zhǎng)度，讓施工設(shè)備按要求運(yùn)行。施工現(xiàn)場(chǎng)主要的機(jī)器設(shè)備有振動(dòng)沉管打樁機(jī)、混合料攪拌機(jī)和混合料運(yùn)輸車等。

3.3 進(jìn)行試樁實(shí)驗(yàn)

在CFG樁正式開工前，應(yīng)該根據(jù)高速公路的地質(zhì)情況選擇代表性的工作地點(diǎn)，至少要制作5根工藝的試樁，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工藝控制數(shù)據(jù)，包括樁機(jī)的配重和沉管、拔管的速度、施工順序和、坍落度、充盈系數(shù)等數(shù)據(jù)。經(jīng)檢驗(yàn)合格后，同時(shí)保證全面收集各方面的數(shù)據(jù)并確認(rèn)無(wú)誤后即可按照相關(guān)程序施工。

3.4 采用樁機(jī)

首先必須調(diào)整沉管和地面成直角，確保垂直的偏差小于1%，在施工現(xiàn)場(chǎng)可以采用鉆架上懸掛小球的方法測(cè)量出該孔的垂直度，也可以采用樁機(jī)自帶的垂直角度調(diào)整機(jī)器的垂直度［4］。需注意的是，在施工現(xiàn)場(chǎng)前，每根樁都要進(jìn)行樁位垂直度的檢查。

4 公路軟基處理中加固原理及應(yīng)用

我國(guó)沿海廣泛分布著淤泥、充填土等飽和的軟弱黏土層，這類土壤含水量較大，壓縮性高，透水性也差。在這類軟地基上修建高速公路容易發(fā)生沉降量過(guò)大、差異沉降和連續(xù)沉降的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就要采用軟基處理的方法，包括樁基、深層攪拌樁、粉噴樁及真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓、塑料排水板等。但是當(dāng)?shù)鼗幚淼姆秶^(guò)大時(shí)，以上處理方法的工程成本就很高，工期也很長(zhǎng)。因此，可以結(jié)合CFG樁和低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水法處理公路軟地基問(wèn)題。

4.1 強(qiáng)夯法簡(jiǎn)介

強(qiáng)夯法也叫動(dòng)力固結(jié)法，這種方法的優(yōu)勢(shì)是加固效果明顯、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在碎石土、砂土和低飽和度的粉土和黏性土等地基加固中。但是如果是地下水位埋藏很淺的飽和粘性土地基，因?yàn)榈鼗暮扛?、黏性含量多、滲透性也比較差，所以強(qiáng)夯法的使用一直存在著很大的爭(zhēng)議。一些學(xué)者在研究和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，突破了傳統(tǒng)的施工方法，完善了豎向排水條件，結(jié)合其他的加固方法，強(qiáng)夯法已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用在飽和粘性的地基中［1］。

4.2 低能量強(qiáng)夯聯(lián)合降水法加固原理

低能量強(qiáng)夯法聯(lián)合真空降水法是根據(jù)飽和軟黏土的動(dòng)力特性和上面提到的動(dòng)力固結(jié)機(jī)理，結(jié)合強(qiáng)夯技術(shù)和真空井點(diǎn)降水技術(shù)，形成了一種新的復(fù)合式動(dòng)力排水固結(jié)法，這種方法同時(shí)結(jié)合了動(dòng)力固結(jié)法的優(yōu)勢(shì)和排水固結(jié)法的優(yōu)勢(shì)，利用真空井點(diǎn)可以產(chǎn)生較大的排氣量，有著很大的真空度特點(diǎn)，加速?gòu)?qiáng)夯產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力減輕，促進(jìn)孔隙水排出。只有這樣，才能提高軟黏土的固結(jié)度，從而避免強(qiáng)夯過(guò)程中橡皮土的出現(xiàn)。

低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水法可以提高土體強(qiáng)度，逐步加速動(dòng)力排水固結(jié)的進(jìn)程。它的特點(diǎn)是在實(shí)行強(qiáng)夯前采用真空降水，降低地下水位，從而減少土體的含水量和飽和度。在地基軟化后，地下水位可能會(huì)發(fā)生變化，土體也可能會(huì)產(chǎn)生較大的壓縮變形。強(qiáng)夯后可以采用真空排水，加速孔隙水壓力的消散和軟土固結(jié)，在實(shí)施夯擊中，先對(duì)淺層軟土進(jìn)行加固，然后等到淺層土排水土體強(qiáng)度提高后，再逐漸加大強(qiáng)夯法的能量，促進(jìn)深層軟土的加固。

4.3 低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水地基加固方案的提出

某工程是鐵道部和當(dāng)?shù)厥姓餐顿Y建設(shè)的項(xiàng)目，它的建設(shè)有利于完善當(dāng)?shù)氐慕煌w系，促進(jìn)沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。該工程地點(diǎn)位于某市東南部，臨近沿海，占地240000㎡，堆高為5層，箱區(qū)的堆高為4層。軟土地基處理面積很大。場(chǎng)地地貌屬于河口、砂嘴、砂島區(qū)，表層土為黃褐色的粘質(zhì)的粉土層，淺層地下水分布在粉砂層中，深層地下水非常豐富。土體性質(zhì)決定該場(chǎng)地土層的厚度分布不均勻，經(jīng)過(guò)地基承載力的核算和變形分析結(jié)果，如果不采取措施解決，地基承載力就無(wú)法符合要求，而且還會(huì)造成大面積的不均勻沉降，因此必須對(duì)該土層進(jìn)行有效的加固處理?？紤]到本工程地下水埋藏深，地基加固面積較大，技術(shù)難度高，故決定在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水進(jìn)行地基加固。設(shè)計(jì)要求必須達(dá)到以下強(qiáng)度和沉降標(biāo)準(zhǔn):(1)地基加固的深度應(yīng)該大于7米;(2)振動(dòng)碾壓后淺層地基的承載力應(yīng)該不小于160kPa;(3)保持表面地基的平整和剛度，按照?qǐng)龅鼐鶆蚝统两档臉?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工;(4)地基表層，包括人工填土層，內(nèi)的地基回彈模量應(yīng)該不小于35MPa;(5)在施工后的沉降高度應(yīng)該小于30cm，不均勻沉降應(yīng)該在1%以下。

在降水設(shè)計(jì)方面，為了保證地基夯擊效果，各個(gè)地區(qū)使用的試驗(yàn)降水參數(shù)不同，其中第一、二區(qū)第一遍夯前、三區(qū)第一遍夯后采用淺層和深層管結(jié)合，相間布置的方式降水。確定場(chǎng)區(qū)地基處理大面積施工采用低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水的地基處理方法。具體施工工藝為:在降排水方面，在強(qiáng)夯加固區(qū)6m的位置開挖寬為1m，深2m的明溝，明溝之間是相互溝通的;在井點(diǎn)降水方面，針對(duì)這個(gè)工程應(yīng)該采用一區(qū)的降水方式。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，CFG樁在沿海高速公路軟基處理中發(fā)揮了重要作用，低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水法在沿海高速公路建設(shè)施工中取得了成功，有關(guān)建設(shè)部門應(yīng)該組織專業(yè)人員收集試點(diǎn)工程和研究的資料，根據(jù)工程中的具體情況決定采用CFG樁還是低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水加固技術(shù)，必要的時(shí)候，還可以把二者結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。

［1］裴哲，李煒東.低能量強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水在沿海新填軟土地基處理中的應(yīng)用［J］.工業(yè)建筑，2008，S1∶650－655.

［2］洪寶寧，陳析.CFG樁在高速公路滑塌路段軟基處理中的應(yīng)用［J］.公路交通科技，2004，21(3):18－21.

［3］程欣.CFG樁在加固高速公路軟基滑塌路段中的應(yīng)用［J］.中國(guó)公路，2010，(13):108－109.

［4］何結(jié)兵.CFG樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)體系的理論研究及數(shù)值分析［D］.河海大學(xué)，2010.