軟土路基中CFG樁的應(yīng)用研究

陳敬生

摘要：本文介紹了軟土及軟土路基的定義和特點，探討了CFG樁在軟土路基中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：軟土路基；CFG樁

前言

多年來，我國在沿海地區(qū)以及黃土高原軟土地基的處理研究已經(jīng)取得了豐富的經(jīng)驗，但是軟土路基的病害也時有發(fā)生，尤其是橋頭跳車現(xiàn)象嚴重，影響著道路的使用功能。由于橋頭與路堤沉降差異太大，造成交通事故，反復(fù)根治不僅耗費資金，還造成嚴重的社會影響。本文結(jié)合泉州市濱江路（39號路～南環(huán)路）工程實例，介紹CFG樁在軟土路基的應(yīng)用情況。

1 軟土及軟土路基

淤泥、淤泥質(zhì)土及天然強度低、壓縮性高、透水性小的一般粘性土統(tǒng)稱為軟土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點。軟土路基是修建在軟土地區(qū)的路基，主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動破壞的穩(wěn)定問題和量大且時間長的沉降問題。

2 軟土地基處理施工技術(shù)

軟土地基處理施工具體方法有幾十種，常常多種方法綜合應(yīng)用。按加固性質(zhì)，主要有以下幾類：

（1）表層處理法：砂墊層、反壓護道和土工聚合物處治。

（2）換填法：開挖換填法、拋石擠淤法和爆破排淤法。

（3）重壓法：堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓和真空預(yù)壓加堆載預(yù)壓法。

（4）垂直排水固結(jié)法：砂井、袋裝砂井和塑料排水板。

（5）其他軟基處理：旋噴樁、粒料樁和生石灰樁。

本文主要介紹CFG樁在泉州市濱江路（39號路～南環(huán)路）軟土路基中的應(yīng)用，CFG樁是粒料樁的一種類型。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱（即cement flying-ash gravelpile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。

3 泉州市濱江路（39號路～南環(huán)路）道路工程概況和地質(zhì)條件

3.1 工程概況

泉州市濱江路（39號路～南環(huán)路）道路工程，位于泉州市城東片區(qū)，北起城東片區(qū)的39號路，在K14+099.814規(guī)劃路口處接南環(huán)路，樁號范圍K10+000～K14+099.814，路線全長4.099814km，道路全長均處于軟基地段。具體的斷面設(shè)計為：

3.2 地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，擬建道路場地巖土層的分布及其特征自上而下分述如下：

（1）填筑土①：屬新近回填，呈灰黃、棕紅等色，松散狀態(tài)。

（2）種植土②：屬近代耕作層。呈灰色、灰褐色，松散狀。

（3）中液限粘質(zhì)土③：為有機質(zhì)高液限粘質(zhì)土（淤泥）上部硬殼層。呈褐黃色，可塑狀為主。

（4）有機質(zhì)高液限粘質(zhì)土④：屬全新統(tǒng)海積層。道路沿線均有分布。呈深灰色，飽和，軟塑～流塑，成份主要由粘、粉粒組成，含有機質(zhì)，有腐嗅味，切面光滑，韌性較高，干強度一般，無搖振反應(yīng)，切面較光滑，海積成因。

（5）中液限粘質(zhì)土⑤：呈褐黃、青灰等色，以可塑為主，局部為硬塑。

（6）含細粒土砂⑥：呈淺灰色為主，飽和，總體呈稍密，顆粒級配一般或較差。

（7）含細粒土礫砂⑦：灰黃、灰白色，飽和，總體呈中密，級配較好，磨圓度較好，顆粒成份以石英為主。

（8）殘積中液限粘質(zhì)土⑧：呈淺黃、灰白等花斑色，硬塑狀。

（9）全風(fēng)化花崗巖⑨：該層呈灰白、灰黃等色，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

（10）強風(fēng)化花崗巖⑩：該層根據(jù)風(fēng)化程度不同可分為砂礫狀強風(fēng)化巖（⑩a）和碎塊狀強風(fēng)化巖（⑩b）兩亞層。

（11）中風(fēng)化花崗巖11：呈灰黃、灰白色，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

（12）微風(fēng)化花崗巖12：部分路基鉆孔及橋位鉆孔有揭露，揭露厚度0.5～5.7m。

4 CFG樁軟土路基處理

4.1 CFG樁的處理應(yīng)用

軟土路基處理主要控制路基工后沉降和穩(wěn)定性，一般路段工后沉降S≤30cm，與涵洞或箱型通道銜接處工后沉降S≤20cm，橋臺與路堤相鄰處工后沉降S≤10cm。路基穩(wěn)定性驗算采用固結(jié)有效應(yīng)力法，營運期路基穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.2，施工期不小于1.1。

軟土厚度是選擇軟基處理方法的重要依據(jù)，根據(jù)地勘報告，本項目中軟土為有機質(zhì)高液限粘質(zhì)土，有機質(zhì)淤泥的有機質(zhì)含量高達6.2%～10.1%，靈敏度高達7.3～13.3，屬于高超靈敏土，將給軟基處理帶來很大困難，必須引起高度重視。有機質(zhì)高液限粘質(zhì)土④：分布較穩(wěn)定，厚度較大，屬高壓縮性軟弱土，力學(xué)強度低，未經(jīng)處理不宜直接作為路基使用，也不能直接作為管道、擋土墻、涵洞的持力層。另該層在7度地震作用下有產(chǎn)生震陷的可能，需采取相應(yīng)的抗震措施。

本項目軟土地基設(shè)計在考慮軟土的各項技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟土的分布范圍、厚度，路基填土高度，所處位置（橋頭、涵洞、通道、一般路堤）及工程允許的工期等各方面因素的基礎(chǔ)上，對不同地段采取了不同的加固措施。大部分地段屬于灘涂回填用地，軟基特性明顯，軟土厚度最大近20m，前期安吉路的軟基處理采用旋噴樁和袋裝砂井+等載預(yù)壓，袋裝砂井最終最大沉降量達1488mm，旋噴樁最大沉降量138mm。經(jīng)過對軟基采用旋噴樁處理一些數(shù)據(jù)的比對，對軟土厚度大于15m的軟基，攪拌樁大于15m底部成樁效果很差，其工后沉降量遠遠大于設(shè)計值，不宜采用旋噴樁的處理方法。該濱江路軟土厚度較大達20m，根據(jù)控制各路段工后沉降的設(shè)計原則，在K10+120～K12+250段設(shè)計時主要采用CFG樁軟基處治措施。

CFG樁+褥墊層+欠載預(yù)壓：CFG樁單樁承載力170-290kN，復(fù)合地基承載力90～180kPa。適用于填土高度小于5.0m，地基處理深度>13m軟土地段或填土高度大于5.0m，地基處理深度≤25m軟土地段。CFG樁樁徑40cm，三角形或正方形布置，樁間距1.3～2.0m，樁頂設(shè)置50～60cm厚碎石墊層，墊層中間鋪設(shè)一層TGSG80復(fù)合鋼塑土工格柵，當(dāng)樁間距≥2.0m時，在樁頂設(shè)置樁帽，樁帽1.0×1.0×0.35m，強度為C25，樁長根據(jù)軟土深度確定，CFG樁應(yīng)打透軟土層并進入硬層0.5m，CFG樁采用振動沉管灌注成樁施工工藝。

圖2-般路段的CFG樁軟基處理

本圖為CF6樁設(shè)計圖。CFG樁采用干振沉管法施工工藝。雨污管槽位置CFG樁應(yīng)設(shè)高于管槽基礎(chǔ)底面50cm的保護樁頭的保護樁頭，待CFG樁施工完畢28天并檢測合格后，開挖基坑，敲掉上部50cm樁頭，施工管槽。

4.2 材料要求

CF6樁樁徑40cm，樁體原材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，材料按C15砼配比。水泥應(yīng)為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用Ⅱ級或Ⅲ級袋裝粉煤灰，碎石、石屑雜質(zhì)含量小于5%，混合料坍落度控制在3cm～5cm，28天齡期標(biāo)準試塊抗壓強度不小于6.9MPa。施工前應(yīng)由室內(nèi)試驗室進行配比試驗，施工時按配合比配制混合料。成樁過程中，應(yīng)抽樣做混合料試塊，每臺機械每天至少應(yīng)做一組（不少于3塊）試塊，標(biāo)準養(yǎng)護，測定其抗壓強度。場地清表（淤）換填砂填料（砂礫）要求含泥量不大于5%。

4.3 CFG樁打至邊坡線，打透軟土層并進入硬層50cm

4.4 軟基施工應(yīng)嚴格按照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTGF10-2006執(zhí)行

4.5 CFG樁施工控制

路基范圍內(nèi)水（魚）塘、溝渠、河流，必須先做好圍堰排水等工作，清理并整平施工場地，在施工CF6樁之前先鋪設(shè)30cm的砂墊層，然后根據(jù)設(shè)計進行樁位放樣，場地低洼或水塘地段應(yīng)先排水清淤后再回填粘性土（不得回填雜填土）至整平高程。

（1）CFG樁施工前應(yīng)進行試樁和工藝試驗，以檢驗設(shè)備、工藝是否適宜，確定選用的技術(shù)參數(shù)是否滿足設(shè)計要求。成樁工藝性試驗樁數(shù)5根，通過試樁確定材料配比；工藝試驗宜結(jié)合工程樁進行，試驗過程中注意觀測新打樁對未硬結(jié)和已硬結(jié)的已打樁的影響。

（2）CFG樁施工前應(yīng)預(yù)埋混凝土樁尖，樁尖埋入地表以下30cm，長度不計入樁長。

（3）CFG樁鉆機就位后，應(yīng)用鉆機塔身的前后和左右的垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿，校正位置，使沉管垂直對準樁位中心，確保CFG樁垂直容許偏差不大于1%。

（4）CFG樁施工時務(wù)必要隔行隔樁跳打，相鄰樁施工時間間隔大于7天?？刹捎脧闹行南蛲馔七M的方案，或從一邊向另一邊推進的方案。

（5）為防止縮頸、斷樁及樁身強度不均，CF6樁沉管時間宜短，拔管速度控制在1.2～1.5m/min，不允許反插。

（6）CFG樁施工過程中，密切關(guān)注地面隆起及樁頂浮漿情況，必要時進行樁體靜壓。

（7）CFG樁施工工程中，抽樣做混合料試塊，每臺機械每天應(yīng)做一組（3塊）試塊（邊長150mm的立方體），標(biāo)準養(yǎng)護，測定其立方體抗壓強度。其28天齡期標(biāo)準試塊抗壓強度不小于b.9Mpa。

（8）CFG樁加固小型結(jié)構(gòu)物地基時，樁頂設(shè)50cm保護樁長。

（9）CFG樁樁間距等于或小于1.8m地段，CFG樁地基加固完成7天后，開挖至設(shè)計標(biāo)高，截去保護樁長后鋪設(shè)褥墊層。褥墊層鋪設(shè)時先鋪設(shè)20cm厚碎石，再沿路基縱向鋪設(shè)一層TGSG80雙向鋼塑土工格柵，最后再鋪設(shè)一層30cm厚碎石。

（10）CFG樁樁間距等于或大于2地段，CFG樁樁頂需設(shè)置樁帽。CFG樁地基加固完成7天后，開挖至樁頂設(shè)計標(biāo)高，打平樁頭，整平樁帽底的砂墊層，確保樁頭能平穩(wěn)嵌入樁帽的凹口，樁帽底與砂墊層間銜接密實。再用碎石填平至樁帽頂并用用小型打夯機夯壓密實，再沿路基縱向鋪設(shè)一層TGSG80雙向鋼塑土工格柵，最后再鋪設(shè)一層30cm厚碎石。樁帽的預(yù)制應(yīng)嚴格按鋼筋混凝土規(guī)范進行預(yù)制。當(dāng)托板頂填土高度小于50cm時，嚴禁用大型壓路機碾壓。

5 沉降監(jiān)測成果匯總

6 結(jié)語

CFG樁施工完成后，按照設(shè)計要求對承載力、樁徑、樁長及樁位偏差等進行檢測，全部滿足設(shè)計要求。同步按設(shè)計要求進行欠載預(yù)壓，沉降滿足設(shè)計要求后開始施工路面，該項目經(jīng)過近3年的施工，目前已竣工通車，路基整體穩(wěn)定性較好。但是，施工過程的一些不足之處在于管道開挖施工，施工單位對支護系統(tǒng)不夠重視，部分溝槽塌方造成CFG斷裂破壞，影響路基施工質(zhì)量。因此，在片區(qū)其他項目的設(shè)計中，CF6樁頂部5m范圍內(nèi)增設(shè)鋼筋籠，防止溝槽塌方造成CFG樁斷裂。結(jié)合泉州市濱江路（39號路～南環(huán)路）工程實例，CFG樁在軟土路基中應(yīng)用，對其他類似工程軟土地基的施工具有一定的指導(dǎo)意義。