CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理效果與評(píng)價(jià)研究

左 劼

(河北省高速公路京哈北線管理處，河北 唐山 064209)

CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理效果與評(píng)價(jià)研究

左 劼

(河北省高速公路京哈北線管理處，河北 唐山 064209)

為了研究CFG樁在高速公路建設(shè)工程中處理軟土地基的效果，通過(guò)對(duì)CFG樁處理的路基斷面進(jìn)行沉降觀測(cè)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并通過(guò)指數(shù)法與雙曲線法進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以認(rèn)為CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理方面效果良好，滿足施工及使用要求。

軟土地基；CFG樁；沉降預(yù)測(cè)

1 施工工藝與控制要點(diǎn)

1.1 施工工藝

該區(qū)CFG樁樁間距為1.6 m，樁徑0.4 m，樁長(zhǎng)12 m，按等邊三角形布置。CFG樁試驗(yàn)段進(jìn)行試樁7根，以確定機(jī)械設(shè)備、施工工藝，技術(shù)參數(shù)等。CFG具體在施工時(shí)，為了保護(hù)已完成的樁，常常采用隔行隔樁打樁的方式，而且通常兩根樁之間間隔不小于一周。

流程為：樁位施放→樁機(jī)就位→沉管至設(shè)計(jì)深度→停振投料→拔管→樁機(jī)移位→取樣→鋪設(shè)碎石墊層。

1.2 控制要點(diǎn)

CFG樁施工過(guò)程中的控制要點(diǎn)包括：(1)樁體材料采用C20，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室28 d強(qiáng)度試驗(yàn)以確定各材料的配合比情況；(2)關(guān)閉機(jī)器后，應(yīng)盡快將物料放入管內(nèi)，至與進(jìn)口持平為止。按前面確定的配合比拌和，指標(biāo)是坍落度100 mm，且浮漿厚度小于20 cm；(3)為了保護(hù)已完成的樁，常常采用隔行隔樁的打樁方式；(4)樁機(jī)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)速度沉管線的速度不能太大，當(dāng)其速度過(guò)快時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)縮頸斷樁的情況，因此為了避免這一情況的發(fā)生，需要采取一定的措施來(lái)控制其速度，現(xiàn)在工程上采取的措施一般是當(dāng)沉管線提升一段距離后停下來(lái)留振一段時(shí)間，但是這個(gè)時(shí)間要嚴(yán)格控制，一般在10 s左右，若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的話會(huì)使樁體整體水泥量分布不均勻，樁身強(qiáng)度不均勻；(5)CFG樁施工完成7 d后，人工開(kāi)挖截取樁頭時(shí)，此時(shí)需有人專門負(fù)責(zé)，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土；在破除樁頭時(shí)，可能會(huì)發(fā)生樁體斷裂，如果斷裂位置處于樁體至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下，那么必須用樁體原材料對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)修復(fù)的過(guò)程中還要注意保護(hù)樁間土；(6)振動(dòng)施工條件下，周圍土體在將管打入或者將管拔出過(guò)程中都會(huì)受到影響，使其發(fā)生擠密或擾動(dòng)，因此需要注意保護(hù)周圍土體。

2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)某高速公路工程的多個(gè)CFG樁處理斷面進(jìn)行長(zhǎng)期變形觀測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)起始于路基填筑，經(jīng)過(guò)冬歇期、路面施工期等一年的時(shí)間。選取的斷面K40+030進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，此點(diǎn)位于距橋臺(tái)25 m的位置，其路基填筑高度為6.30 m，地基處理方式為CFG樁，處理深度為10.0 m，穩(wěn)定水位深度為1 m，不存在地震作用下地震液化現(xiàn)象，地表下存在連續(xù)分布的軟土和軟弱土層。截止到進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，共觀測(cè)422 d，觀測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 觀測(cè)數(shù)據(jù)

填筑高度、時(shí)間與累計(jì)沉降曲線圖如圖1所示。

圖1 累積沉降曲線

該段路基沉降觀測(cè)始于2014年10月，填筑過(guò)程中，觀測(cè)頻率一般是一層一次或者三天一次。要求線路中心線地基沉降速率每晝夜不宜大于10 mm，若施工過(guò)程中超過(guò)該界限值時(shí)，應(yīng)停止路基填筑加載，直到觀測(cè)值小于界限值后方允許重新加載。地基自身承載力的作用在路基初始填筑過(guò)程中表現(xiàn)明顯，它可以承受一定高度填土荷載。隨著填筑高度的增加，附加荷載逐漸增大，地基會(huì)發(fā)生固結(jié)和壓密，抗剪強(qiáng)度提高。通過(guò)沉降曲線得知，填筑高度的增加會(huì)使得地基沉降量隨之增大，而且沉降曲線與彈性形變曲線相似，這說(shuō)明填土荷載在地基承載力容許范圍內(nèi)。在路基填筑初期，由于填筑速率較快，沉降速率普遍偏高，隨著時(shí)間的推移，沉降速率逐漸減小。

2.2 指數(shù)曲線法

指數(shù)曲線法是一種較為常見(jiàn)的預(yù)測(cè)沉降方法。該方法是依據(jù)固結(jié)度原理提出預(yù)測(cè)模型，任意時(shí)刻沉降量的計(jì)算方程如式(1)所示。

St=[1-Ae-Bt]S∞

(1)

式中：A為通常取理論值8/π2，也可根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算；B為與排水距離、時(shí)間因數(shù)中的固結(jié)系數(shù)有關(guān)；St為表示t時(shí)刻的沉降量；S∞為表示最終沉降量。

上式中三個(gè)未知參數(shù)S∞、A、B可以通過(guò)監(jiān)測(cè)的沉降——時(shí)間曲線上任意挑出三點(diǎn)：(t1，S1)、(t2，S2)、(t3，S3) ，將這三個(gè)點(diǎn)分別帶入式(1)中聯(lián)立求得如公式(2)所示。

(2)

將S∞、A、B代入式(1)就可以求出任意時(shí)刻沉降值；在選取三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，為了減小誤差，要求三個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔盡可能大，因此需要觀測(cè)的時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)一些。

2.3 雙曲線法

雙曲線法是根據(jù)沉降時(shí)間關(guān)系曲線接近于雙曲線，采用曲線的外延來(lái)推算將來(lái)某個(gè)時(shí)刻的沉降及最終沉降量。沉降和時(shí)間的關(guān)系可近似采用如式(3)所示。

(3)

根據(jù)上式可以建立一個(gè)以(t-t0)為橫坐標(biāo)，(t-t0)/(st-s0)為縱坐標(biāo)的平面直角坐標(biāo)系；選取多組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并在平面直角坐標(biāo)系中標(biāo)出，然后將這些點(diǎn)擬合成直線，其中直線的截距即為A，直線的斜率即為B。求出A、B值帶入式(3)中即可求出任意時(shí)刻的沉降；當(dāng)t→∞時(shí)，即可得最終沉降量公式如式(4)所示。

(4)

根據(jù)雙曲線方法預(yù)測(cè)沉降量，所采用的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)需要在填充結(jié)束后的拐點(diǎn)后選取，可以預(yù)測(cè)出任意時(shí)刻沉降量以及最終沉降；雖然這種方法推算原理不強(qiáng)，需要觀測(cè)的時(shí)間較長(zhǎng)，但是由于相對(duì)簡(jiǎn)單明了，所以這種方法也比較實(shí)用。

2.4 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

為了解路基完成后一段時(shí)間內(nèi)沉降曲線的變化趨勢(shì)，同時(shí)驗(yàn)證該地基處理方式能否滿足地基工后沉降規(guī)定，現(xiàn)利用準(zhǔn)確度和應(yīng)用度均較高的雙曲線法和指數(shù)法對(duì)K40+030斷面進(jìn)行工后沉降預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)的方式為利用origin軟件進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)曲線擬合結(jié)果計(jì)算在不同方法下該斷面的最終沉降量與工后沉降量。采用雙曲線法指數(shù)曲線法擬合得到的曲線如圖2所示。

圖2 曲線法擬合

兩種方法得到的工后沉降如表2所示。

表2 工后沉降

根據(jù)兩種預(yù)測(cè)方法最終得到的工后沉降量與高速公路相關(guān)規(guī)范中的工后沉降容許值做比較，可以得到最終的工后沉降遠(yuǎn)小于容許值，利用該處理方案加固后的地基沉降量滿足設(shè)計(jì)要求，效果良好。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)CFG樁地基的加固機(jī)理的研究，分析了CFG樁在軟土地基處理中的擠密作用、褥墊層作用和樁體作用，介紹了在軟土地基處理中CFG樁的施工工藝及施工要點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)施工期間的沉降監(jiān)測(cè)工作，對(duì)軟土地區(qū)的高速公路地基的沉降變化情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，根據(jù)地基的沉降變化曲線，并與公路相關(guān)規(guī)范中的容許值進(jìn)行對(duì)比分析，可得CFG樁在軟土地基中的處理效果良好，為類似工程中地基處理方式的選擇提供參考，以保證高速公路的穩(wěn)定與安全。

[1] 陳奎軍，顏忠平，陳莉蘋. 水泥攪拌樁在高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用[J]. 路基工程，2007，(5)：118-120.

[2] 劉明哲. 淺談水泥攪拌樁的施工控制[J]. 科技資訊，2011，(3)：119-119.

[3] 趙光鵬,鄭忠成. 軟土地基沉降預(yù)測(cè)方法分析比較[J]. 天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,(3):176-179.

2017-03-30

左劼(1975-)，男，河北石家莊人，高級(jí)工程師，研究方向：高速公路建設(shè)與管理。

U416.1

：B

：1008-3383(2017)06-0005-02