CFG樁復合地基在公路擋墻地基處理中的應用

劉洋宇，王亮

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明650051）

1 復合地基簡介

復合地基指部分土體被增強或被置換，形成由地基土和豎向增強體共同承擔荷載的人工地基，復合地基強調樁與樁間土共同承擔荷載。根據樁體材料的不同，可分為兩類，其一是有粘結強度的樁，如：CFG樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、夯實水泥土樁；其二是無粘結強度的樁，如：振沖碎石樁和沉管砂石樁、灰土擠密樁和土擠密樁、柱錘沖擴樁等。

2 CFG樁設計方法

2.1 適用性及效果

CFG樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁。樁、樁間土和褥墊層構成復合地基。

就地基土質而言，CFG樁復合地基適用于處理粉土、黏性土、砂土和自重固結已完成的素填土地基。但對淤泥質土應按地區(qū)經驗或通過現場試驗確定其適用性，就基礎形式而言，既可適用于筏基、箱基，也可用于條基、獨立基礎等。

通過CFG樁復合地基處理后的地基，不但可以較大程度地提高地基承載力，還可降低地基變形。工程實例和經驗表明，此法在抗震設防區(qū)也有較好的效果。如成都某建筑40層，高度119.9m，持力層為強風化泥巖，采用該法處理后，承載力和變形均滿足規(guī)范要求，并且經受住了汶川“5.12”地震的考驗。

2.2 加固機理

CFG樁復合地基通過半剛性樁體置換原相對柔性的地基土，樁體起加筋、排水作用，并通過褥墊層使樁體與樁間土兩種介質共同承擔荷載，形成復合地基。

2.3 設計計算

CFG樁復合地基設計依據為：勘察報告、場地條件、結構形式、對承載力和變形的要求及現有的施工機械種類、地區(qū)經驗等。

第一，設計原則。滿足承載力和變形要求，滿足樁與樁間土變形協調要求。第二，持力層選擇。應盡量選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為持力層，以充分發(fā)揮樁的端阻力，也可避免地基巖性變化引起的不均勻沉降，同時，好的持力層能讓沉降穩(wěn)定加快。目前施工工藝可以實現較長的樁長，因此在相對軟弱層不是很厚的情況下，盡量采用穿過軟層而進入硬層的樁體。第三，樁徑、樁間距、布樁范圍。樁徑應根據成孔施工工藝，如長螺旋鉆中心壓灌、成孔和振動沉管成樁、泥漿護壁鉆孔成樁等，選擇在300～800mm之間。樁間距應根據基礎形式、地基土性、施工工藝以及設計所需的承載力和變形要求綜合確定。當樁長范圍內有飽和粉土、淤泥等時，采用長螺旋鉆孔中心壓灌成樁施工中可能發(fā)生竄孔、縮頸時宜采用較大樁距；對不可擠密土和擠土成樁工藝宜采用較大樁距。CFG樁可只在基礎內布置，通常可采用等邊三角形和正方形布置；還可以與其他樁型組合形成多樁型復合地基，以適用地基承載力和變形要求更高的地基。第四，褥墊層。設置0.4～0.6倍樁徑厚度的，由中砂、粗砂、級配碎石等組成褥墊層，可以起到保證樁和樁間土共同承擔荷載、減少基底應力集中、調整樁與樁間土水平荷載分擔比例、充分發(fā)揮樁間土豎向承載力的作用。第五，承載力。對CFG樁復合地基承載力特征值fspk按下式計算：

其中Ra為單樁豎向承載力特征值，它由兩類承載力控制：其一是由（2）式表達的樁周土對樁體產生的樁側摩阻力及樁端土對樁體提供的樁端阻力之和；其二是由（3）式表達的樁體材料強度。Ra對承載力影響較大，采用較好的持力層可以增大參數qp值，采用較高的材料強度可增大fcu值，均對提高承載力有幫助。復合地基基礎寬度地基承載力修正系數取0，基礎埋深承載力修正系數取1。第六，變形。復合地基變形計算深度應大于復合土層，復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，ζ為復合地基承載力特征值與基礎底面下天然地基承載力特征值之比。通常ζ>1，因此復合土層內的土體壓縮模量增加，該區(qū)段恰好處于附加應力面積較大區(qū)，因此對地基變形起主導作用；而復合土層以下土層雖然壓縮模量未增加，但處于附加應力面積較小區(qū)，其對地基變形起次要作用[1]。綜上所述，基底地基層次中，位于上部的復合土層因壓縮模量的增大而使得地基變形量減小。

3 CFG樁施工工藝與檢驗

3.1 施工工藝

施工工藝可分兩大類：對樁間土產生擾動或擠密的施工工藝，如振動沉管打樁機成孔制樁；對樁間土不產生擾動或擠密的施工工藝，如長螺旋鉆灌注成樁。

3.2 檢驗

檢驗分施工質量檢驗、竣工驗收檢驗、承載力檢驗以及樁身完整性檢驗等。

4 CFG樁在工程上的應用

4.1 工程概況

某二級公路位于西雙版納，全長38km，設計速度60km/h，路基寬12m，公路為Ⅱ級，沿江而建，抗震設防烈度為8°；道路中間規(guī)劃一水電站，正常蓄水位會導致電站上游路段的部分擋墻基底、墻身淹沒。擋土墻共由5種形式，分別如下：非浸水地區(qū)：俯斜式路肩、衡重式路肩、俯斜式路堤擋土墻；浸水地區(qū)：俯斜式路堤、衡重式路肩擋土墻。

4.2 設計思路

第一，梳理。地基設計時，根據路線規(guī)劃圖、路線縱斷面地質填圖、地勘報告、路基橫斷面圖、擋墻布置表、擋墻標準圖、并考慮浸水對地基承載力和土壓力計算的影響，將路線、擋墻、地勘進行一一對應，對全線擋墻進行梳理，將地基承載力不滿足段的樁號理出，優(yōu)先采用換填法處理。當采用換填措施后，地基承載力仍不能滿足設計承載力要求時，則采用復合地基方法。根據地勘報告及規(guī)范，本工程擋墻地基土以黏性土為主，結合對當地處理經驗的調查，能采用CFG樁復合地基處理。第二，統計。對需要進行CFG樁處理的擋墻段，列表統計相關資料：運營期是否浸水、擋墻形式、基底寬度、擋墻所需承載力、地基土質、地下水位、地基土承載力、樁側摩阻力、樁端阻力、基底至承載力相對較高土層的距離等，將設計所需資料進行統計，為詳細設計做好準備。第三，設計計算。根據統計資料及規(guī)范，對由CFG樁處理的擋墻段進行設計計算。采用置換率高的正三角形布樁法，通過試算確定合理樁徑、樁間距。樁長方面，考慮擋墻對地基承載力的要求隨墻高、形式的不同而不同，以及實際地質情況與勘查地質填圖的可能差異等多種因素，因而設計時給出標準圖形式，采用參數化設計方法，以樁長為變量，通過調整樁長獲得不同的承載力，滿足各段需要處理的擋墻的承載力需求。

承載力設計的同時，對擋墻所處場地的穩(wěn)定性、復合地基變形等也需驗算。同時在設計文件應提出對施工、檢驗的相應要求。

需要注意的是：①擋墻基底采用凸榫結構時，凸榫及其放坡線范圍的CFG樁樁頂高程應根據凸榫高度降低；當擋墻基底為斜坡時，采用變厚度褥墊層，并沿基底傾斜方向，CFG樁樁頂高程也相應傾斜；②CFG樁設計時按地勘資料選擇承載力和模量相對較高的土層作為樁端持力層。若施工時，發(fā)現在本設計所列樁長范圍內，樁底土層承載力仍未提高，應加長樁長[2]。

4.3 設計成果

設計成果為：樁直徑0.5m，平面上按正三角形布置，樁間距1.5m，樁長有6～8m、11m、12m；褥墊層采用0.2m厚度的級配碎石，碎石粒徑為8～20mm，夯填度不大于0.9，每邊寬出基底0.5m，CFG樁樁頂嵌入褥墊層不低于10cm；對CFG樁樁體的要求：樁體混合料試塊（邊長為150mm立方體）標準養(yǎng)護28d立方體抗壓強度平均值不低于12MPa；復合地基的地基承載力是原狀土的1.3～2倍，提高效果明顯，復合土層的壓縮模量亦相應提高，沉降滿足要求。

5 結語

CFG樁復合地基的優(yōu)勢使得其擁有廣泛的使用前景，從設計到施工到檢驗，每個環(huán)節(jié)均不可少，其中設計是最關鍵的，需對結構需求、地勘報告、地區(qū)經驗、施工水平等進行全方位評價后，對每個設計參數都應細致設計，做到安全適用、技術先進、經濟合理。