晉陽高速公路軟基CFG樁加固效果分析

張俊猛

（山西交通控股集團有限公司 晉城高速公路分公司，山西 晉城 048000）

引言

濕軟地基含水量高、地基承載力低，容易產(chǎn)生較大變形。高速公路對路基強度和穩(wěn)定性要求高，必須采取有效措施對濕軟地基進行加固，方可進行路基填筑。CFG樁工程造價低，施工工藝簡單，可有效提高樁間土體的密實度，提高地基承載力。

1 CFG樁軟基加固機理

CFG樁是使用專用的施工機械，將水泥、粉煤灰、碎石等原材料加水拌和后施作的低標號混凝土樁。CFG樁體的強度組成一方面是由碎石組成的骨架結(jié)構(gòu)，填充石屑、砂等細集料形成穩(wěn)定密實的結(jié)構(gòu)；另一方面是水泥水化后產(chǎn)物的黏結(jié)作用；此外，水泥和粉煤灰的物理化學(xué)作用所產(chǎn)生的產(chǎn)物，是樁體后期強度增長的主要來源。CFG樁內(nèi)部水泥含量低，強度相對較低，一般為C10～C25。CFG樁軟基加固機理主要是通過樁體對土體的置換、擠壓，提高樁間土的密實度，并排出地基內(nèi)部多余的水分，提高土體的密實度。CFG樁上部鋪設(shè)褥墊層，也可在上部鋪設(shè)土工格柵，以提高地基整體穩(wěn)定性。

2 濕軟地基CFG樁加固方案

2.1 項目概況

晉陽高速公路設(shè)計全長36.119 km，采用雙向四車道，整體式路基設(shè)計寬度為21.5 m，分離式路基單側(cè)寬度12 m，設(shè)計車速為全長80 km/h。全線有多處隧道、橋梁，且路基沿線分布有濕軟地基。濕軟地基主要為淤泥質(zhì)黏土，含水量高、透水性差，最大深度可達到15.5 m，地基承載能力差，在外界荷載作用下會產(chǎn)生變形破壞。選取K15+358—K15+864段濕軟地基為研究對象，采取CFG樁進行加固處治，并分析確定加固效果。

2.2 CFG樁加固方案

CFG樁設(shè)計直徑為50 cm，選用42.5（R）水泥，袋裝二級、三級以上粉煤灰，碎石粒徑為20～50 mm，并按照比例摻入適量石屑。CFG樁采用正方形布置，樁體設(shè)計長度深入持力層超過1 m。樁體28 d抗壓強度不小于12 MPa，樁體混凝土材料設(shè)計配合比為水泥：粉煤灰：石屑：碎石=1∶1.530∶3.529∶8.855，坍落度60～80 mm。樁帽之間回填30 cm后的粗砂層，上部設(shè)置30 cm厚的碎石墊層。為提高符合地基整體穩(wěn)定性，鋪設(shè)一層雙向土工格柵進行加固處治，CFG樁布置見圖1。

圖1 CFG樁加固布置

3 CFG樁軟基加固效果分析

3.1 CFG樁加固軟基檢測方案

軟弱地基CFG樁加固處治21～28 d后，制定方案對加固效果進行分析，評定加固效果。對同條件養(yǎng)生試件進行抗壓強度試驗，檢測樁身混凝土強度。在施工現(xiàn)場選取有代表性的路段，分別檢測地基承載力、樁間土應(yīng)力比，并采用標準貫入試驗確定加固土體的密度，重型動力觸探試驗確定樁周土體的密度。收集試驗數(shù)據(jù)，對各評價指標進行分析處理，確定加固效果。

3.2 CFG樁加固后單樁地基承載力檢測

高速公路軟基CFG樁加固處理后，待樁體周邊土體充分固結(jié)后，采用靜載試驗進行地基承載力檢測。試驗采用分級加載，分級卸載的方式，對各級加載下的試驗時間、位移計讀數(shù)和累計沉降量進行記錄。選取K15+550斷面中的一個CFG樁開展靜載試驗，檢測數(shù)據(jù)見表1，不同荷載下沉降量P-S曲線見圖2。

表1 K15+550斷面靜載試驗數(shù)據(jù)

圖2 靜載試驗P-S曲線

分析表1數(shù)據(jù)和圖2曲線可知，從曲線的總體走勢上看，在加載過程中，隨著試驗荷載和加載時間的增加，軟基累計沉降量不斷增加，且增加速率基本一致，荷載達到180 kN以上時變化速率有所增加。說明試驗樁所處地基還沒有達到極限狀態(tài)，還產(chǎn)生了一定的變形。當試驗荷載加載到480 kN時，濕軟地基最大沉降量達到48.67 mm，低于設(shè)計要求的75.6 mm。

按照《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》（JTG/T F81-01-2004）要求，地基極限承載力特征值取0.2 MPa，分別取10個有代表性測點進行靜載試驗，得到地基承載力最小值為0.18 MPa，最大值為0.24 MPa，平均值為0.215 MPa，大于特征值0.2 MPa，說明軟基CFG樁加固后地基承載力滿足設(shè)計要求。

3.3 樁土應(yīng)力比檢測

樁土應(yīng)力比采用試驗法確定，通過在試樁樁頂和土層表面布設(shè)土壓力盒，通過靜載荷試驗測定樁頂和樁間土的應(yīng)力，計算確定樁土應(yīng)力比。在進行單樁地基承載力檢測的同時，檢測不同等級加載下的樁頂和樁間土的應(yīng)力值。分別在K15+550斷面和K15+750斷面布設(shè)土壓力盒，測得各級壓力下的應(yīng)力值，計算樁土應(yīng)力比并繪制變化曲線見圖3。

圖3 樁土應(yīng)力比-荷載變化曲線

分析圖3曲線變化情況可知，在加載前期隨著荷載的增大，樁土壓力比不斷增大。當荷載達到360 kN時，樁土壓力比最大，荷載進一步增大樁土壓力比下降，最終穩(wěn)定在16～18左右，超過規(guī)范要求的15，說明CFG樁頂應(yīng)力明顯大于樁間土應(yīng)力值，地基承載力明顯提高，施工質(zhì)量達到了設(shè)計要求。

3.4 標準貫入試驗

為了檢測CFG樁加固后地基土的密實情況，施工后進行標準貫入試驗。通過在施工現(xiàn)場進行鉆探取土，進行室內(nèi)土工試驗，記錄數(shù)據(jù)分析加固效果。文章選取K15+550、K15+750 兩個斷面作為研究對象，分層取樣開展室內(nèi)土工試驗，記錄加固前后①-④層土的標準貫入擊數(shù)見表2。分析得出，加固后標準貫入擊數(shù)明顯增加，接近加固前的2倍，說明土體密實度明顯增加，地基土體密實度得到了明顯改善。

表2 加固前后地基土標準貫入試驗結(jié)果

3.5 重型動力觸探試驗

動力觸探試驗采用落錘質(zhì)量為63.5±0.5 kg的試驗儀，檢測中將標準貫入器打入土中，每貫入30 cm記錄1次錘擊次數(shù)。在K15+550、K15+750 兩個斷面布置測點，試驗過程在施工現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)，繪制貫入深度與錘擊次數(shù)變化曲線，見圖4。

圖4 測點貫入深度與錘擊次數(shù)變化曲線

分析圖4曲線，在樁頂以下5 m范圍內(nèi)的地基土，錘擊次數(shù)較低，為9～18次，這是由于施工擾動、淺層地基土對樁體的側(cè)向作用力較低等造成的。5 m以下土體均勻性較好，錘擊次數(shù)明顯增加，為20～31次，且隨深度增加，錘擊次數(shù)越大，說明該深度地基土對樁體的側(cè)向作用力較高，樁體加固效果明顯增加。根據(jù)判斷標準，樁頂以下0.3 m的表層地基土錘擊次數(shù)小于10次，密實程度判定為稍密；0.3～5 m，錘擊次數(shù)大于10次且小于20次，密實程度判定為中密；5 m以下，錘擊次數(shù)大于20次，密實程度判定為密實。試驗結(jié)果表明，兩個監(jiān)測斷面測點位置處地基加固后地基土密實度良好，承載力滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

（1）分析靜載試驗結(jié)果，得出濕軟地基最大沉降量達到48.67 mm，樁土壓力比穩(wěn)定后均超過15，說明CFG樁加固后地基承載力明顯提高，施工質(zhì)量達到了設(shè)計要求。（2）分析標準貫入試驗結(jié)果，得出加固后標準貫入擊數(shù)接近加固前的2倍，說明土體密實度明顯增加，地基土體密實度得到了明顯改善。（3）分析動力觸探試驗結(jié)果，得出加固后土體均勻性、密實度均較好，地基承載力滿足設(shè)計要求。