CFG樁+袋裝砂井施工技術(shù)在高速公路軟弱土地基高填方路基中的應(yīng)用及質(zhì)量控制

摘 要：隨著公路技術(shù)的不斷發(fā)展，在公路建設(shè)中的軟基工程中也面臨著較大的挑戰(zhàn)。在軟基當(dāng)中，因?yàn)轭愋?、厚度都存在較大的差異性，所以在建設(shè)的過程中有著較高的難度。對(duì)此，本研究將通過工程實(shí)例分析，選擇云南省昭通市大山包一級(jí)公路第一標(biāo)段為工程實(shí)例展開研究，對(duì)CFG樁在高填方路基當(dāng)中需要承受的土應(yīng)力、荷載情況和沉降量進(jìn)行觀察和分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CFG樁+袋裝砂井對(duì)于公路建設(shè)中的軟基處理具有較好的應(yīng)用效果，可在一定程度上提高工程質(zhì)量，在之后的公路建設(shè)中可進(jìn)行應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CFG樁；袋裝砂井；公路建設(shè)；軟基處理；質(zhì)量控制文章編號(hào)：2095-4085（2024）03-0070-03

0 引言

隨著城市化進(jìn)展的不斷延伸，在公路建設(shè)過程中會(huì)面臨越來越復(fù)雜的地質(zhì)條件，如何在復(fù)雜的地質(zhì)條件中完成公路建設(shè)已經(jīng)成為了行業(yè)內(nèi)亟需解決的問題［1］。CFG樁在使用的過程中會(huì)應(yīng)用到粉煤灰，這是一種工業(yè)廢料，不僅施工步驟簡(jiǎn)單［2］，且成本不高，沉降變形較小，具有較高的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在公路建設(shè)中已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。而袋裝砂井的施工方法比較簡(jiǎn)單，主要用于排水處理［3］。公路建設(shè)過程中，橋頭軟弱地基就是十分典型的地質(zhì)條件，如何降低公路軟基建設(shè)的沉降量，避免出現(xiàn)行車輛出現(xiàn)跳車的情況十分重要。對(duì)此，本研究將通過對(duì)工程實(shí)例的分析，結(jié)合了CFG樁+袋裝砂井的施工技術(shù)，完成了在不同材料下的土壓力盒試驗(yàn)，探討基于不同的情況，樁土分擔(dān)荷載之間的相關(guān)性，旨在為公路建設(shè)的質(zhì)量控制打下良好的基礎(chǔ)。

1 CFG概述

水泥粉煤灰碎石樁（Cement Fly-ash Gravel Pile， CFH）需要使用粉煤灰、水泥、水等材料，將其按照一定的比例進(jìn)行拌和后，會(huì)形成高粘結(jié)強(qiáng)度樁，充分填入地基之后可在一定程度上增加地基的強(qiáng)度［4］。隨著容重的增加，孔隙比也減少，可避免砂土受到震動(dòng)后出現(xiàn)液化的情況。為了增加地基土的水平抵抗力，可通過CFG樁增加地基土抗剪強(qiáng)度，降低沉降率，在很多工程建設(shè)中都有著廣泛的應(yīng)用。而CFG樁的符合地基包括了樁、樁間以及褥墊層，其中的加固機(jī)理是當(dāng)褥墊層受到了上部基礎(chǔ)荷載的作用后出現(xiàn)變形，隨后將部分荷載進(jìn)行分擔(dān)，產(chǎn)生了更多的受力部分［5］。除此之外，土體在受到了樁的擠壓之后會(huì)在一定程度上提高自身的荷載力，樁也是因?yàn)橹車吝厬?yīng)力的增加，受力性能出現(xiàn)了明顯的改善，最終，出現(xiàn)了復(fù)合地基受力的整體，可以對(duì)荷載力進(jìn)行共同的承擔(dān)。

2 袋裝砂井概述

關(guān)于袋裝砂井的施工流程為填筑——攤鋪砂墊層——定位機(jī)具——打入套管——沙袋沉降——完成移位——埋沙袋［6］。打沙井是施工的基礎(chǔ)條件，只有將砂井深度進(jìn)行確定之后，才能展開具體的施工。首先，清空?qǐng)龅?，填筑土拱坡，土拱坡的深度?m，將其壓實(shí)過后，可對(duì)砂墊層進(jìn)行攤鋪。一般是通過粗砂進(jìn)行鋪墊，厚度不能低于30mm，將其振搗密實(shí)。無論是土基層還是砂墊層，密度都需要達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。隨后定位機(jī)具，借助全站儀進(jìn)行定位上的測(cè)量，導(dǎo)管、地面保持垂直狀態(tài)，并且使用儀器以及吊錘對(duì)垂直度進(jìn)行控制，相關(guān)參數(shù)需符合工程標(biāo)準(zhǔn)。之后打入套管，其中的原因主要是因?yàn)榇b砂井在很多施工區(qū)域中都存在，為了避免出現(xiàn)安全事故，所以要進(jìn)行試打。當(dāng)實(shí)驗(yàn)深度＜設(shè)計(jì)深度，就需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的更改。之后將沙袋沉入，主要是為了避免袋內(nèi)的砂子干燥，這樣就會(huì)造成體積降低，有斷樁的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此，可將風(fēng)干后的粗砂進(jìn)行關(guān)注，砂袋入井之后，使用樁架將其沉井，可以避免砂帶斷裂和磨損。最后拔出套管，根據(jù)砂井試打的速度將套管拔出。

CFG樁+袋裝砂井的施工方式，在高速公路軟弱土地基高填方路基中能夠產(chǎn)生一定的置換作用，因此，復(fù)合地基的自身強(qiáng)度整體高于樁間土，從而在出現(xiàn)了相應(yīng)的荷載作用后，增加樁頂?shù)膲毫?，荷載也會(huì)不斷的向更深層次傳遞，樁間土荷載整體降低。CFG樁體強(qiáng)度增加，可讓CFG和袋裝砂井共同承擔(dān)地基荷載。除此之外，還能產(chǎn)生擠密、振密的作用，通過非排土及振動(dòng)成樁的工藝，能夠降低樁間土的孔隙比，加大密度以及樁間土強(qiáng)度［7］。

3 工程實(shí)例

3.1 工程簡(jiǎn)介

選擇云南省昭通市大山包一級(jí)公路第一標(biāo)段為工程實(shí)例研究，該標(biāo)段位于昭通市昭陽區(qū)守望鄉(xiāng)、鳳凰街道境內(nèi)，標(biāo)段全長(zhǎng)為18.2km，地質(zhì)條件復(fù)雜，大部分路基段落為膨脹土及軟基段落，為避免高填方路基及路基與橋臺(tái)的銜接段落出現(xiàn)沉降，導(dǎo)致道路開裂及行車不順暢，需要對(duì)高填路基及橋頭路基軟基進(jìn)行處理。所以說，本次公路建設(shè)軟基處理的過程中結(jié)合了CFG樁+袋裝砂井的施工方式。施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

3.2 試驗(yàn)方法

料的褥墊層（厚度不一致）展開試驗(yàn)，分析褥墊層樁土荷載分擔(dān)的相關(guān)性，在相同厚度、不同材料的試驗(yàn)中納入了不同的墊層材料，其中包括70%粗石+30%的砂、砂、70%的瓜米石+30%的砂，在相同材料不同厚度的試驗(yàn)中，將厚度設(shè)定為300mm、400mm、500mm，材料為70%粗石+30%的砂。試驗(yàn)過程中，在墊層上土層、墊層下土層以及樁身對(duì)應(yīng)的位置都埋設(shè)了土壓力盒，每個(gè)位置埋設(shè)10個(gè)，所選土壓力盒為JXR鋼弦式壓力盒。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

隨著荷載的增加，樁所分擔(dān)的荷載也在不斷增加，當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到最大時(shí)，樁承擔(dān)荷載可以達(dá)到85%。表明CFG樁復(fù)合地基在荷載承擔(dān)上占據(jù)大部分，能夠充分地發(fā)揮出樁間土體的作用。見表1。

在墊層厚度一致時(shí)，70%粗石+30%砂的墊層，試驗(yàn)初期所受到的荷載比較小。隨著荷載的增加樁體所受到的荷載也在逐漸增加。將砂作為墊層材料時(shí)，試驗(yàn)初期樁所承受的壓力為最大，當(dāng)荷載逐漸增加后，分擔(dān)的荷載比增加不明顯。而在同種墊層材料當(dāng)中，在初期，因?yàn)楹穸鹊牟煌?，樁所分?dān)的荷載也存在較大的差異性。到了后期，厚度對(duì)樁土分擔(dān)產(chǎn)生的荷載比并不會(huì)造成較大的影響。因此，樁土的應(yīng)力會(huì)隨著荷載的增加而增加，在使用時(shí)，20mm墊層厚度最佳。如圖2所示。

沉降監(jiān)測(cè)中，由于土質(zhì)較軟，厚度為13m，上覆硬殼層的厚度是1～3m之間不等，根據(jù)相應(yīng)的工程技術(shù)規(guī)范，在沉降后，橋頭沉降不能超過10cm。若按照15年的沉降期進(jìn)行計(jì)算，處理方法為袋裝砂井+等載預(yù)壓，設(shè)定8個(gè)月預(yù)壓期。經(jīng)過工后的沉降后，主固結(jié)的沉降Sc、次固結(jié)沉降Sa會(huì)在荷載作用的初期出現(xiàn)，并不影響工后的軟基沉降。工后沉降也分為主固結(jié)和次固結(jié)沉降。若將填筑的高度設(shè)定為5m，時(shí)間5個(gè)月，預(yù)壓期12個(gè)月，基準(zhǔn)期15年，經(jīng)過計(jì)算后，次固結(jié)沉降為0.011 7，并且是單向排水。

經(jīng)過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，軟基中的覆硬殼層的粉質(zhì)黏土厚度為1.5m，軟土的淤泥厚度為2.9m，可看做硬塑狀粉質(zhì)黏土。軟土層含水量平均為62%，故結(jié)系數(shù)2.0×10-3cm2/s。在施工期中會(huì)出現(xiàn)明顯的觀測(cè)斷面。觀測(cè)斷面在路基的填筑高度為4.96m，卸載前沉降量是321mm，速率0.1mm/d，符合質(zhì)量控制的相關(guān)要求。

4 結(jié)語

綜上所述：經(jīng)過了相關(guān)檢測(cè)之后，其中也有觀測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，CFG樁+袋裝砂井的方式在公路建設(shè)軟弱土地基高填方路基中有著較好的應(yīng)用效果，能夠?yàn)榻窈蠊方ㄔO(shè)的軟基處理提供借鑒價(jià)值，從而提高公路建設(shè)質(zhì)量，為人們的安全出行打下保障，促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］楚宇.CFG樁技術(shù)在高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用［J］.交通世界，2023（14）：55-57.

［2］李學(xué)軍，曾祥紀(jì).CFG樁處理軟土路基沉降監(jiān)測(cè)及FLAC 3D模擬分析［J］.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2023（3）：125-127.

［3］南凱，毛進(jìn)，熊倫.不同樁距條件下CFG樁土復(fù)合加固軟基的沉降變形研究［J］.綠色科技，2023，25（22）：181-185，192.

［4］Alexey L，Irina S，Ivan U，et al.Justification of the parameters of a flexible grillage to strengthen the soft foundations of the subgrade of high-speed highways［J］.Transportation Research Procedia，2022，63 825-835.

［5］楊川陵，謝曉琴.CFG樁加固軟土路基參數(shù)敏感性數(shù)值分析［J］.湘潭大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)學(xué)報(bào)），2021，43（2）：95-102.

［6］巫宇涵.鐵路專線軟土地基處理方法及比較［J］.百科論壇電子雜志，2020（16）：122-123.

［7］馬健.復(fù)合地基沉降量計(jì)算的平均切線模量法［J］.地基處理，2024，6（1）：31-37.