CFG樁復(fù)合地基在寧德沿海深厚軟基處理中的應(yīng)用

摘要 文章基于CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理，以其在寧德市某濱海道路處理深厚海相沉積淤泥軟基的成功運(yùn)用為例，提供了CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)思路。首先，通過計(jì)算分析了樁間距對(duì)復(fù)合地基承載力、沉降變形和穩(wěn)定性的影響；然后，結(jié)合軟基處理設(shè)計(jì)方案和施工檢測(cè)情況，驗(yàn)證了CFG樁復(fù)合地基的加固效果，以期加深設(shè)計(jì)者對(duì)濱海深厚軟基處理方法的認(rèn)識(shí)，為類似地質(zhì)條件下的工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞 海相沉積淤泥；CFG樁復(fù)合地基；沉降變形

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）05-0131-03

0 引言

寧德市位于福建省東北部沿海，其下伏軟土具有典型的閩東北第四系軟黏土沉積特性，獨(dú)特的內(nèi)灣地形又使其兼具與傳統(tǒng)浙閩沿海軟土不同的物理力學(xué)特性[1]。海相沉積淤泥層通常具有高含水量、高孔隙比、低強(qiáng)度、高壓縮性，并常具有觸變性、結(jié)構(gòu)性等特性。隨著寧德地區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，大量與海相淤泥有關(guān)的市政道路工程問題不斷涌現(xiàn)。CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復(fù)合地基，因其在控制軟土地基工后沉降、提高軟土地基承載力和路基穩(wěn)定性的良好性能，并能夠有效縮短建設(shè)工期，在道路工程中軟基處理中得到廣泛應(yīng)用。鑒于此，該文以寧德市某濱海主干路地基處理的工程實(shí)踐為例，探討采用CFG樁復(fù)合地基處理在道路工程中的設(shè)計(jì)方法及實(shí)際地基的處理效果，為該地區(qū)類似工程提供借鑒。

1 CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理

CFG樁復(fù)合地基作為一種低強(qiáng)度樁復(fù)合地基，由褥墊層、樁體和樁間土等三部分組成，其加固機(jī)理如下。

1.1 加筋褥墊層的協(xié)調(diào)變形作用

路基作為柔性基礎(chǔ)，在基底褥墊層設(shè)置土工格柵以增加墊層剛度，可以改善樁土的受力作用，增大樁土荷載分擔(dān)比，以減小樁頂刺入填土路基的刺入量，保證并協(xié)調(diào)樁和土共同承擔(dān)荷載。

1.2 樁體和樁間土共同作用

區(qū)別于樁基礎(chǔ)的由單根樁或群樁承擔(dān)上部荷載的受力模式，CFG樁復(fù)合地基是利用樁與樁周土的共同作用，形成復(fù)合加固區(qū)，共同承擔(dān)上部荷載。而相較于水泥攪拌樁等柔性樁，CFG樁樁體具有較高的強(qiáng)度和剛度，樁長(zhǎng)也可以更長(zhǎng)一些。通過與樁間土的共同作用，全樁長(zhǎng)能夠發(fā)揮側(cè)摩阻力，當(dāng)樁端位于較好的土層時(shí)，還具有良好的端承力，將荷載傳遞至較深的土層，因此CFG樁可以大幅度提高地基承載力，減小沉降。

2 工程概況及地質(zhì)條件

某主干路是沿線地貌類型屬海陸交互相沉積平原與剝蝕殘丘地貌單元，沿線主要為魚塘、菜地等，地勢(shì)較平緩。該文擬采用CFG樁處理段地面標(biāo)高1.0～2.2 m，地層自上而下如下：海相淤積成因（Q4m）淤泥、海陸沖積成因（Q4al）黏性土、花崗巖殘積砂質(zhì)黏性土（Qel）。地基土層的常規(guī)、特殊物理力學(xué)指標(biāo)分別見表1和表2所示。

（1）海相淤積成因淤泥：深灰色，流塑，飽和。以淤泥為主，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土，含有腐殖質(zhì)和少量貝殼碎屑，有機(jī)質(zhì)含量為0.92%～1.32%。本層主要分布在海陸交互相沉積平原區(qū)和地貌單元過渡段，分布較廣泛，厚度由平原向丘陵遞減，均勻性差，揭示厚度為13.5～15.7 m.

（2）海陸沖積成因粉質(zhì)黏性土：淺灰色、灰黃色，可塑為主，局部軟塑狀，飽和。本層分布范圍不均勻，埋深變化大，且厚薄不一，均勻性差，揭示厚度為0～7.2 m。

（3）殘積砂質(zhì)黏性土：灰黃色，可塑，稍濕～飽和。為花崗巖風(fēng)化殘積物，礦物成分除石英外已完全風(fēng)化成黏土礦物，可見母巖殘余結(jié)構(gòu)，具有遇水易軟化崩解特性。成分以黏性土為主，不均勻含有少量砂礫。鉆孔揭示厚度為5.8～10.8 m，本層未揭穿。

3 CFG樁復(fù)合地基處理方案設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方法

CFG樁復(fù)合地基需在滿足承載力、穩(wěn)定性和路基工后沉降要求的前提下，通過調(diào)整樁長(zhǎng)和面積置換率（樁徑、樁間距）進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)段落的路基填土高度為4.5～

5.2 m，典型地質(zhì)橫斷面見圖1所示，各土層的承載力特征值及側(cè)阻力特征值、端阻力特征值見表1～3所示。

3.1 樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)

根據(jù)CFG樁承載力的發(fā)揮特點(diǎn)，樁身穿透軟弱土層，進(jìn)入較好土層1～2 m。

3.2 復(fù)合地基承載力計(jì)算

CFG樁復(fù)合地基承載力是由樁體承載力和樁間土承載力組成[2]，復(fù)合地基承載力特征值表達(dá)式如下：

（1）

式中，fspk——復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取1.0；m——面積置換率；Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap——樁的截面積（m2）；β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取0.8；fsk——樁間土承載力特征值（kPa）。

CFG樁單樁豎向承載力Ra特征值表達(dá)式如下：

（2）

式中，up——樁周長(zhǎng)；qsi——樁側(cè)摩阻力特征值

（kPa）；lpi——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土厚度（m）；αp——樁端阻力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取1.0；qp——樁端阻力特征值（kPa）。

由式（1）可導(dǎo)出正三角形布置且樁徑為d時(shí)，復(fù)合地基樁間距L與復(fù)合地基承載力特征值fspk的關(guān)系如下：

（3）

結(jié)合福建地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，道路工程CFG樁樁徑一般設(shè)置為50 cm，采用正三角形布置，樁間距一般在1.5～2.5 m。

3.3 沉降計(jì)算

CFG樁復(fù)合地基沉降變形s由加固區(qū)壓縮量s1、下臥層壓縮量s2、路基填土壓縮量和褥墊層壓縮量共同組成，其中路基填土壓縮量和褥墊層壓縮量一般較小，且在施工期均基本完成，計(jì)算沉降變形時(shí)將不予考慮[4]。下臥層壓縮量s2計(jì)算，大多采用規(guī)范推薦的分層總和法，附加應(yīng)力按Boussinesq方法進(jìn)行計(jì)算。加固區(qū)壓縮量s1計(jì)算方法主要有復(fù)合模量法、樁身壓縮量計(jì)算法、應(yīng)力修正法、承載比法和規(guī)范法等，設(shè)計(jì)時(shí)采用規(guī)范法進(jìn)行計(jì)算[3]。根據(jù)大量工程經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合地基施工期完成總沉降量的70%～90%，其余為工后沉降。地基最終沉降變形量s計(jì)算表達(dá)式如下：

式中，s——地基最終沉降變形量（mm）；ψs——沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由復(fù)合土層壓縮模量當(dāng)量值確定；ξ——復(fù)合土層壓縮模量提高系數(shù)；zi、zi-1——整平面頂面距離第i層土、第i-1層土底面的距離；、——整平面頂面距離第i層土、第i-1層土底面范圍的平均附加應(yīng)力系數(shù)。

3.4 穩(wěn)定性計(jì)算

復(fù)合地基穩(wěn)定性的計(jì)算方法與一般軟土路基相同，采用圓弧滑動(dòng)法中的有效固結(jié)應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算[5]，穩(wěn)定安全系數(shù)F計(jì)算表達(dá)式如下：

式中，cqi——路基填料黏聚力（kPa）；φqi——路基填料內(nèi)摩擦角（°）；φcqi——地基土固結(jié)快剪下的內(nèi)摩擦角（°）；Ui——基平均固結(jié)度（%）；αi——土條底面與水平面交角（°）；li——土條底面弧長(zhǎng)（m）；WIi——土條地基部分重力（kN）；WIIi——土條路堤部分重力（kN）。

復(fù)合地基內(nèi)滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度采用復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度τps，計(jì)算公式如下：

（7）

式中，τp——CFG樁樁體抗剪強(qiáng)度（kPa）。

3.5 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案

CFG樁復(fù)合地基的承載力、沉降及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見圖2所示。

從圖2可以得出，復(fù)合地基承載力與樁間距成反比，沉降量與樁間距近似成正比。在樁間距為1.8 m，即面積置換率0.07時(shí)，復(fù)合地基承載力特征值為120 kPa，復(fù)合地基較原地基承載力特征值提高了1.7倍，復(fù)合地基總沉降量為45.4 cm，工后沉降范圍為4.5～13.6 cm，承載力和沉降均可滿足道路工后沉降要求。在不采用復(fù)合地基處理時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)為0.613、樁間距為2.5 m時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)提高到1.294，可以看出設(shè)置CFG樁可以大幅度提高路基穩(wěn)定安全系數(shù)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案如下：采用長(zhǎng)螺旋中心灌壓成樁工藝施工，樁身強(qiáng)度等級(jí)不低于C15，樁徑50 cm，正三角形布置，樁間距1.8 m，樁身穿透淤泥層進(jìn)入粉質(zhì)黏土層或殘積砂質(zhì)黏性土層2 m，樁長(zhǎng)15～18 m。樁頂鋪設(shè)50 cm厚加筋碎石褥墊層。單樁設(shè)計(jì)承載力特征值不低于260 kN，復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力特征值不低于120 kPa。

4 地基處理效果分析

為檢驗(yàn)CFG樁復(fù)合地基處理效果，從樁身完整性、單樁承載力、復(fù)合地基承載力和沉降監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 樁身完整性

該工點(diǎn)共施工CFG樁2 781根，檢測(cè)數(shù)量279根（10%）。其中，Ⅰ類樁占比87.1%，Ⅱ類樁占比12.9%。Ⅱ類樁不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮，未檢測(cè)到斷樁現(xiàn)象，采用長(zhǎng)螺旋中心灌壓成樁工藝的施工效果良好。

4.2 承載力檢測(cè)

路基堆載結(jié)束后，對(duì)復(fù)合地基承載力和單樁豎向承載力進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，CFG樁對(duì)提高軟土地基承載力效果較好。

4.3 沉降監(jiān)測(cè)

填土進(jìn)入堆載期后，連續(xù)3個(gè)月內(nèi)路基表層的最大沉降量為3.4 cm，連續(xù)兩個(gè)月的沉降量每月不超過3 mm，推算工后沉降量不超過30 cm，滿足市政主干路設(shè)計(jì)要求，CFG樁對(duì)控制軟土地基的工后沉降效果較好。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）CFG樁復(fù)合地基由樁體和樁間土共同承擔(dān)上部荷載，鋪設(shè)剛性褥墊層，可以改善柔性基礎(chǔ)下的樁土受力作用。計(jì)算結(jié)果表明，復(fù)合地基承載力與樁間距成反比，地基沉降與樁間距成正比，設(shè)置CFG樁可以大幅度提高路基穩(wěn)定性。

（2）因?qū)幍碌貐^(qū)海相沉積淤泥分布范圍廣，且從陸地到海灣，厚度逐漸增大。在道路工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體地質(zhì)情況，合理選用地基處理方法。CFG樁復(fù)合地基在寧德濱海道路深厚軟基處理的成功實(shí)踐，為設(shè)計(jì)人員處理本地區(qū)的濱海軟土提供參考。

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