CFG桩在高速公路软基路段处理中的应用

摘要：本文就CFG桩在高速公路软基路段处理中的应用进行了探讨，通过对某具体工程的勘察，得出软土地层的工程地质特征，并从几种处理方案中选取了CFG桩为最终方案，还对CFG桩作了设计计算分析，以期能为CFG桩更好地应用在高速公路软基处理中而提供参考。

关键词：CFG桩；高速公路；软基路段处理；设计计算

1引言

所谓的CFG桩，是英文Cement Fly-ash Gravel的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩，是我国20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术。随着社会经济的快速发展和工业化进程的不断加快，CFG桩被应用在了高速公路软基路段的处理中。本文就CFG桩在高速公路软基路段处理中的应用进行了探讨，以期能为CFG桩更好地应用在高速公路软基处理中而提供参考。

2软基的工程地质勘察

本文依托某沿海高速公路第三标段项目，施工过程遇到大面积软土地段，针对此处进行了软基的勘察设计。

2.1软土路段勘察点的布设

根据工可资料以及现场调查，软土范围为K30+778～K32+595约2km，实际钻探后进行了路基方式和桥梁方式对比，初定路基段约为1km。该段软土为滨海相沉积，表层广泛分布一层冲海积成因可塑状粉质粘土，下部为海积成因流塑状淤泥质土，区域内地形较平缓，水系较发达，多处有塘，池塘段积水较多。该处填土高度为6m采用路基方案，则需要进行路基处理。

软基初步勘察的目的，主要为查明软土分布范围、厚度及其物理力学性质，为地基沉降与滑移的计算防治提供指标及参数。根据《公路工程地质勘察规范》对软土初勘的要求，并结合路线内的桥梁钻孔布设情况，进行了勘探点的布设，布设原则为：路基中线每500～700m布置一钻探点。一般性钻孔可穿过软土层进入下卧硬层2～3m终孔；配合钻孔，1km设3～4个静力触探点，用以划分横、纵向软土范围及地层分界；1km1～2个静力触探参数点布置在钻孔附近5m以内。深度达到软土分布的底层；每个代表性段落沿深度方向软土层进行十字板剪切测试，每一深度测2个以上剪切指标。

根据以上原则，对该段软基共布设钻孔3个，因为要做路基方案与桥梁方案对比，因此深度按桥梁钻孔深度要求控制；布设静力触探点4个；布设十字板剪切试验点2个。

2.2软基段地层的工程地质特征

该段软土的地层的工程地质特点为：地表为一层粉质粘土或素填土，下为淤泥，之后为巨厚层粉-细砂，最下面为卵石层；淤泥的主要成分为粘粒，含少量有机质，含水量大于液限，软塑～流塑，高压缩性，性质差，强度低。淤泥层厚度变化比较大，为冲海积成因可塑状粉质粘土，层厚约4.5～12.00m。

3软基处理方案对比

深层软基处理技术常用的手段有袋装砂井法、挤密砂桩法、振冲碎石桩法、粉喷桩、塑料排水板、加筋土工布、钢渣桩法、CFG桩、深层搅拌等方法。项目实施过程中，我们收集了广东省内处理软基的常用手段和经验，对常用方法进行了对比，结合本项目软基特点，最终选择处理方案。

（1）排水固结法（+预压法）：本处软土的渗透系数较小，因此，插塑料排水板的排水效果不理想，只能采用堆载预压，但该方法的施工周期较长，堆载时间需1.5年，加上路面结构和附属设施的施工约0.5年，基本在2.0年左右。而真空预压法的施工设备和施工工艺较为复杂，对施工队的施工要求较高，综合处理费用也较高。该方法因施工简单，费用相对较低，曾一度被当地广泛采用，但从已建成的公路来看，处理段路面不均匀变形较严重，因此不推荐采用排水固结法。

（2）深层挤密法：考虑到碎石桩在淤泥质土层、泥炭质土层等较差土层中成桩能力比较差，影响碎石桩处理地基的效果。不推荐采用此方法。

（3）水泥搅拌桩：水泥土搅拌桩对有机质含量高的地基土处理效果不佳。由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。同时，如果地下水含量较高或者流动性较大，同样也会影响水泥搅拌桩的成桩质量，水泥土的抗压强度随着原状土含水量的增加迅速降低，因此在泥炭质土层比较厚的路段，深层水泥搅拌桩的处理效果就比较差。不推荐此方法。

（4）高压喷射注浆法（旋喷）：旋喷法适用于粉质粘土、淤泥质土、新填土、饱和的粉细砂（即流砂层）及砂卵石层等的地基，针对本方案比较适用，但该方法施工工艺很复杂，造价较高，所以不建议此方法。

（5）CFG桩：在碎石桩中加入水泥和粉煤灰，又称水泥粉煤灰碎石桩，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。第一，施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小。第二，所用材料仅需少量水泥，便于就地取材。第三，受力特性与水泥搅拌桩类似。因此推荐使用此方法。

4 CFG桩设计计算

CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。CFG桩在受力特性方面介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间。与碎石桩相比，CFG桩桩身具有一定的刚度，不属于散体材料桩，其桩体承载力取决于桩侧摩阻力和桩端端承力之和或桩体材料强度。地基处理价格也相对适中。

根据场地的地层情况，初步选择粉细砂为持力层，桩长初拟为14m，CFG桩的施工方法采用振动沉管法形式，桩径初拟为500mm。假设路堤填石（土）的平均重度为25kN/m3，计算得出基础地面的平均压力Pk为150kPa。

（1）单桩承载力的计算

Rk=upΣqsihi+qpAp （1）

式中：Rk为单桩承载力标准值，kN；up为桩的周长，m；qsi，qp为第i层土的极限摩阻力，桩端极限端阻力，kPa；hi为第i层土厚度；Ap为桩的截面面积。

由表1可知桩穿越的3个土层———粉质粘土、淤泥和粉细砂各自的摩阻力，粉细砂桩端阻力取值为300kPa，代入公式（1）求得Rk=495kN。

（2）复合地基承载力的计算

pk≤fspk+γm（d-0.5）（2）

式中：fspk为复合地基承载力标准值，kPa；γm为基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d为基础埋置深度，m；一般自室外地面标高算起，对条基和独立基础自室内地面标高算起。计算得出γm=9.6kN/m3，由公式（2）

计算得出fspk≥154.8kPa，代入（3）。

fspk=m（Rk/Ap）+αβ（1-m）f0 （3）

式中：fspk为复合地基承载力标准值，kPa；M为面积置换率；αa为桩间土提高系数，1.0～1.5，此处取1；β为桩间土承载力折减系数0.75～0.9，此处取折减系数为0.75；f0为天然地基承载力，由表1查得，为100kPa；

可以得出m为≥0.0326。

当采用正方形布桩时，桩间距s为

桩间距的选择是CFG桩处理公路软基的热点问题，目前经验采用的间距经常为1.6～1.8m，因此，虽然该处理论计算值结果可将间距扩大，但考虑到间距过大会产生桩应力集中问题，因此根据地区经验进行调整，取间距为1.8m，此时m为0.06，复合地基承载力特征值fspk=222kPa。

（3）沉降计算

在初步确定桩长、桩径和桩间距之后，也就是说在满足复合地基承载力要求之后，需验算这3个参数是否能满足变形要求。