CFG桩在湿陷性黄土处理中的应用

摘 要：本文介绍了CFG桩在处理湿陷性黄土地基中的设计及施工方案，并对处理效果进行了分析。

关键词：CFG桩、湿陷性、黄土

Abstract: This paper introduces the design and construction program of CFG pile processing collapsible loess foundation, and makes an analysis of the effect.

Key words: CFG pile; collapsible; loess

中图分类号：TU475+.3 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

某段工程，属黄土丘陵地貌，第四系中更新统黏质黄土(其PS=2020~2300kPa )，钙质结核层，厚5~30m；局部表层松软土厚0~26m ( ps =950~2300kPa)，下伏第三系砾岩、泥岩、砂泥岩。地下水位埋深2~30 ，对混凝土无侵蚀性。工程勘察在3个探井内共采取不扰动土试样70件进行了室内黄土自重湿陷性试验，各探井自重湿陷量计算值自现地面起算，至其下非湿陷土层顶面止；地基湿陷量计算值自现地面下0.5m起算，累计至其下非湿陷土层顶面止。试验计算结果列于表1。

表 1 自重湿陷量计算结果

按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），进行的有关规定判定，勘察场地属自重湿陷性黄土场地，场地地基湿陷等级为IV级（很严重）。由荷载板试验，处理前场地地基的基本承载力为95kPa，不满足工程要求。

2 CFG桩设计与施工

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即Cement-FIy-Gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，一般情况下可以全桩长发挥桩的侧阻作用，当桩端落在好土层时可很好地发挥端阻作用；CFG桩和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大，桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载，使复合地基承载力提高，变形减小。CFG桩不配钢筋，再加上桩体利用工业废料粉煤灰作为掺合料，大大降低了工程造价。

2.1 CFG桩设计参数

本工程CFG桩设计参数为：桩径0.5m，桩间距1.05m，桩长15m，梅花形布置，面积置换率为20.6%，混凝土强度等级为C20。施工选用长螺旋钻孔、管内泵压混合料施工。 施工图如图1所示。

2.2 CFG桩施工

CFG桩的施工顺序为：

(1)场地”三通一平”，桩位放样定位；

(2)多台洛阳铲就位，同时钻孔，铲头垂直对准桩位；

(3)启动机械，利用铲头自重下落，提起后电控开合铲刃，下落翻斗车，人工运走。达到桩拟定深度；

(4)成孔后，从孔上端的投料漏斗加入拌合料，加混合料于孔内直至漏斗平口处，且边投料边振动棒振捣，使其密实；

(5)机械移位；

加强施工过程中的监测。在施工过程中，应加强监测．及时发现问题，以便针对性地采取有效措施．有效控制成桩质量，重点做好以下几方面的监测：

(1)施工桩位的平面控制及标高观测。施工前要测量场地的标高，并注意测点应有足够的数量和代表性。

(2)已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已灌桩桩顶标高的变化，尤其要注意观测桩距最小部位的桩。因为在打新桩时，量测已打桩桩顶的上升量，可估算桩径缩小的数值，以判断是否产生缩径。

(3)对有怀疑的桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看，并做出必要的处理。质量要求：

(a)混合料搅拌：混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为：先装碎石，再加水泥、粉煤灰和外加剂，最后加砂，使水泥、粉煤灰和外加剂夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在简壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不应小于60s。

(b)施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m 。

(c)桩身每方混合料掺加粉煤灰量70～90kg，落度控制在160～200mm 。

(d)成桩过程中，应随机抽样做混合料试块，每根桩制作一组(3块)试件，检查试件标准养护抗压强度符合设计要求。

(e)清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

(f)整个施工过程中，安排技术人员旁站监督，并作好施工原始记录，记录孔深、单孔混合料灌入量等。

(g)施工中桩长允许偏差不大于100r am ，桩径允许偏差不大于20mm ，垂直度允许偏差不大于1％。成桩后桩顶浮浆厚度不超过200mm ：

3 检测结果

CFG桩检测项目的检测项目包括：（1）检测全部处理深度内桩体平均压实系数λc，满足λc≥0.97（轻型击实标准）；（2）桩体的压缩模量；（3）抽取不少于总桩数2%的桩进行桩身密度检验，抽取不少于总桩数的2‰的桩进行单桩复合地基载荷板试验。

3.1复合地基的荷载试验

试验场地地基处理28天后，进行单桩复合地基荷载试验，以确定复合地基承载力特征值，计算地基变形模量。CFG桩单桩复合地基荷载板试验的σ0、pu、E0和Ksa值汇总于表2。

表2 CFG桩单桩复合地基试验结果汇总表

由表2可以看出，CFG桩复合地基基本承载力均大于设计值200kPa，满足设计要求；随着桩龄期的不同，其单桩复合地基基本承载力和极限承载力也不同，龄期越长，其单桩复合地基基本承载力和极限承载力也越高。单桩复合地基的变形模量为41.94～132.10MPa；平板载荷试验基床系数为55.56～175.00MPa/m。随着单桩复合地基变形模量的增大其平板载荷试验基床系数也增大。

3.2桩及桩间土检测

按照对CFG桩桩间土的取样要求进行取样，沿纵向每50m施工单位抽样检验3点。这样在工作中，桩间土沿纵向每50m抽样检验3点，每点7根桩身密度和1根桩身压缩模量。部分CFG桩检测结果如表3：

从表3检测结果可以看出：

（1）全部处理深度内桩体平均压实系数λc≥0.97（轻型击实标准）；

（2）桩体的压缩模量大于100MPa；

（3）桩间土的压缩模量大于15MPa，可达到20MPa左右

3.3 探坑取样试验结果

图2、图3为CFG桩地基处理后，桩间土3个15m探坑取样试验结果与静力触探端阻值的对比图。

从图2、图3中可以看出， 15m深度范围内， 静力触探的端阻大于4.5MPa，桩间土的湿陷性基本消除，桩间土的压缩模量大于15MPa，满足设计的要求。

4 结论

CFG桩为处理湿陷性黄土地基的方法之一，为了满足某工程对地地基的高要求，在某湿陷性黄土地基段，采用CFG桩进行地基加固。CFG桩设计为，桩间距1.05m，桩长15m，梅花形布置，混凝土强度等级为C20。施工选用长螺旋钻孔、管内泵压混合料施工。从应用检测结果来看：

(1) CFG桩复合地基基本承载力均大于设计值200kPa，满足设计要求；单桩复合地基的变形模量为64.43～102.15MPa；平板载荷试验基床系数为80.65～135.02MPa/m。随着单桩复合地基变形模量的增大，平板载荷试验基床系数增大。

（2）CFG桩及桩间土检测结果为：

（a）全部处理深度内桩体平均压实系数λc≥0.97（轻型击实标准）；

（b）桩体的压缩模量大于100MPa；

（c）桩间土的压缩模量大于15MPa，可达到20MPa左右

(3) 从图中可以看出， 15m深度范围内， 静力触探的端阻大于4.5MPa，桩间土的湿陷性基本消除，桩间土的压缩模量大于15MPa，满足设计的要求。

总之，从目前的检测结果来看，采用CFG桩处理该段湿陷性黄土地基是可行的，效果较好。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。