武广客运专线软土及松软土地基CFG桩加固措施应用效果浅析

【摘要】本文以武广客专为依托工程，对软土及松软土地基CFG桩加固措施的应用效果进行了现场试验，并作了较详细的分析。

【关键词】CFG桩 现场测试

1 概述

武广高铁全线软土及松软土地基总长216.93km。本文以武广高铁浏阳河冲积阶地区DIK1572+062.3～+167.3段软基工点为依托工程，针对CFG桩加固措施的应用效果进行了现场测试及系统研究，以供同类工程参考。

2 工程概况

DIK1572+062.3～+167.3段软基工点位于浏阳河冲积阶地区，表层为淤泥质黏土，软塑～流塑，厚3～5m；下为黏土，软～硬塑，层厚1～8m；卵石土，层厚3～9m；下伏泥质粉砂岩。

现场试验段路堤填高4m左右，地基采用CFG桩加固。

3 试验内容

针对本段CFG桩地基加固路基工点，现场测试了坡脚地基侧向位移、地基沉降（桩顶、桩间）、基底压力（桩顶、桩间）、桩身应变、筋带拉力等数据，研究正方形布桩时不同桩间距、桩顶设桩帽和不设桩帽等不同情况下的地基加固机理及加固效果。

4 测试数据及分析

4.1桩身应变

本次试验共测试了5根桩桩身应变，共2根桩数据有效（11#桩和28#桩）。

测试数据表明：在路堤荷载作用下，桩身侧摩阻力先发挥。以11#桩为例，桩顶以下0.5m～1.5m范围内为负摩擦，其余部分为正摩擦，桩端几乎未受力，属摩擦桩，桩顶最大压力为678kPa。

4.2 地基侧向位移

采用测斜管观测地基深层侧向位移，本次试验工点总计埋设4根测斜管，其中2根测试数据有效，分别为19#、25#。19#、25#孔地基侧向变形分别主要发生在地表以下6m及4m范围内，地表变形最大（路堤填筑完成后1个月分别为8.3mm及22.7mm），沿深度增加而逐渐衰减，方向指向坡脚外侧，地表下分别超过6m、4m的区域地基侧向变形较小，几乎不动。

4.3 地基沉降

典型断面桩间及桩顶单点沉降计实测沉降与时间关系曲线如图1所示。

由图1可知，随时间延长及及路堤填高增加，桩顶与桩间沉降差逐渐增加，路堤填筑初期沉降发展较快，后期填高不变时沉降趋于稳定。

观测期末数据表明，比较6#（加设桩帽）与7#断面（未加设桩帽），当桩帽覆盖率由2.18%（7#）增加到8.73%（6#）时，桩土沉降差减小83.5%，可见桩帽的存在可减小桩土沉降差。

4.4 孔隙水压力

测试数据表明，孔隙水压力随路堤填高的增加；路堤填筑初期填筑速率较快，相应孔隙水压力变化较快，反之减慢，当路堤填高不变时，孔隙水压力逐渐消散。

4.5 筋带拉力

采用柔性位移计测出筋带某点处拉伸量 ，筋带刚度为500kN/m，则可由测得的筋带拉伸量算出各测点处的筋带拉力。

观测数据表明，筋带拉力（变形）随填土增加及时间延长而增加；路堤填土期内增加较快，填土完成后增加缓慢趋于稳定；桩（帽）顶筋带拉力普遍较桩间大。

观测期末桩顶筋带拉力的测试数据如表1所列：

由表1可知，设置桩帽能有效减小桩顶筋带拉力的大小；随桩帽覆盖率的减小，桩顶筋带拉力急剧增加：桩帽覆盖率由19.6%减小至2.2%时，桩顶筋带拉力均值由1.62kN/m增加至8.01kN/m。考虑到一个网单元（成正方形的相邻四根桩桩顶中心所围的筋带）的受力平衡条件，桩间筋带的拉力也应是随桩帽覆盖率减小而逐渐增大。

4.6 基底压力

本次试验总计埋设72个基底压力盒，20个埋在CFG桩顶，40个埋在两桩中间处的软土上，12个埋在碎石垫层顶面（5#、6#、7#断面各4个）。

测试数据表明，桩间对角线上所受的压力略大于轴线，观测期末分别为93.5kPa和75kPa，后者约为前者的80.2%。

4.7综合分析

（1） 沉降差与荷载分担

桩与桩间土的荷载分担与桩土间的沉降差相关，随桩土沉降差的增加，桩顶荷载分担率增加而桩间土的荷载分担率减小；当桩土沉降差增加缓慢或保持稳定时，桩与桩间土的荷载分担率变化较小。

（2） 桩帽覆盖率或桩体置换率的影响

1） 桩帽覆盖率或桩体置换率与桩土应力比

桩帽覆盖率影响桩土应力比与荷载分担率，随桩帽覆盖率的增加，桩土应力比增加，桩顶荷载分担率增加，桩间荷载分担率减小。

2） 桩帽覆盖率与筋带拉力

桩帽覆盖率影响筋带拉力。由表2可以看出，随着桩帽覆盖率的增加，桩顶筋带拉力急剧减小：桩帽覆盖率由2.18%增大至19.63%时，观测期末桩顶筋带拉力均值由8.20kN/m减小至1.62kN/m。

（3） 桩间距的影响

桩间距影响桩土应力比。随桩间距的增加，桩土应力比增大。

不设置桩帽时，桩间距由1.8m增加到3.0m，桩土应力比由1.98增加到12（观测期末数据）。路堤填筑完成后，桩土应力比随着时间的延长而增加，观测期末桩土应力比是路堤填筑完成时的0.97～2.53倍。不同时期桩土应力比有差异，说明路堤填筑完成进入放置期后，基底压力继续调整，除5#断面外，基底压力由桩间土往桩上转移，这是桩间沉降大于桩顶，产生卸载导致的。

5 结论

（1）土拱效应的发挥程度与桩土沉降差的密切相关。

（2）路堤荷载作用下桩侧摩阻力先于桩端力发挥，桩端力发挥的程度与桩顶荷载的大小相关。当桩间距小于等于2.0m且无桩帽时，桩顶荷载全由桩侧摩阻力承担，当桩间距大于等于3.0m且无桩帽时，桩端力将随荷载增加而逐步发挥出来。

（3）桩顶荷载的大小、桩土荷载的分担及筋带拉力与桩体置换率及桩帽覆盖率密切相关。随着桩体置换率或桩顶覆盖率的增加，桩土应力比减小、桩顶荷载分担率基本增大、桩间土荷载分担率基本减小。

（4）在桩顶处设置桩帽作用显著，可有效降低桩顶应力、减小桩顶处筋带拉力、缩减地基侧向变形、缩小桩土沉降差进而降低桩顶对垫层的刺入。

（5）筋带拉力的最大值出现在桩顶处，而不是桩间，且桩帽边缘的筋带拉力大于桩中心，与基底压力具有较好的一致性。