CFG桩复合地基在高速铁路软土地基处理中的加固机理研究

摘要：CFG桩[全称水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel piles）]，是由碎石、石屑、砂石和粉煤灰掺适量水泥加水拌和，用各种成桩机械在地基中制成的高粘度强度桩，文章介绍了CFG桩复合地基的加固机理并与碎石桩进行对比。

关键词：CFG桩 加固机理 对比

1 引言

高速铁路的出现对传统铁路的设计、施工和养护提出了新的挑战，特别是在处理软土地基的问题上。我国幅员辽阔，软土地基分布广泛，在高速铁路的修建当中经常会穿过软土地区时，必须对软土地基进行技术处理，为轨道结构提供一个强度高、刚性大、稳定性和耐久性好的基础。我国铁路在一般路基的软弱地基处理中，多采用置换法、排水固结法、加固土法、振密挤密法等方法，这些方法在公路、港口等其它工程也被广泛应用，但由于存在桩体强度较小、质量控制难度相对较大、加固深度有限、沉降发展缓慢等缺陷，很难满足工后沉降控制要求高、可压缩土层厚度大的地基条件下无碴轨道路基的要求。CFG桩复合地基对软土地基有很好的加固作用，在高速铁路软土地基处理中应用也会越来越广泛。

2 CFG桩的加固机理

CFG桩是和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，复合地基法是在天然地基中设置一定比例的增强体(桩体)，使桩同承担荷载，并具有密实法和置换法的效应。CFG桩因属高粘结强度桩，可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层时可以很好的发挥端阻。成桩时的挤土效应，桩体的排水作用以及褥垫层对桩、土荷载分担比的调整作用，可以有效的提高地基的承载力，减小地基变形。

与一般碎石桩相比，碎石桩是散体材料桩，桩本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束形成强度，并与桩间土组成复合地基共同承担上部传下来的垂直荷载。土越软对桩的约束作用越差，桩体强度越小，桩传递垂直荷载的能力越差。CFG桩与碎石桩的加固效果对比见表1。

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，其加固软弱地基主要有三种作用：(1)桩体作用；(2)震动挤密作用；(3)褥垫层作用。

2.1桩体作用

CFG桩桩体材料不同于碎石桩桩体材料，而是具有一定粘结强度的混合料，在外部荷载的作用下，桩身不会像碎石桩那样出现膨胀破坏，并可全桩长发挥侧摩阻力。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。

2.2 震动挤密作用

CFG桩施工利用震动沉管法施工，由于其震动作用，将会对桩间土产生扰动和挤密，会使其结构强度丧失，强度降低，成桩结束后，随着恢复期的增长，结构强度逐渐恢复，新的结构强度的形成，桩间土的承载能力有所提高。

CFG桩的挤压作用使桩间土得到挤密。南京造纸厂地基采用CFG桩加固，加固前后取土进行物理力学指标试验，结果如表2所示，由表可见，经加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小，重度、压缩模量均有所增加说明经加固后桩间土已挤密。

2.3褥垫层作用

CFG桩复合地基的核心技术是设置褥垫层，而褥垫层设计的是否合理，对CFG桩复合地基的承载与变形特性都会产生较大的影响。由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层，通过人为的提供变形渠道，改变地基的受力条件，从而合理地调整地基的压缩性，实现地基的协调工作。褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好的土层上，至少可以提供一刺入条件，以保证桩间土始终参与工作，褥垫层还可以减少基础底面的应力集中，调整桩土荷载分担比，调整桩、土水平荷载分担比。

3 结论

通过对CFG桩复合地基加固机理的分析，并与碎石桩复合地基进行对比，CFG桩复合地基对软土地基有很好的加固作用，对着高速铁路的发展，CFG桩复合地基会有广泛的应用前景。

参考文献

[1]安芸静, CFG桩复合地基在高速铁路工程中的应用研究[D],天津大学,2008

[2] 万涛,高速铁路软土地基沉降的预测与控制研究[D],天津大学,2006

[3]潘宵,李建国,肖利,高速铁路软基处理方法及应用现状研究[J],水利水电快报,2010（1）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。