CFG樁在公路建設(shè)中的應(yīng)用

1、CFG樁在公路建設(shè)中的應(yīng)用一、 前言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們越來越體會到公路、鐵路、市政等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的沿海地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目很多。但這些地區(qū)的地基土通常都具有含水量高、壓縮性大、滲透性差、靈敏度高、強(qiáng)度低和厚度不均等特點，在這種地基上修建高等級公路，存在很多問題，其一，軟土路基的沉降和差異沉降過大的問題，它嚴(yán)重影響了公路的正常使用；其二，在路基填筑過程中出現(xiàn)的穩(wěn)定問題。為了解決這些問題，建設(shè)者們嘗試和使用了多種軟基處理方法，如堆載預(yù)壓法、加筋法、置換法及水泥攪拌法（漿噴和粉噴）、CFG樁法等。軟基處理方法不僅對工程質(zhì)量和施工工期有著重大影響，而且直接

2、關(guān)系到投資和管理單位的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，因此，軟基處理技術(shù)已成為各部門最關(guān)心的問題之一。本文通過對CFG樁的機(jī)理、作用、工程實例的分析，探討CFG樁在高速公路、市政公路建設(shè)中的應(yīng)用。 二、 復(fù)合地基的概念及分類復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體）和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。復(fù)合地基有兩個基本特點：（1）加固區(qū)是由基體和增強(qiáng)體兩部分組成的，是非均質(zhì)、各向異性的；（2）在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載作用。根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向可以將復(fù)合地基分成水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基和豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基。習(xí)慣上將豎向增強(qiáng)

3、體復(fù)合地基稱為樁體復(fù)合地基。樁體復(fù)合地基根據(jù)樁體粘結(jié)強(qiáng)度的不同，可以分成以下三類：1散體材料樁復(fù)合地基：如碎石樁復(fù)合地基、砂樁復(fù)合地基等；2柔性樁復(fù)合地基：如石灰樁復(fù)合地基、灰土樁復(fù)合地基、深層攪拌樁復(fù)合地基、高壓噴射注漿樁（旋噴樁）復(fù)合地基、夯實水泥土樁復(fù)合地基等；3剛性樁復(fù)合地基（高粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基）：如CFG樁復(fù)合地基、混凝土樁復(fù)合地基等三、CFG樁的機(jī)理及特點CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁（Cement Fly-ash Gravel pile）的簡稱，由樁體、樁間土和褥墊層構(gòu)成的新型復(fù)合地基。他由碎石、砂、粉煤灰、水泥組合而成。其強(qiáng)度范圍在C7C25之間，可根據(jù)需要設(shè)計不同的強(qiáng)度，由于C

4、FG樁具有典型的高粘結(jié)強(qiáng)度樁性狀，通過褥墊層調(diào)節(jié)樁土的變形差，保證樁與土共同承擔(dān)荷載。CFG樁的作用機(jī)理是通過水泥經(jīng)水解和水化反應(yīng)及粉煤灰的凝硬反應(yīng)，生成主要成分為鋁酸鈣水化物、硅酸鈣水化物及鈣鋁黃長石水化物等不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，這些物質(zhì)以纖維狀結(jié)晶，并不斷生長延伸填充到碎石和砂的空隙中，相互交織成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將原來由點-點接觸和面-面接觸的骨料緊緊纏繞粘結(jié)在一起，使樁體的抗剪強(qiáng)度和變形模量均大大提高。CFG樁是依靠樁側(cè)摩阻力和樁端阻力來承擔(dān)荷載，樁的承載力由樁土界面的強(qiáng)度來決定，一般可全樁長發(fā)揮側(cè)阻力，樁端落在好土層時具有明顯的端阻作用，因而置換作用最強(qiáng)。樁體強(qiáng)度相對較高，因此也叫

5、做剛性復(fù)合地基。荷載作用下，剛性樁樁身的壓縮量很小，而以刺入變形為主，樁間土的壓縮量與樁的壓縮量不相等。CFG樁是被廣泛采用的剛性樁復(fù)合地基，它具有明顯的特點和優(yōu)勢：降低造價：達(dá)到同等設(shè)計的承載力，采用CFG樁復(fù)合地基通常可降低造價20%30%；建筑隔震：褥墊層的設(shè)置有較好的基礎(chǔ)隔震、抗震的效果；環(huán)保意義：首先在樁體材料中大量使用粉煤灰等工業(yè)廢料，實現(xiàn)了對工業(yè)廢料的合理利用；并且，通常采用的先進(jìn)的鉆孔壓灌成樁工藝，與傳統(tǒng)樁基施工相比，無污染、無振動、無噪聲，是特別適用于城區(qū)建設(shè)的環(huán)保型施工工藝。四、 工程實例CFG樁多用于工民建、港口碼頭等建設(shè)中，近年來隨著CFG樁的廣泛應(yīng)用，尤其是在高速公路

6、的建設(shè)中應(yīng)用越來越多，它能夠代替粉噴樁，使得路基填筑快速完成。而且工后沉降量能控制在一定范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求。廣東省沿海某高速公路，于2000年8月由于地質(zhì)復(fù)雜出現(xiàn)整體滑坡，此時距通車時間只有4個月時間，采用其它軟基處理方法已經(jīng)不可能。經(jīng)過有關(guān)部門討論，決定采用CFG樁方法施工。1.地質(zhì)情況該地段斜穿老的古河床上，根據(jù)地質(zhì)勘探報告，土層分布情況大致如下：(1)素填土：為河堤及潭江兩岸的塘基填土，灰色-土黃色，呈亞粘土狀，可塑為主，局部硬塑，層厚0.78-2.8米。(2)淤泥：灰黑色，軟塑-流塑，含腐殖和有機(jī)質(zhì)，屬超軟土層，層厚15.4-17.6米。(3)天然含水量w=83.1%99.0%，孔隙

7、比e=1.0341.389，液性指數(shù)I1=1.902.96，容許承載力0=60Kpa。(4)砂質(zhì)亞粘土層：風(fēng)化殘積成因，呈可塑至硬塑狀，屬性質(zhì)較好的下臥持力層。2. 技術(shù)參數(shù)地基承載力為200Kpa，樁經(jīng)500mm，間距1.53.0米，樁長16.020.0米，約30000延米，梅花型布置。施工結(jié)束后進(jìn)行抽心檢測、單樁及復(fù)合地基承載力檢測。3. 施工情況本工程從9月23日開始施工，11月10日結(jié)束，歷時47天。由于CFG樁的質(zhì)量控制是靠保持樁身完整性來實現(xiàn)的。因此，在施工過程中就應(yīng)防止樁身縮徑、吊腳、斷樁等現(xiàn)象的發(fā)生。而關(guān)鍵因素就是控制撥管的高度與速度以及添加混合料的高度。一般來講，拔管高度宜控

8、制在0.51.0米以內(nèi)，撥管速度控制在1.5m/min以內(nèi)。拔管過程中應(yīng)分段添加混合料，樁管內(nèi)混合料的高度應(yīng)嚴(yán)格控制。同時，在拔管過程中注意反插，每拔1米反插0.30.5米。此外，為防止樁之間相互擠壓應(yīng)按跳打的施工程序進(jìn)行。4.CFG樁的檢測本工程結(jié)束后，按設(shè)計要求進(jìn)行了檢測。其中，抽心檢測按1%進(jìn)行，在檢測的15根樁中有2根未取到底，其余樁體的連續(xù)性良好未出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，復(fù)合設(shè)計要求。靜載試驗分600KN和500KN兩種荷載進(jìn)行。在600KN荷載下，總沉降量為49.68mm，回彈變形7.65mm，回彈系數(shù)15.11%；在500KN荷載下，總沉降量為45.53mm，回彈變形16.20mm，回彈系

9、數(shù)35.58%，單樁及復(fù)合地基承載力檢測全部達(dá)到設(shè)計要求。因此，本次的CFG樁施工是成功的。5.現(xiàn)場觀測及工后沉降觀測日期K18+400K18+440K18+480本次沉降累計沉降本次沉降累計沉降本次沉降累計沉降2000.11.210.00.00.00.00.00.02000.11.233.03.02.02.01.01.02000.11.271.04.02.04.03.04.02000.11.293.07.03.07.04.08.02000.12.22.09.02.09.03.011.02000.12.53.012.02.011.04.015.02000.12.82.014.01.012.03

10、.018.02000.12.142.016.02.014.03.021.02000.12.182.018.02.016.03.024.02000.12.221.019.01.017.02.026.02001.12.1340.061.059.0注：以上表格中的單位為mm表面沉降觀測是軟基沉降分析的基礎(chǔ)，其變化規(guī)律是控制公路路堤施工進(jìn)度和安排后期施工的最重要指標(biāo)，也是理論研究結(jié)果是否正確的最直接檢驗標(biāo)準(zhǔn)和加固效果最直接的反映。CFG樁施工結(jié)束后即加載，填土高度4米。表中所反映的是從11月21日加載開始觀測，到12月22日路面施工止。以及2001年1月15日通車后的工后沉降觀測到12月13日止的各測

11、點觀測資料。從表中可以看出：從觀測初期開始，沉降速率一直比較穩(wěn)定，且沉降量很小，這一點與堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓不同；表中最大沉降為26mm，最小沉降為17mm，在工后沉降觀測一年中，最大沉降61mm，說明在荷載作用下，復(fù)合地基上的荷載隨著地基變形逐漸集中于CFG樁樁身。五、 結(jié)論 通過以上的理論分析和工程實例，我們認(rèn)為CFG樁的主要作用有以下幾點：1.CFG樁具有樁體強(qiáng)度不受周圍土體強(qiáng)度及樁長的影響，而隨樁長的增長樁側(cè)摩阻力越大，單樁承載力越大的特點。2.在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯比周圍土體小，因此，作用于復(fù)合地基上的荷載隨著地基變形逐漸集中于CFG樁樁身。3.通過對一些工程實例分析，CFG樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比n達(dá)到29.4，而一般的砂樁、碎石樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比n僅為4.1。同時CFG樁樁身具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，在荷載作用下樁身不會出現(xiàn)壓脹變形，樁承受的荷載通過樁周摩阻力和樁端阻力傳遞到深層地基中，從而使得CFG樁復(fù)合地基的承載能力大幅度