1 CFG樁復(fù)合地基實(shí)用設(shè)計(jì)方法

1、樁復(fù)合地基實(shí)用設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用探析摘 要：根據(jù)高速公路軟基處理特點(diǎn)和質(zhì)量要求，以解決實(shí)際工程問題為背景，從實(shí)用設(shè)計(jì)方法、施工控制等方面系統(tǒng)的對CFG樁在高速公路軟基處理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，同時(shí)通過工程實(shí)例，介紹了CFG樁復(fù)合地基在軟基處理的具體應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：CFG樁復(fù)合地基；軟基；高速公路；處理 1 CFG樁復(fù)合地基實(shí)用設(shè)計(jì)方法 1.1 CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)思路 在長期的工程實(shí)踐中，復(fù)合地基的設(shè)計(jì)方法可歸結(jié)為以下三類：（1）正常使用極限狀態(tài)的承載力作為控制條件，以正常使用極限狀態(tài)的沉降量作為驗(yàn)算條件；（2）正常使用極限狀態(tài)的沉降量作為控制條件，以正常使用極限狀態(tài)的承載力作為驗(yàn)算條件；（3）沉

2、降量和承載力雙控制。對于第一種設(shè)計(jì)思路，其適用條件為CFG樁復(fù)合地基加固的土體性質(zhì)較好、樁體強(qiáng)度大且置換率較高的情況，按承載力為控制條件，沉降量一般會(huì)滿足要求。當(dāng)CFG樁復(fù)合地基加固的土體性質(zhì)差，如淤泥、欠固結(jié)填土等，往往出現(xiàn)承載力滿足，但沉降不滿足的情況。特別是在高速公路軟基處理中，其置換率一般較低、路堤荷載較小，更容易出現(xiàn)沉降或差異沉降不滿足。從而前面兩種設(shè)計(jì)思想，在兩個(gè)條件都滿足的情況下，有可能會(huì)出現(xiàn)當(dāng)其中的一個(gè)條件滿足時(shí)，另外一個(gè)條件有較大的富裕的問題，這樣就會(huì)在物力和財(cái)力上造成較大的浪費(fèi)。因此最佳的設(shè)計(jì)是兩個(gè)條件同時(shí)滿足，這就要求在設(shè)計(jì)的過程中尋求最優(yōu)方案。但由于影響CFG樁復(fù)合地基

3、承載和變形的因素較多，針對沉降量和承載力兩個(gè)約束條件的情況，就樁徑、樁長、樁距、置換率等多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)人工尋求最優(yōu)解存在較大的困難。 由上述的討論分析可知，采用第二種設(shè)計(jì)思路對高速公路CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)較為適宜。 1.2 實(shí)用設(shè)計(jì)方法 （1）樁長：CFG樁復(fù)合地基的一個(gè)重要原則是要求樁落在好的土層上，因此樁長是復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)候首先需要確定的參數(shù)。它取決于承載力和變形的要求、地質(zhì)條件和設(shè)備能力等因素，并且前樁端應(yīng)該進(jìn)入持力層0.51.0m。（2）樁徑：CFG樁樁徑的確定取決于采用的設(shè)備，一般樁徑為35cm60cm，路堤荷載作用下，為了減小不均勻沉降，應(yīng)采用相對較小的樁徑以達(dá)到相對較密的樁間距

4、，一般取50cm左右。（3）樁間距：路堤荷載一般包括一下幾項(xiàng)：路堤荷載高度，H1；路面結(jié)構(gòu)層荷載厚度，H2；汽車荷載，H3；路堤荷載 p=（H1+H3）×s+H22； （4）復(fù)合地基沉降量計(jì)算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或工程實(shí)際選擇幾個(gè)置換率，然后根據(jù)下式求出相應(yīng)的沉降量。 作出復(fù)合地基沉降與置換率的關(guān)系圖線，根據(jù)沉降及差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)確定較為合理的置換率。再由置換率及布樁形式確定樁間距。 （5）復(fù)合地基承載力驗(yàn)算： 式中：天然地基承載力可根據(jù)天然地基承載力靜載等試驗(yàn)確定，或根據(jù)地質(zhì)條件估算。單樁承載力可由靜載荷試驗(yàn)確定，或根據(jù)下式估算： 若承載力不滿足要求，再對置換率進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。 A.樁體強(qiáng)度確

5、定：樁體試塊抗壓確定平均值應(yīng)滿足下式要求： 當(dāng)樁體強(qiáng)度不滿足時(shí)，為了施工方便，最好在同一個(gè)工程中采用統(tǒng)一的樁體強(qiáng)度，即配合比相同，可以通過加密樁間距進(jìn)行調(diào)整，有利于減小不均勻沉降。 B.褥墊層厚度確定：采用剛性承臺(tái)，褥墊層材料多為粗砂、中砂或碎石，不宜選用卵石，因?yàn)槠湟Ш狭π?，褥墊層厚度一般為1030cm。對于大樁距的情況，褥墊層厚度應(yīng)加厚，為了形成柔性承臺(tái)，減小不均勻沉降，增加路堤的整體穩(wěn)定性，應(yīng)適當(dāng)增加褥墊層厚度，并在墊層中增設(shè)一到兩層土工格柵。高速公路軟基處理中一般需根據(jù)樁距進(jìn)行估算，公式： 2 CFG樁復(fù)合地基的工程應(yīng)用 2.1 工程背景 廣州至肇慶高速公路二期工程K5+410K5+5

6、72.50段路基寬47.2m、長近162.5m，路堤與一河道斜交（河道約30m寬），河道中間與兩側(cè)附近的淤泥厚度變化極不均勻（兩者厚度相差約10m13m），地形較平坦，以旱地為主，地面標(biāo)高約為5.17.2m，該路段軟土以淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土為主，其含水量約為26.3%66.6%，天然孔隙比為0.6511.712之間，承載力低，直接快剪凝聚力C在510kPa，摩擦角在0o12.8o之間，再加之路堤填土高（8.4m），通過穩(wěn)定性計(jì)算，不能滿足路基穩(wěn)定和沉降要求。因此，該路段的軟基需采取必要的工程措施進(jìn)行處理。 2.2 實(shí)用設(shè)計(jì)方案 （1）樁長的確定：對于一般情況，CFG樁需打設(shè)至持力層下1.0m1.

7、5m。針對上述實(shí)際工程，根據(jù)地質(zhì)資料，該路段軟土層厚約20.6m，以下為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，故樁長取21.6m。 （2）樁徑、樁間距、樁體強(qiáng)度的確定：一般要考慮路堤填土高度、路面結(jié)構(gòu)層厚度、車輛動(dòng)載以及適當(dāng)?shù)陌踩A備，需要進(jìn)行復(fù)合地基承載力的計(jì)算。根據(jù)CFG樁復(fù)合地基的特點(diǎn)和分析，筆者建議承載力的估算采用如下簡易實(shí)用的方法： 式中：fsp，k為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；fk為天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，m為面積置換率；n為樁土應(yīng)力比；Ap為CFG單樁截面積；fsk/fk/fsk為加固后樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值；0.750.95；Rk為CFG單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值。在己知天然地基承載、單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值和復(fù)合地基承載力標(biāo)

8、準(zhǔn)值的條件下，求出置換率m。根據(jù)高速公路軟基處理特點(diǎn)，建議在高速公路軟基處理中，樁徑取500mm，樁體強(qiáng)度取C12C15，在計(jì)算時(shí)取樁間土發(fā)揮系數(shù)0.9，樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)1.5，采用正方形布樁時(shí)樁間距l(xiāng)可用下式估算： 根據(jù)上述滑塌段路堤填土高度、路面結(jié)構(gòu)層厚度、車輛動(dòng)載以及適當(dāng)?shù)陌踩A備等情況，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fsp，k取250Kpa，天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk取45Kpa?？紤]到留有一定的安全貯備以及便于施工，實(shí)際樁距應(yīng)取l=1.50m。 （3）沉降估算：CFG樁復(fù)合地基的最終累計(jì)沉降量可下式進(jìn)行估算： 式中：n1為加固范圍內(nèi)土分層數(shù)；n2為沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)總的分層數(shù)；P0為對應(yīng)荷載的

9、附加壓力；Esi為第i層土的壓縮模量，zi，zi1為處理地面至第i層、第i1層土底面的距離；i，i1為處理地面至第i層、第i1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)；為加固區(qū)土的模量提高系數(shù)；為沉降計(jì)算修正系數(shù)。3 施工工藝與質(zhì)量控制 大量的工程實(shí)踐表明，CFG樁復(fù)合地基承載力方面不會(huì)有太大的問題，但是CFG樁的施工經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)縮徑和斷樁，難以穿透厚的硬土層，施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較的振動(dòng)及噪音污染。 如何避免出現(xiàn)斷樁是CFG樁施工的重要問題。只要做好CFG樁施工前的工藝試驗(yàn)，加強(qiáng)施工過程的監(jiān)測，一般可以避免上述成樁質(zhì)量事故的產(chǎn)生，特別是斷樁事故的發(fā)生。通過試驗(yàn)段的CFG樁施工，發(fā)現(xiàn)CFG成樁質(zhì)量主要由施工過程中

10、樁頭與套管的垂直程度、提升套管的高度、拔管速度、留振時(shí)間等因素決定的。因此在沉管前， 在已成樁的樁頂埋設(shè)標(biāo)尺，觀察施工對已成樁的擠壓情況，防止己成樁受擠壓而斷裂并了解地面地冒情況。具體的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下： （1）試樁。 施工工藝性試驗(yàn)可配合工程樁施工進(jìn)行，主要考查設(shè)計(jì)的施工打順序、樁距能否保證樁身質(zhì)量。試樁不少于5根，試樁成功后方可進(jìn)行大面積施工。 （2）沉管和拔管工藝。 樁機(jī)就位后，首先對機(jī)械進(jìn)行調(diào)平和對中，根據(jù)樁機(jī)頂部吊下的垂球即可控制垂直度，垂直度控制在1以內(nèi)。位置偏差為大于10cm。在開始沉管時(shí)，樁頭垂直套入套管內(nèi)，防止因套管與樁頭接觸不緊密而使淤泥擠入套管中，沉管時(shí)錘頭落距不能過大（

11、不大于1.5m），防止因沖量太大而造成套管與樁頭分離。當(dāng)套管沉入到下承層時(shí)，加大沉入力度，使套管沉放下承層不小于1.0m。 達(dá)到要求的沉管深度后，加入事先拌和好的混合料進(jìn)行成樁施工。在制作樁體時(shí)應(yīng)特別注意拔管的高度與速度。在沒有施工現(xiàn)場成樁試驗(yàn)等有關(guān)參數(shù)時(shí)，樁管內(nèi)灌滿混合料后，應(yīng)先錘擊510s，再開始邊錘擊邊拔，以防止樁底出現(xiàn)吊腳現(xiàn)象。每次拔管高度宜控制在1.02.0m，拔管速度控制在1.0m1.4m/min以內(nèi)，每提升管1.5m2.0m時(shí)，留振10s，當(dāng)離地面2m時(shí)，拔管速度控制在0.5m0.7m/min以內(nèi)，每米留振20s；拔管過程中，應(yīng)分段添加混合料，樁管內(nèi)混合料始終高于拔管高度1.5m

12、，以保證樁身的完整性。當(dāng)拔管通過淤泥夾層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)放慢拔管速度，以防止樁身出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象。 在施工過程中根據(jù)實(shí)際情況采用按序跳打的施工工藝，在加固橋頭時(shí)應(yīng)從臺(tái)背向路堤填土一側(cè)施打；如果加固路堤應(yīng)從路堤向路堤外施打；同一排樁要跳打向一個(gè)方向逐漸推進(jìn)，以防止地冒。 （3）混凝土坍落度控制在3050mm，水灰比宜在0.50.6之間。 （4）按序跳打施工，向一個(gè)方向逐漸推進(jìn)，以防止地冒，在己成樁的樁頂埋設(shè)標(biāo)尺，觀察施工對己成樁的擠壓情況，防止已成樁受擠壓而斷裂并了解地面地冒情況。 （5）若遇孤石，則樁位應(yīng)適當(dāng)移位，以保證樁體滿足設(shè)計(jì)要求。 （6）定期對樁機(jī)進(jìn)行檢測，保證施工的連續(xù)性。 參考文獻(xiàn) 1馮仲仁，朱瑞賡.我國高速公路軟基處理研究的現(xiàn)狀與展望J.武漢