３６４ 福建地质Ｇｅｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ 第４期 ＣＦＧ桩复合地基在道路软弱地基加固工程中的应用 李 敏① （霞浦县交通局，霞浦，３５５１００） 摘要结合工程实例，分析ＣＦＧ桩的作用机理，介绍施工工艺和试验检测。 关键词ＣＦＧ桩复合地基工程应用 水泥粉煤灰碎石桩（简称ＣＦＧ桩）复合地基以其施工简便、沉降变形小、承载力较高、 适应性广等优点，广泛应用于道路、铁路、水利、房屋等工程中软弱地基的加固。其桩体由 水泥、粉煤灰、石屑及碎石等材料组成。桩体与桩间土体及褥垫层３部分构成了具有较高承 载力的复合地基。结合ＣＦＧ桩在道路软弱地基加固工程中的应用实例，分析桩的工作机理， 介绍施工工艺和试验检测情况。 ｌ 工程概况 霞浦赤岸大道为温福铁路霞浦火车站连接沈海高速公路霞浦互通的城市主干道，采用城 市ＩＩ级主干道标准建设，设计行车速度５０ ｋｍ／ｈ，道路标准宽度５５ ｍ，设计荷载为城一Ａ 级，工程抗震设防烈度为Ⅵ度。罗汉溪大桥桥台两端软弱地基高填土路段长５５０ ｍ，设计采 用ＣＦＧ桩复合地基处理方案，卵石层作为桩端持力层，设计桩长２２．Ｏ～２７．６ ｍ，桩径（ ） ４００ ｍｍ，桩距２．２０ ｍ×２．２０ ｎｏ梅花形布置。褥垫层采用人工级配碎石砂，厚度５０ ｃｍ，并 铺设二层双向土工格栅。工程共完成桩基１５６ ０２８ ｍ／６ ２４１根。 １．１地形（地貌）及工程地质特征 该道路沿线场地属滨海山前小平原地貌单元，地形平坦开阔。工程地质条件主要为海积 成因的地层，岩土体特征自上而下依次为：①耕植土层，厚Ｏ．４Ｏ～ｏ．７０ ｍ；②粉质粘土层， 厚２．Ｏ０～５．２０ ｍ；③淤泥质土层，流塑一软塑，饱和，厚１９．Ｏ０～２１．３０ ｍ；④卵石层，稍密 一密实，饱和，厚４．９Ｏ～７．４０ ｍ；⑤残积砂质粘性土层，厚１．４Ｏ～８．００ ｍ；⑥全、强风化 花岗岩，层厚大于２．３０ ｒｎ。 １．２ ＣＦＧ桩的主要质量要求 （１）桩位必须与设计相符，桩距误差不大于１００ ｍｍ，桩垂直度允许偏差≤１％，桩径 不小于设计值。 （２）桩长按设计要求，桩端进入卵石持力层不小于５０ ＣｌＴＩ，桩顶高出设计标高５０ ｃｍ。 ①收稿日期：２００９ ０８—１０ 作者简介：李敏（１９５９一），男，工程师，从事公路建设管理和监理工作。 第４期 李 敏：ＣＦＧ桩复合地基在道路软弱地基加固工程中的应用 ３６５ 桩身强度≥２０ ＭＰａ，桩体完整。 （３）处理后的复合地基承载力不小于１３０ ｋＰａ。 ２ ＣＦＧ桩复合地基作用机理 （１）桩身端承力作用，ＣＦＧ桩桩体具有较高的强度，在荷载作用下，桩的压缩性明显 比桩间土体小，因此基础传给复合地基的应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，桩体有效地 将荷载传递到深层持力层地基中。 （２）桩周（侧）摩阻力作用，当采用振动沉管法施工，ＣＦＧ桩对桩周（侧）地层的挤 密加固和置换作用，使土的力学性能大为改善，提高了土体的承载力。同时，由于桩周土体 侧应力的增加，从而进一步改善桩的受力性能，提高桩的承载力。 （３）褥垫层在复合地基中的作用是调整桩、土相对变形和荷载分担比例，减少基底应力 集中和地基不均匀沉降；增加桩间土的有效接触应力，提高桩周土的抗剪能力，使桩体承载 力得到提高。 ３ 施工工艺 ＣＦＧ桩施工工艺主要根据工程地质、设计承载力以及施工的周边环境而定。该工程采 用振动沉管灌注施工工艺，其施工流程为场地平整一放样定位一埋桩头一钻机就位一振动沉 管一投料拔管一移机一砍桩头一接扩头桩一铺设褥垫层。 ３．１ 施工准备 （１）根据地质勘察和设计选择合适的施工机械和施工方法；进行满足桩体设计强度的材 料试验和配合比试验，以确保材料质量和确定设计配合比。 （２）平整场地，清除障碍物，特别是空中障碍物。 （３）测量放线，定出桩位控制轴线及场地边线并标识。 （４）桩机进场，根据设计桩长、沉管深度、试桩抬架要求，确定机架高度和沉管长度以 及机架配重，并进行设备安装。 ３．２施工机具和材料 （１）ＺＪ一６０滚管式振动沉管打桩机、ＪＳ５ＯＯ强制式双卧轴混凝土搅拌机、翻斗车等。 （２）桩身材料采用强度等级３２．５普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰、１５～４０ ｍｍ碎石， ２．５～１０ ｍｍ石屑和中（粗）砂，杂质含量均不大于５ ；褥垫层材料采用人工级配碎石砂， 碎石粒径１５～３０ ｍｍ，碎石含量７０ ，砂含量３０ ，土工格栅抗拉强度纵横向≥５０ ｋＮ／ｍ， 延伸率≤１０ 。 ３．３ ＣＦＧ桩施工 （１）根据桩位控制轴线，埋设桩尖至地表以下３０ ｃｍ左右，桩位平面误差不得大于５ ｃｍ。桩机就位，调整沉管垂直度，确保垂直度偏差不大于１ 。 （２）静压振动沉管，在沉管过程中用料斗向沉桩管中投料，直到混合料与进料口平齐。 如上料不足，须在拔管过程中进行补充投料，以保证成桩后桩顶高出设计标高５０ ＣｌＴｌ，且浮 浆厚度不超过２０ ｃｍ。在桩端进入卵石层不小于５０ ｃｍ，振动抬架确认桩尖到达持力层后， 继续振动５～１０ Ｓ再开始拔管，拔管速度控制在１．２～１．５ ｍ／ｍｉｎ。 ３６６ 福建地质Ｇｅｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ 第２９卷 （３）沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用湿粘土封顶，移机至下一根桩施工。 （４）开槽及桩头处理，接扩头桩，铺设褥垫层。 ３．４施工质量控制要点 （１）ＣＦＧ桩正式施工前应先进行成桩工艺试验，确定施工工艺和技术参数。做好试桩 相关技术参数的记录，作为指导工程桩施工的依据。 （２）桩位施工顺序与土的性质和桩距有关。在软土中采用隔桩跳打；对满堂布桩，采用 从中心向外推进或从一边向另一边推进。 （３）沉管过程中做好记录，每沉１ ｍ记录电流表电流一次，对土层变化处予以说明， 以复核地质资料。 （４）根据施工中桩机电流的变化；当桩端到达持力层时，沉管及上部的振动锤会发生颤 动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱；根据设计桩长以及桩机抬架双向控制。 （５）严格控制拔管速度。大量实践证明，拔管速度太快将造成桩径偏小或缩径断桩；拔 管速度太慢，振动时间过长，易使混合料离析，桩顶浮浆增厚。在一般土层，拔管速度控制 在１．２～１＿５ ｍ／ｍｉｎ较适宜，软弱土层宜控制在０．６～Ｏ．８ ｍ／ｍｉｎ。 （６）坍落度宜控制在６～８ ｃｍ，和易性较好，成桩质量容易控制。混合料配制严格按设 计配合比，并结合施工现场粗、细骨料含水量，调整施工配合比。同时，每台机组每班制备 ２组混凝土试块，用于检验７ ｄ和２８ ｄ龄期的混凝土强度。 （７）桩顶标高应高出设计标高０．５ １ＴＩ，用湿粘土封顶，待桩基达到一定强度（７ ｄ）后 开槽。开槽时要避免对桩体和桩间土造成损坏和扰动。 （８）凿除桩头前应准确测量桩顶标高，并在纵横向挂线标示桩顶水平位置，凿除多余的 桩头，并使桩顶平整。凿除桩头时严禁单边打眼凿桩或用重锤、重物横向击打桩体，以防止 桩身断裂。 （９）褥垫层应分层铺筑，层面平整，采用静力压实。土工格栅铺设应拉直、平顺，紧贴 下承层，并用“Ｕ”形钉固定，路堤每边各留２ ｌ＇ｎ，回折覆裹在已压实的填筑层面上，折回 外露部分用土覆盖。土工格栅采用搭接时，搭接长３０～６０ ｃｍ；采用缝接或粘结时，缝 （粘）接宽度应不小于５ ｃｍ，，且缝接或粘合强度不低于母材抗拉强度，上、下层土工格栅 接缝应错开１００ ｃｍ。 ４ ＣＦＧ桩复合地基的试验与检测情况 （１）该工程随机抽取３２根桩进行单桩复合地基静载荷试验，最大试验荷载２８０ ｋＮ，荷 载板尺寸１．０ ｍ×１．０ ｍ。试验荷载由安装在荷载板上的ＱＦ５０油压千斤顶逐级加（减）荷， 每级荷载增量为２８ ｋＮ，每级荷载减量为５６ ｋＮ。其试验结果在最大试验荷载下桩顶沉降量 为１０．３２～１５．７８ ｍｍ，残余变形为７．１６～１２．４４ ｍｍ。按相对变形值确定的承载力特征值不 应大于最大加载压力的５０％，所以复合地基承载力特征值为１４０ ｋＰａ。试桩未达到极限承载 力状态，满足设计要求。 （２）基桩低应变动力检测抽取试桩６３６根，采用ＰＩＴ—Ｗ桩身完整性测试仪。检测结 果显示，Ｉ类桩５１９根，占抽检总数的８１．６％，１１类桩１１７根，占抽检总数的１８．４ 。Ⅱ 类桩虽有轻微缺陷，但不影响桩身结构承载力的正常发挥。因此，桩身质量和桩身结构完整 第４期 李敏：ＣＦＧ桩复合地基在道路软弱地基加固工程中的应用 ３６７ 性满足设计要求。 （３）根据设计要求，预留的混凝土抗压试块，经检测其２８ ｄ抗压强度均大于２０ ＭＰａ， 桩身强度符合设计要求。 ５ 结语 （１）ＣＦＧ桩复合地基具有施工简单、沉降变形小、承载力较高、适用范围广和经济效 益明显等特点，适应公路工程受工后沉降、预压期限制的软弱地基的处理。 （２）ＣＦＧ桩对桩间土层有着良好的挤密作用，减小土体孔隙率，增大桩的侧阻力。复 合地基通过褥垫层与基础联接，使地基承载力大幅度提高。 （３）ＣＦＧ桩复合地基的受力特性与褥垫层的作用密切相关。褥垫层过小，则对桩基产 生应力集中，土的承载力不能充分发挥；过大则桩承担荷载太少，地基沉降增大。因此，科 学合理地设置褥垫层厚度，能有效地减少基底应力集中和不均匀沉降。 （４）ＣＦＧ桩与预制钢筋混凝土桩相比，能节约水泥、钢材，并能充分利用工业废料粉 煤灰，因此能降低工程费用。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｇｒｏｕｎｄｗｏｒｋ ｏｆ ＣＦＧ Ｐｉｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏａｄ Ｐｏｏｒ Ｇｒｏｕｎｄ Ｌｉ Ｍｉｎ （Ｘｉａｎｐｕ Ｔ７一ｎ ｓ ０ｒ￡以ｆ Ｄ Ｂｕｒｅａｕ，Ｘｉａｐｕ， ３５５１００） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｆｌｙ—ａｓｈ ｇｒａｖｅｌ（ＣＦＧ）ｐｉｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｏｒ ｇｒｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｉｔ ｍａｋｅｓ ａｎ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ＣＦＧ ｐｉｌｅ ａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ＣＦＧ ｐｉｌｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＣＦＧ ｐｉｌｅｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｇｒｏｕｎｄｗｏｒｋ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
