CFG樁在高速公路軟基處理中的應用研究
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摘 要 軟基所造成的路基損害，在軟基施工中，可采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG）進行加固處理。對此，本文首先對水泥粉煤灰碎石樁（CFG）軟基加固機理以及應用優勢進行介紹，然后以某高速公路為研究對象，對CFG樁在高速公路軟基施工中的應用方式進行詳細探究，以期為類似工程提供借鑒。
關鍵詞 水泥粉煤灰碎石樁（CFG）;應用優勢;檢測
引言
目前，我國高速公路施工中經常遇到軟基處理的問題，軟基即指地基松軟，其主要有軟弱土成分組成持力層，由于該類地基具有土質松軟、強度低、耐壓性弱以及易壓縮等特點。CFG樁作為水泥粉煤灰碎石樁，其成為當下軟基路段主要處理工具，能夠有效加固軟基路段，提高軟基路段的承載能力。因此，對CFG樁在高速公路軟基處理中的應用進行深入研究意義重大。
1 水泥粉煤灰碎石樁（CFG）軟基加固機理
CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，是用石屑、水泥、粉煤灰對碎石樁加固制成的一種復合地基處理方法。其加固機理主要包括擠密、褥墊層和樁體等三種作用：①擠密作用。在施工過程中，由于振動沉管的作用，樁體周圍的軟土相互擠壓，使得土體密度增加，從而提升原來土體的承載力。②褥墊層作用。由級配砂石、粗砂、隨時等散體材料組成的褥墊，能夠使樁、土共擔荷載，且能分散集中應力以及調整樁土荷載比。③樁體作用。地基受力下沉時，會將力傳遞到樁體上，這將會使地基的沉降大大減小，達到了保護地基，加固軟土的作用。有學者把無褥墊層下的CFG樁和碎石樁的應力比進行試驗，得出CFG樁應力比是碎石樁的10倍，可見CFG樁的效果比碎石樁更好[1]。
2 水泥粉煤灰碎石樁（CFG）軟基加固技術的應用優勢
2.1 承載性強
CFG樁在軟基路段處理中，其具備承載力強的特點，由于CFG樁經過水泥與砂石等原材料混合加工而成的，使得CFG樁擁有較強的側面摩擦阻力。在軟基路段處理中，CFG樁的承載能力能夠達到地基總荷載的70%左右，使得軟基承載力得以飛速提升，且CFG樁的承載力具備相當大空間的可調控性。
2.2 樁體排水好
當CFG樁采用振動沉管技術下樁時，一旦遇到粉土或沙土類施工路基，因為樁體振動作用容易引發砂土出現液化現象，導致土層內出現孔隙水壓力并順著樁體向上排出，直至樁體發生硬化結束。可見，CFG樁體具有排水性好的特點。
2.3 沉降量較小
CFG樁在軟基處理中，由于樁體端部往往置于地基中較好的土層上，因而能夠構建形成復合型地基，該復合型地基具有較好的變形模量，故能夠很好地防止地基上建筑物的下沉，可見，CFG樁在軟基中的應用具備沉降量小的特點。
2.4 適用范圍大
CFG樁可以被應用于成分各異的軟基路段處理中，如涉及粉土、黏土以及淤泥等軟基路段，能夠對軟基進行有效加固處理，無論這些軟基路段的地質情況好壞，CFG樁都能較好的發揮其擠密性能。
2.5 時間效應佳
當采用振動沉管技術下樁時，容易引發樁基間的土層發生振動攪拌，導致地基結構發生變化，地基強度下降，然而，當下樁完成后，經過一段時間的恢復，地基結構將不斷復原，地基強度也將有所提高，使得樁基之間土層的承載能力得到增強。另外，由于樁體中含有水煤灰等易發生水化反應的原材料，這些原材料發生反應后增強了樁身的強度與荷載能力，可見，CFG樁具有時間效應佳的特點[2]。
3 CFG樁在高速公路軟基處理中的應用實例
3.1 工程概況
某高速公路工程地質情況較為復雜，通過對地質情況進行分析，軟土較多，需要對地基進行加固。對加固方案進行綜合比較后，決定在C標段內某部分地區采用CFG樁進行加固處理，持力層作用在黏土層之上，地基承載力為300kPa，要求CFG樁地基承載力不能低于500kPa。
3.2 樁型和樁徑的選擇
在本工程中，CFG樁設計和樁基礎施工設計中，采用了長螺旋鉆管中內壓樁基礎工程，實現對地基加固處理。根據地質勘探結果和該高速公路工程對荷載的要求，選擇樁徑為450mm的CFG樁進行施工，混凝土強度等級為C25。
3.3 CFG樁承載力標準值和相關參數的選擇
CFG樁地基承載力標準值主要通過現場復合地基荷載試驗來得到，主要計算公式為：
式中：fspk為該高速公路工程地基加固以后，CFG樁復合地基的承載力特征值（kPa）;λ為CFG樁單樁的承載力發揮系數，在計算過程中，其取值一般為1.0;m為CFG樁面積置換率;β為CFG樁間土承載力的折減系數，取值范圍在0.75～0.95之間;Ra為單根CFG樁的豎向承載力特征值（kN）;Ap為CFG樁的截面積（m2）;fsk為原地基加固處理以后，樁間土的承載力特征值（kPa）。
根據案例工程地質勘探的結果，要求經過CFG樁加固處理后地基承載力特征值不能低于500kPa，單樁豎向承載力的特征值不能低于1000kN，面積置換率為4.89%，因此，為滿足上述要求，CFG樁長為18m。
3.4 樁間距和樁數的確定
由于該工程CFG樁施工中，面積置換率為4.89%，樁長為18m，因此，采用了正方形布置CFG樁的方法，間距為1800mm，在基底中分別布置2排CFG樁，總共布置642根CFG樁。
3.5 填充料配合比
在填充料配比中，通過多次試驗最終確定了該工程CFG樁中的填充料的配合比：每立方米CFG樁充填料，需要水180kg、水泥324kg、中砂780kg、碎石1020kg、減水劑4.25kg、粉煤灰50kg，采用此種配比，填充料的坍落度在150～180mm之間，可有效滿足實際要求。
3.6 褥墊層
為最大限度提升CFG樁施工質量，確保地基的承載力滿足實際需求，褥墊層的厚度為200mm，超出邊緣基礎150～200mm，選擇粒徑為5～14mm的碎石作為褥墊層鋪設的主要材料，并進行全方位夯實處理。 3.7 質量檢測要求
當CFG樁施工完成以后，進行全面養護處理，養護30天以后，選擇總樁數的0.5%進行檢測，選擇檢測點個數不能低于4個，進行靜載試驗，確認CFG樁各項參數和指標都滿足實際要求以后才能進行下一道工序施工。
3.8 CFG復合地基檢測
（1）CFG樁身完整性檢測。根據CFG樁施工相關的檢測規范和標準，對CFG樁進行完整性檢測，本工程中，抽檢了75根CFG樁，進行低應變反射波法檢測，檢測結果顯示，75根CFG樁全部為Ⅰ類樁，質量、強度、硬度、規格、尺寸等都滿足實際要求。
?。?）地基承載力檢測。根據樁基檢測規范的要求，當地基基礎施工完成以后，同時進行復合地基承載力檢測，選擇5個CFG樁單樁進行全面檢測，檢測結果顯示，所有復合地基的承載力特征值都在580kPa以上，有效滿足了實際需要[3]。
4 CFG樁在軟基路段處理中的質量控制措施
4.1 合理選擇施工設備
CFG樁在施工過程中，除了借助振動沉管機械設備進行施工外，還可以利用螺旋鉆機械設備施工。在CFG樁施工成樁過程中，需要先應用螺旋鉆預先鉆孔，接著再使用振動沉管設備進行樁體制取。這兩類設備的配合使用能夠有效避免制樁中因振動導致的斷裂現象的發生，有效確保樁體以及樁間土層的密實性，增強地基的承載力。
4.2 全面把控原料配比
CFG樁體的強度主要由混凝土材料的配比情況決定的，故混凝土材料的配合比例尤為重要。由于高速公路軟基區域應用CFG樁加固處理時，往往采用群樁進行軟基路段的加固，提升軟基的承載能力。一旦混凝土材料配比不合理，則容易影響樁體的承載能力，從而引發卡管現象，導致發生施工質量事故。通常來說，混凝土材料中水灰的配比約為7∶10，水泥用量比約為15%，坍落度把控在5cm范圍內，從而有效提升樁體的承載力。
4.3 采用合理施工順序
當CFG樁在飽和軟土區域施工時，由于制樁設備振動作用較小，在進行連續打樁作業時，新打樁容易擠壓已經完成的樁體，使得樁體呈現出不規則或橢圓形狀，導致樁體的嚴重變形甚至斷裂。因此，需要設計合理的施工順序，確保成樁的質量以及使用性能。對于連續打樁作業，需要選擇科學可行的施工順序，采用跳打施工技術，樁體之間保持合理的距離，后打樁與前一條樁體必須間隔一定時間，當前一條樁強度達到預計強度4/5時，方可打下后一條。
5 結束語
綜上所述，水泥粉煤灰碎石樁（CFG）在公路軟土路基中加固中的應用，對施工質量的要求很高，要求地質調查做到準確無誤，要做好相應的檢測工作，采取質量控制措施，才能達到預期的要求。經檢測，本工程完工后質量完全達到了預期的要求，有效提高了公路路基的穩定性，值得進一步推廣和應用。
參考文獻
[1] 唐小富.山區高速公路軟基處理CFG樁復合地基的固結分析[J].公路工程，2016，41（2）：19-22.
[2] 董志勇，周國玲，顧雙春.CFG樁在高速公路軟基路堤滑坡處理中的應用[J].中外公路，2015，35（3）：45-48.
[3] 張愛榮.公路工程軟基處理中CFG樁施工技術應用[J].科學家，2017，5（7）：41-42.
作者簡介
張曉玲（1974-），女，重慶豐都人;專業：土木工程，學歷：本科，道橋/隧道/市政高級工程師，現就職單位：重慶市涪陵路橋工程有限公司，研究方向：公路與橋梁工程建設技術。
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