左 劼

(河北省高速公路京哈北線管理處，河北 唐山 064209)

CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理效果與評價研究

左 劼

(河北省高速公路京哈北線管理處，河北 唐山 064209)

為了研究CFG樁在高速公路建設(shè)工程中處理軟土地基的效果，通過對CFG樁處理的路基斷面進行沉降觀測所得的數(shù)據(jù)進行分析并通過指數(shù)法與雙曲線法進行預(yù)測，可以認為CFG樁在高速公路湖相軟土地基處理方面效果良好，滿足施工及使用要求。

軟土地基；CFG樁；沉降預(yù)測

1 施工工藝與控制要點

1.1 施工工藝

該區(qū)CFG樁樁間距為1.6 m，樁徑0.4 m，樁長12 m，按等邊三角形布置。CFG樁試驗段進行試樁7根，以確定機械設(shè)備、施工工藝，技術(shù)參數(shù)等。CFG具體在施工時，為了保護已完成的樁，常常采用隔行隔樁打樁的方式，而且通常兩根樁之間間隔不小于一周。

流程為：樁位施放→樁機就位→沉管至設(shè)計深度→停振投料→拔管→樁機移位→取樣→鋪設(shè)碎石墊層。

1.2 控制要點

CFG樁施工過程中的控制要點包括：(1)樁體材料采用C20，依據(jù)實驗室28 d強度試驗以確定各材料的配合比情況；(2)關(guān)閉機器后，應(yīng)盡快將物料放入管內(nèi)，至與進口持平為止。按前面確定的配合比拌和，指標(biāo)是坍落度100 mm，且浮漿厚度小于20 cm；(3)為了保護已完成的樁，常常采用隔行隔樁的打樁方式；(4)樁機卷揚系統(tǒng)速度沉管線的速度不能太大，當(dāng)其速度過快時可能會出現(xiàn)縮頸斷樁的情況，因此為了避免這一情況的發(fā)生，需要采取一定的措施來控制其速度，現(xiàn)在工程上采取的措施一般是當(dāng)沉管線提升一段距離后停下來留振一段時間，但是這個時間要嚴格控制，一般在10 s左右，若時間過長的話會使樁體整體水泥量分布不均勻，樁身強度不均勻；(5)CFG樁施工完成7 d后，人工開挖截取樁頭時，此時需有人專門負責(zé)，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動樁間土；在破除樁頭時，可能會發(fā)生樁體斷裂，如果斷裂位置處于樁體至樁頂設(shè)計標(biāo)高以下，那么必須用樁體原材料對其進行修復(fù)，同時修復(fù)的過程中還要注意保護樁間土；(6)振動施工條件下，周圍土體在將管打入或者將管拔出過程中都會受到影響，使其發(fā)生擠密或擾動，因此需要注意保護周圍土體。

2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)分析

通過對某高速公路工程的多個CFG樁處理斷面進行長期變形觀測，現(xiàn)場沉降觀測起始于路基填筑，經(jīng)過冬歇期、路面施工期等一年的時間。選取的斷面K40+030進行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，此點位于距橋臺25 m的位置，其路基填筑高度為6.30 m，地基處理方式為CFG樁，處理深度為10.0 m，穩(wěn)定水位深度為1 m，不存在地震作用下地震液化現(xiàn)象，地表下存在連續(xù)分布的軟土和軟弱土層。截止到進行路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)施工時，共觀測422 d，觀測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 觀測數(shù)據(jù)

填筑高度、時間與累計沉降曲線圖如圖1所示。

圖1 累積沉降曲線

該段路基沉降觀測始于2014年10月，填筑過程中，觀測頻率一般是一層一次或者三天一次。要求線路中心線地基沉降速率每晝夜不宜大于10 mm，若施工過程中超過該界限值時，應(yīng)停止路基填筑加載，直到觀測值小于界限值后方允許重新加載。地基自身承載力的作用在路基初始填筑過程中表現(xiàn)明顯，它可以承受一定高度填土荷載。隨著填筑高度的增加，附加荷載逐漸增大，地基會發(fā)生固結(jié)和壓密，抗剪強度提高。通過沉降曲線得知，填筑高度的增加會使得地基沉降量隨之增大，而且沉降曲線與彈性形變曲線相似，這說明填土荷載在地基承載力容許范圍內(nèi)。在路基填筑初期，由于填筑速率較快，沉降速率普遍偏高，隨著時間的推移，沉降速率逐漸減小。

2.2 指數(shù)曲線法

指數(shù)曲線法是一種較為常見的預(yù)測沉降方法。該方法是依據(jù)固結(jié)度原理提出預(yù)測模型，任意時刻沉降量的計算方程如式(1)所示。

St=[1-Ae-Bt]S∞

(1)

式中：A為通常取理論值8/π2，也可根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算；B為與排水距離、時間因數(shù)中的固結(jié)系數(shù)有關(guān)；St為表示t時刻的沉降量；S∞為表示最終沉降量。

上式中三個未知參數(shù)S∞、A、B可以通過監(jiān)測的沉降——時間曲線上任意挑出三點：(t1，S1)、(t2，S2)、(t3，S3) ，將這三個點分別帶入式(1)中聯(lián)立求得如公式(2)所示。

(2)

將S∞、A、B代入式(1)就可以求出任意時刻沉降值；在選取三個點的坐標(biāo)時，為了減小誤差，要求三個點的時間間隔盡可能大，因此需要觀測的時間相對長一些。

2.3 雙曲線法

雙曲線法是根據(jù)沉降時間關(guān)系曲線接近于雙曲線，采用曲線的外延來推算將來某個時刻的沉降及最終沉降量。沉降和時間的關(guān)系可近似采用如式(3)所示。

(3)

根據(jù)上式可以建立一個以(t-t0)為橫坐標(biāo)，(t-t0)/(st-s0)為縱坐標(biāo)的平面直角坐標(biāo)系；選取多組實測數(shù)據(jù)并在平面直角坐標(biāo)系中標(biāo)出，然后將這些點擬合成直線，其中直線的截距即為A，直線的斜率即為B。求出A、B值帶入式(3)中即可求出任意時刻的沉降；當(dāng)t→∞時，即可得最終沉降量公式如式(4)所示。

(4)

根據(jù)雙曲線方法預(yù)測沉降量，所采用的實測數(shù)據(jù)需要在填充結(jié)束后的拐點后選取，可以預(yù)測出任意時刻沉降量以及最終沉降；雖然這種方法推算原理不強，需要觀測的時間較長，但是由于相對簡單明了，所以這種方法也比較實用。

2.4 預(yù)測結(jié)果分析

為了解路基完成后一段時間內(nèi)沉降曲線的變化趨勢，同時驗證該地基處理方式能否滿足地基工后沉降規(guī)定，現(xiàn)利用準確度和應(yīng)用度均較高的雙曲線法和指數(shù)法對K40+030斷面進行工后沉降預(yù)測。預(yù)測的方式為利用origin軟件進行曲線擬合，根據(jù)曲線擬合結(jié)果計算在不同方法下該斷面的最終沉降量與工后沉降量。采用雙曲線法指數(shù)曲線法擬合得到的曲線如圖2所示。

圖2 曲線法擬合

兩種方法得到的工后沉降如表2所示。

表2 工后沉降

根據(jù)兩種預(yù)測方法最終得到的工后沉降量與高速公路相關(guān)規(guī)范中的工后沉降容許值做比較，可以得到最終的工后沉降遠小于容許值，利用該處理方案加固后的地基沉降量滿足設(shè)計要求，效果良好。

3 結(jié) 論

通過對CFG樁地基的加固機理的研究，分析了CFG樁在軟土地基處理中的擠密作用、褥墊層作用和樁體作用，介紹了在軟土地基處理中CFG樁的施工工藝及施工要點。同時，通過施工期間的沉降監(jiān)測工作，對軟土地區(qū)的高速公路地基的沉降變化情況進行了預(yù)測分析，根據(jù)地基的沉降變化曲線，并與公路相關(guān)規(guī)范中的容許值進行對比分析，可得CFG樁在軟土地基中的處理效果良好，為類似工程中地基處理方式的選擇提供參考，以保證高速公路的穩(wěn)定與安全。

[1] 陳奎軍，顏忠平，陳莉蘋. 水泥攪拌樁在高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用[J]. 路基工程，2007，(5)：118-120.

[2] 劉明哲. 淺談水泥攪拌樁的施工控制[J]. 科技資訊，2011，(3)：119-119.

[3] 趙光鵬,鄭忠成. 軟土地基沉降預(yù)測方法分析比較[J]. 天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報,2008,(3):176-179.

2017-03-30

左劼(1975-)，男，河北石家莊人，高級工程師，研究方向：高速公路建設(shè)與管理。

U416.1

：B

：1008-3383(2017)06-0005-02