趙雄飛

（湖北交投武松高速公路有限公司，湖北 武漢 430011）

1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)原則和加固機(jī)理

1.1 CFG樁設(shè)計(jì)原則

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，是將碎石、砂、水泥等材料充分?jǐn)嚢杌旌隙桑⒃跇俄斣O(shè)置碎石墊層或水泥土墊層共同形成復(fù)合地基，將地基上方的填土荷載或車輛荷載傳遞至深層地基中，常用于深厚軟土地基或橋頭地基等對(duì)路基沉降控制嚴(yán)格的路段[1]。

CFG樁在設(shè)計(jì)時(shí)不能盲目地參考類似工程，而是要結(jié)合項(xiàng)目的具體地勘資料進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下原則：第一，沉降滿足規(guī)范要求。經(jīng)CFG樁處理后的一般路段地基工后沉降小于30mm，涵洞及通道路段地基工后沉降小于20mm，橋頭路段地基工后沉降小于10mm；第二，經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)人員在開展CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在滿足工后沉降的基礎(chǔ)上，優(yōu)化樁參數(shù)，以減少樁長，節(jié)約工程造價(jià)；第三，CFG樁的尺寸要確保施工的可行性，盡量減少施工難度，降低對(duì)公路建設(shè)工期的影響。例如，CFG樁樁長不宜過長，樁間距不能過小，樁的彈性模量不能要求過高[2]。

1.2 CFG樁設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）樁徑、樁長

振動(dòng)沉管法成樁樁徑宜為350～600mm，鋼筋混凝土預(yù)制成樁的樁徑宜為300～600mm。

CFG樁處理橋頭地基時(shí)會(huì)存在有效加固長度，當(dāng)超過該臨界長度時(shí)，再增加樁長對(duì)地基承載力提升程度不大且不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30—2015）可知，CFG樁的最大樁長不得超過30m。

（2）樁間距

樁間距主要是影響橋頭地基的置換率m，從而影響CFG樁復(fù)合地基的承載力，計(jì)算公式如式（1）[3]：

式（1）中：d為CFG樁徑（mm）；de為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑（mm），其與樁的布置形式和樁間距s密切相關(guān)。當(dāng)CFG樁呈等邊三角形布置時(shí)，de=1.05s；當(dāng)CFG樁呈正方形布置時(shí)，de=1.13s。

（3）褥墊層

CFG樁頂應(yīng)鋪設(shè)一層碎石或水泥土墊層等材料實(shí)現(xiàn)應(yīng)力擴(kuò)散，與樁體共同承擔(dān)上部荷載。褥墊層厚度宜取0.3～0.5m。褥墊層的粒徑不宜過大，材料最大粒徑通常不大于30mm。

黨的十九大報(bào)告中指出：“增強(qiáng)政治領(lǐng)導(dǎo)本領(lǐng)，堅(jiān)持戰(zhàn)略思維、創(chuàng)新思維、辯證思維、法治思維、底線思維，科學(xué)制定和堅(jiān)決執(zhí)行黨的路線方針政策，把黨總攬全局、協(xié)調(diào)各方落到實(shí)處。”[1]決策是領(lǐng)導(dǎo)者的責(zé)任，也是領(lǐng)導(dǎo)工作的核心，貫穿于領(lǐng)導(dǎo)工作的各個(gè)方面，關(guān)系著事業(yè)的興衰成敗。在一個(gè)地方和單位，決策往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，領(lǐng)導(dǎo)干部級(jí)別越高，其決策的影響面往往越大。只有做到科學(xué)決策、民主決策、依法決策，在把握客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上確定工作的目標(biāo)和舉措，才能使工作真正得到長遠(yuǎn)發(fā)展。

2 CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理和沉降計(jì)算方法

2.1 CFG樁加固機(jī)理

（1）樁體加固作用

CFG樁會(huì)和原土層形成復(fù)合地基，此時(shí)CFG樁可視作復(fù)合地基中的增加體，抑制土體的側(cè)向變形。由于CFG樁增強(qiáng)體的強(qiáng)度和變形模量遠(yuǎn)大于樁間土層，承擔(dān)了大部分的上部填土荷載，提高了復(fù)合地基的承載力，降低了地基的工后沉降。

（2）擠密作用

原地面CFG樁在施工期間會(huì)受到一定程度的振動(dòng)和沖擊，使土顆粒間的孔隙被壓縮，孔隙比降低，土體體積減小而變得更加密實(shí)，這也會(huì)提高土體的壓縮模量，以降低地基沉降。

（3）排水固結(jié)作用

在填土或車輛荷載等外部荷載作用下，地基中的水會(huì)不斷排出，超孔隙水壓力會(huì)不斷消散。而水泥粉煤灰碎石樁一般透水性較好，可作為地基土的排水通道，這樣會(huì)縮短排水距離，加快軟弱土層的固結(jié)沉降，從而提高土體的有效應(yīng)力和有效抗剪強(qiáng)度。此時(shí)，在相同附加應(yīng)力作用下，復(fù)合地基壓縮變形會(huì)比未處理前有一定程度的降低。

2.2 CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算

（1）壓縮模量法

壓縮模量法是一項(xiàng)傳統(tǒng)的復(fù)合地基沉降計(jì)算理論，公式簡單，計(jì)算參數(shù)較少，計(jì)算精度也能滿足工程需求。壓縮模量法計(jì)算沉降就是將水CFG樁復(fù)合地基的加固區(qū)和非加固區(qū)視為一個(gè)整體，模量采用復(fù)合壓縮模量（樁體壓縮模量和土體壓縮模量的加權(quán)值），再利用分層總和法求出各層土的沉降，最后將各層土的變形量求和得到總沉降[4]，見式（2）：

式（2）中：Hi為第i層土分層厚度（m）；ΔPi為第i層土附加應(yīng)力（MPa）；Espi為第i層土當(dāng)量壓縮模量（MPa）。

（2）有限元法

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步和有限元理論的不斷成熟，有限元法在橋頭復(fù)合地基沉降中的應(yīng)用更加廣泛。有限元法計(jì)算精確度高，能充分考慮復(fù)雜的地質(zhì)情況和材料特性。利用有限元法計(jì)算CFG樁復(fù)合地基沉降時(shí)，常見的軟件有ANSYS、Midas、FLAC3D、PLAXIS等，大多是將地基土視作非均質(zhì)材料，將其劃分成若干個(gè)分段，并在施加荷載和邊界后分別求出各個(gè)分段的正應(yīng)力、剪應(yīng)力、變形等，最后輸出CFG樁復(fù)合地基總沉降。

3 CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算實(shí)例分析

為準(zhǔn)確分析CFG樁對(duì)橋頭軟弱土地基的加固效果，筆者以某高速公路項(xiàng)目為依托，利用有限元軟件MIDAS/GTS建立二維平面計(jì)算模型，分析了CFG樁加固前后的橋頭地基的沉降變化規(guī)律，以評(píng)價(jià)CFG樁復(fù)合地基的處治效果。

3.1 工程概括

研究對(duì)象為雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)速度為120km/h，路基寬度為34.5m，沿線存在大面積的軟土地基且軟土厚度較大。為減輕橋頭跳車現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員擬對(duì)某大橋的橋頭地基范圍內(nèi)采用CFG樁進(jìn)行處治，如圖1所示。CFG樁的設(shè)計(jì)參數(shù)為：CFG樁的直徑為0.5m，采用正方形布置，樁間距為1.2m，樁長為變量，應(yīng)結(jié)合地勘資料和沉降計(jì)算結(jié)果確定，處治范圍是坡腳外1m。

圖1 CFG樁處治橋頭地基示意圖

3.2 橋頭地基計(jì)算模型建立

3.2.1 定義材料屬性

材料屬性是影響橋頭地基沉降的關(guān)鍵參數(shù)，但材料屬性較多，因此在對(duì)材料參數(shù)賦值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)簡化，可只定義材料密度、壓縮模量、泊松比、黏聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)。

3.2.2 網(wǎng)格劃分

為提高計(jì)算的精確度，利用軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)應(yīng)盡量采用實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸，對(duì)CFG樁及加固區(qū)范圍內(nèi)的土體網(wǎng)格進(jìn)行適當(dāng)加密（尺寸取0.3m），而對(duì)非加固區(qū)內(nèi)的土體網(wǎng)格可以稍微大一些，網(wǎng)格尺寸取1m，共劃分出3824個(gè)單元、4218個(gè)節(jié)點(diǎn)[5]。

3.2.3 施加約束及荷載

利用MIDAS中的load模塊對(duì)橋頭地基兩側(cè)施加側(cè)向約束，僅可發(fā)生豎向壓縮；模型底面進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的全約束，不能移動(dòng)；模型頂面為自由邊界，可以在空間內(nèi)任意變形。

3.3 CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算結(jié)果分析

分別計(jì)算了樁長24m、28m、30m、32m、36m時(shí)CFG樁復(fù)合地基的沉降量，如圖2所示。

圖2 不同樁長下CFG樁復(fù)合地基沉降值

由圖2可知，在相同荷載作用下，隨著CFG樁樁長的增加，橋頭地基的沉降不斷減小，但減小速率并不是固定的。當(dāng)樁長超過32m，地基沉降減小幅度開始減緩，這說明CFG樁的樁端已經(jīng)到達(dá)良好的持力層。

4 結(jié)論

本文探討了CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)參數(shù)、加固機(jī)理、沉降計(jì)算等，主要得到以下幾方面結(jié)論：（1）CFG樁復(fù)合地基的樁長、樁間距、樁徑等設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合地勘資料和沉降計(jì)算結(jié)果，遵循經(jīng)濟(jì)性、方便施工等原則；（2）CFG樁的加固機(jī)理包括樁體加固作用、擠密作用、排水固結(jié)作用，沉降計(jì)算方法主要有壓縮模量法、有限元法等；（3）橋頭地基的沉降會(huì)隨著樁長的增加不斷減小，當(dāng)樁端到達(dá)持力層后其速率會(huì)降低。