孫高洋

（興隆縣交通運(yùn)輸局，河北 興隆 067300）

0 引言

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提高了城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的技術(shù)水平，也對(duì)高速公路交通運(yùn)輸工程施工有了更高的要求。超軟土土質(zhì)承載力差，在車輛荷載作用下容易出現(xiàn)沉降等病害。為了在公路施工過程中提高超軟土土質(zhì)的承載力，需要采用有效的技術(shù)對(duì)軟土地基實(shí)施科學(xué)合理的加固處理。為此結(jié)合實(shí)例，擬采用CFG樁加固技術(shù)，對(duì)某地區(qū)段軟土土質(zhì)實(shí)施加固處理，并利用復(fù)合地基降低高速公路使用期的路基沉降量。為了更好地提高CFG樁加固技術(shù)的應(yīng)用效果，通過公式計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測試的方法，確保計(jì)算所得CFG樁加固參數(shù)值合理有效。改進(jìn)后的CFG樁加固技術(shù)應(yīng)用方案，能夠超軟土高速公路建設(shè)需求，避免超軟土地基不均勻沉降問題。

1 工程概況

某高速公路某路段存在軟土路基，由于沿線土質(zhì)屬于軟土和超軟土，且地質(zhì)結(jié)構(gòu)呈海相土質(zhì)層的特點(diǎn)。經(jīng)過地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，軟土層最大深度達(dá)21m，軟土厚度大且呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)。經(jīng)過力學(xué)測試，該區(qū)域的承載能力較差。該高速公路段的地基巖土主要表現(xiàn)為黏土層，某處施工段土質(zhì)如表1所示。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，決定采用CFG樁復(fù)合地基對(duì)路基進(jìn)行處治。

表1 某高速公路施工段土質(zhì)情況

表1 （續(xù)）

2 CFG樁復(fù)合地基的原理及特點(diǎn)

2.1 CFG樁復(fù)合地基的原理

CFG樁復(fù)合地基是將不同材料按比例混合，然后加入固定比例的水，通過拌和形成具有極高物理黏結(jié)強(qiáng)度的混凝土樁，并通過多個(gè)混凝土樁與樁間土融合在一起，進(jìn)而形成牢固性較高的軟土地基復(fù)合型高承載地基。該技術(shù)主要適用于處理淤泥質(zhì)類型、土層主體承載力≥200kPa的密實(shí)性土層。CFG樁復(fù)合地基主要采用的原材料有水泥原材料、粉煤灰原材料、工地用碎石、中小顆粒石屑或砂。

2.2 CFG樁復(fù)合地基的特點(diǎn)

CFG樁技術(shù)應(yīng)用于高速公路地基建設(shè)中，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量好、原材料價(jià)格低、承載年限長及經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)。CFG樁技術(shù)最大優(yōu)勢是利用混凝土樁身承載力及樁間摩擦力，將高速公路路面上車輛的載荷傳遞到深層軟土地基中，減少對(duì)現(xiàn)有路基表層的受力，從而提高路基性能。

3 CFG樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)該段高速公路段地質(zhì)情況，CFG樁復(fù)合地基處理設(shè)計(jì)要求：①處理后高速公路復(fù)合地基軟土層承載力特征值大于410kPa；②高速公路復(fù)合地基經(jīng)過沉降后，長期最終沉降量小于60mm。

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算方法

針對(duì)該高速公路的軟土和超軟土土質(zhì)層特點(diǎn)，地基及土質(zhì)層結(jié)構(gòu)為：黏土+海相+超軟土，路基施工時(shí)，出于安全性和實(shí)用性考慮，采用CFG樁復(fù)合地基方案。部分區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算方法如下。

設(shè)CFG樁的樁徑為450mm，計(jì)算樁周長為：

式（1）中：Up為樁的周長；d為樁基直徑。

樁截面積為：

式（2）中：Ap為樁截面積。

式（1）和式（2）中，代入樁徑450mm，可計(jì)算出樁周長Up=1.413m，樁截面積Ap=0.1589m2。

3.2 承載力計(jì)算

取樁間距為1.60m×1.70m，則樁間面積S=2.72m2，面積置換率如式（3）所示：

通過式（3）可求得m=0.258。

承載力可通過式（4）計(jì)算：

式（3）～式（4）中：fsk為基礎(chǔ)持力層承載力，取1000kPa；β為安全系數(shù)，取0.9；m為面積置換率；Rc為單根樁基的承載力，取1100kPa。

經(jīng)計(jì)算，fspk=439.3kpa，大于410kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 褥墊層鋪設(shè)

基礎(chǔ)底板下鋪設(shè)壓實(shí)厚度為200mm的褥墊層，褥墊層材料選用10～20mm碎石，用平板振動(dòng)器振動(dòng)碾壓不少于4遍。

3.4 地基變形計(jì)算

根據(jù)勘察報(bào)告中的地層資料等，采用CFG樁復(fù)合地基方案時(shí)，地基沉降按下式計(jì)算：

式（5）中：s表示地基最終沉降量（mm）；ai和ai-1分別表示基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)的平均附加應(yīng)力系數(shù)；s′表示按分層總和法計(jì)算的地基沉降量；Zi,Zi-1分別表示基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離（m）；?s為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；n表示地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；p0表示對(duì)應(yīng)于荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)的基礎(chǔ)底面附加壓力（kPa）；Evi表示基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，加固區(qū)按復(fù)合模量計(jì)算。通過現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)勘察報(bào)告和理論公式計(jì)算，最終沉降量為25mm，小于要求的60mm。

4 CFG樁復(fù)合地基性能試驗(yàn)

4.1 參數(shù)確定

通過提高路基強(qiáng)度來提升高速公路的承載力和穩(wěn)定性。當(dāng)高速公路線路處于不良地質(zhì)區(qū)域時(shí)，通過采用CFG技術(shù)來改善地基承載力，提高地基密度，減少地基基底的含水率。為了檢驗(yàn)該施工方法對(duì)CFG樁復(fù)合地基穩(wěn)定性的影響，采用試驗(yàn)（分別采用實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)測試和現(xiàn)場試驗(yàn)測試）進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕ㄒ韵?點(diǎn)：①在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行施工路段土質(zhì)干密度測試試驗(yàn)后，到施工現(xiàn)場進(jìn)行二次干密度試驗(yàn)，確定二者之間的內(nèi)在關(guān)系，并獲取項(xiàng)目的干密度指標(biāo)，確定現(xiàn)場施工的樁基基礎(chǔ)碾壓次數(shù)；②在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用智能化設(shè)備，研究該路段土質(zhì)層處于不同含水率時(shí)，干密度和含水率之間的潛在關(guān)系；③對(duì)CFG樁基混凝土試塊進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，確定所用混凝土的力學(xué)性能。

4.2 試驗(yàn)分析

4.2.1 試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

為了有效排除試驗(yàn)儀器潛在的一定偶然性因素，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器需要展開合理的科學(xué)評(píng)價(jià)，在保證室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)度的基礎(chǔ)上，提高軟土基層的穩(wěn)定性。

在實(shí)驗(yàn)室，分別對(duì)CFG樁身的混凝土試塊進(jìn)行6次沖壓，并結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)，獲得CFG樁混凝土的承載壓力和限載壓力，同時(shí)獲取CFG樁身的側(cè)邊摩擦阻力。在前兩次的沖壓操作中，CFG樁的兩側(cè)摩擦阻力不同，兩邊呈現(xiàn)不同的承載壓力值，通過多次沖壓操作，實(shí)驗(yàn)室兩側(cè)摩擦阻力基本相近。施工現(xiàn)場的試驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)步驟基本相同。

4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)室和施工現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析：

（1）在高速公路的超軟土地基中，CFG樁在施工過程中產(chǎn)生的孔隙水壓力存在增長較快的特點(diǎn)，孔壓的增長峰值為105kPa。同時(shí)，從試驗(yàn)過程中可以看出，距離CFG樁越近，孔隙水壓越大，CFG樁對(duì)超軟土地基的影響就越顯著。

（2）CFG樁在處理超軟土地基時(shí)，可以采用振動(dòng)沉管法對(duì)該段地基實(shí)施有效處理。與此同時(shí)，CFG樁在成樁過程中，會(huì)對(duì)樁周圍軟土和超軟土造成不同程度的影響，且當(dāng)沉管法沉管時(shí)，CFG樁對(duì)地基土?xí)a(chǎn)生較為明顯的擠壓現(xiàn)象，導(dǎo)致CFG樁樁周孔隙水壓力不同程度地增強(qiáng)，直接促使CFG樁周土質(zhì)強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)呈下降現(xiàn)象。另外，采用振動(dòng)法，當(dāng)拔管時(shí)也會(huì)對(duì)CFG樁周圍土層產(chǎn)生一定的影響，并導(dǎo)致CFG樁周土層的孔隙水壓出現(xiàn)一定的壓力值增長。

（3）CFG樁施工完成后最初一段時(shí)間內(nèi)，孔隙水壓呈消散較快的趨勢，在1h內(nèi)，土層的大部分孔隙水壓都得到了一定的改善與消散。但是，當(dāng)時(shí)間超過1h后，水壓消散速度會(huì)變慢，且呈現(xiàn)越來越慢的趨勢，此時(shí)由于CFG樁周圍的土層在短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)高效率固結(jié)，極有可能帶來CFG樁內(nèi)強(qiáng)度恢復(fù)不良。因此，需要加強(qiáng)孔隙水壓控制。

（4）在該高速公路超軟土地基CFG樁施工中，同一深度的軟土層施工后CFG樁的樁周土在參數(shù)錐尖阻力的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，施工前土層錐尖阻力隨CFG樁與其距離的加大而增大，并逐漸趨于1.0MPa。其中CFG樁的樁周土層為天然沉積的海相軟土和超軟土層。

5 CFG樁復(fù)合地基施工質(zhì)量控制

為保證CFG樁基的正常使用和確保高速公路的荷載下確保工程的使用年限，需要嚴(yán)格把控CFG樁基工程施工質(zhì)量。當(dāng)CFG樁類型不同或施工方法不同時(shí)，施工準(zhǔn)備階段需要檢測的內(nèi)容有：①CFG樁的幾何受力條件；②CFG樁身質(zhì)量；③CFG樁身承載力與其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。其中，通過鉆取混凝土芯樣的方式對(duì)CFG樁的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。超軟土地質(zhì)條件復(fù)雜，需要對(duì)CFG樁進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測。

6 結(jié)語

研究表明，CFG樁復(fù)合地基荷載應(yīng)力與車輛的荷載呈正比變化規(guī)律。在某超軟土路基填筑施工過程中，CFG樁復(fù)合地基用以處理超軟土土質(zhì)的地基不穩(wěn)問題效果顯著。同時(shí)，從施工質(zhì)量控制出發(fā)，解決軟土和超軟土層施工技術(shù)問題，能夠提升高速公路施工整體質(zhì)量。改進(jìn)后的CFG樁超軟土地基加固技術(shù)，為深厚軟基土層高速公路施工帶來更好的工程應(yīng)用效果，能有效高速公路沉降，同時(shí)節(jié)約成本。