摘要：复合地基指部分土体被增强或被置换，形成由地基土和竖向增强体共同承担荷载的人工地基，复合地基强调桩与桩间土共同承担荷载。根据桩体材料的不同，可分为两类，其一是有粘结强度的桩，如：CFG桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、夯实水泥土桩；其二是无粘结强度的桩，如：振冲碎石桩和沉管砂石桩、灰土挤密桩和土挤密桩、柱锤冲扩桩等。
关键词：CFG桩；负荷地基；公路挡墙；地基处理；应用；分析
引言
CFG桩(C指Cement,F指Flyash,G指Grav-el)即水泥粉煤灰碎石桩,一般由碎石、石屑、粉煤灰,掺适量水泥加水拌合而成。以水泥粉煤灰碎石为主形成的复合地基具有承载力高、沉降值小的特点,在工民建的地基处理中应用较多。近年来,在工期紧、工程质量要求高的高等级公路建设中的高填方地基处理,特别是桥梁台背处的地基加固处理中广泛应用。使用该种地基处理方案,可控制地基沉降量和提高承载力,有效解决高填方路基工后沉降过大造成桥头跳车严重的问题。
1.施工工艺
1.1施工机械的选择
目前CFG桩主要采用振动沉管成桩和长螺旋钻成桩两种施工方法。振动沉管主要适用于无坚硬土层和密实砂层的地质条件,当遇到坚硬的粘土层时,振动沉管施工会发生困难,同时施工中容易出现缩径甚至断桩现象。长螺旋钻主要适用于地下水埋藏较深的粘性土,成孔时不会发生塌孔现象,不产生噪音,不产生泥浆污染,适合于城市施工,但不适于沙土层的施工。
1.2施工工艺流程
确定桩位、钻机就位、钻孔至设计孔底标高、将混凝土投入混凝土泵料斗中、启动混凝土泵将混凝土通过输送管线泵入钻杆芯管、边泵送混凝土边提钻至地表、钻机就位至下一个桩位、所有桩施工完毕、剔除桩头挖除保护桩长内的桩间土、铺设二灰砂砾垫层。
2.CFG桩设计方法
2.1适用性及效果
CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩。桩、桩间土和褥垫层构成复合地基。就地基土质而言，CFG桩复合地基适用于处理粉土、黏性土、砂土和自重固结已完成的素填土地基。但对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性，就基础形式而言，既可适用于筏基、箱基，也可用于条基、独立基础等。通过CFG桩复合地基处理后的地基，不但可以较大程度地提高地基承载力，还可降低地基变形。工程实例和经验表明，此法在抗震设防区也有较好的效果。如成都某建筑40层，高度119.9m，持力层为强风化泥岩，采用该法处理后，承载力和变形均满足规范要求，并且经受住了汶川“5.12”地震的考验。
2.2加固机理
CFG桩复合地基通过半刚性桩体置换原相对柔性的地基土，桩体起加筋、排水作用，并通过褥垫层使桩体与桩间土两种介质共同承担荷载，形成复合地基。
2.3设计计算
CFG桩复合地基设计依据为：勘察报告、场地条件、结构形式、对承载力和变形的要求及现有的施工机械种类、地区经验等。第一，设计原则。满足承载力和变形要求，满足桩与桩间土变形协调要求。第二，持力层选择。应尽量选择承载力和压缩模量相对较高的土层作为持力层，以充分发挥桩的端阻力，也可避免地基岩性变化引起的不均匀沉降，同时，好的持力层能让沉降稳定加快。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前施工工艺可以实现较长的桩长，因此在相对软弱层不是很厚的情况下，尽量采用穿过软层而进入硬层的桩体。第三，桩径、桩间距、布桩范围。桩径应根据成孔施工工艺，如长螺旋钻中心压灌、成孔和振动沉管成桩、泥浆护壁钻孔成桩等，选择在300-800mm之间。桩间距应根据基础形式、地基土性、施工工艺以及设计所需的承载力和变形要求综合确定。当桩长范围内有饱和粉土、淤泥等时，采用长螺旋钻孔中心压灌成桩施工中可能发生窜孔、缩颈时宜采用较大桩距；对不可挤密土和挤土成桩工艺宜采用较大桩距。CFG桩可只在基础内布置，通常可采用等边三角形和正方形布置；还可以与其他桩型组合形成多桩型复合地基，以适用地基承载力和变形要求更高的地基。第四，褥垫层。设置0.4-0.6倍桩径厚度的，由中砂、粗砂、级配碎石等组成褥垫层，可以起到保证桩和桩间土共同承担荷载、减少基底应力集中、调整桩与桩间土水平荷载分担比例、充分发挥桩间土竖向承载力的作用。
3.CFG桩在工程上的应用
3.1设计思路
第一，梳理。地基设计时，根据路线规划图、路线纵断面地质填图、地勘报告、路基横断面图、挡墙布置表、挡墙标准图、并考虑浸水对地基承载力和土压力计算的影响，将路线、挡墙、地勘进行一一对应，对全线挡墙进行梳理，将地基承载力不满足段的桩号理出，优先采用换填法处理。当采用换填措施后，地基承载力仍不能满足设计承载力要求时，则采用复合地基方法。根据地勘报告及规范，本工程挡墙地基土以黏性土为主，结合对当地处理经验的调查，能采用CFG桩复合地基处理。第二，统计。对需要进行CFG桩处理的挡墙段，列表统计相关资料：运营期是否浸水、挡墙形式、基底宽度、挡墙所需承载力、地基土质、地下水位、地基土承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力、基底至承载力相对较高土层的距离等，将设计所需资料进行统计，为详细设计做好准备。第三，设计计算。根据统计资料及规范，对由CFG桩处理的挡墙段进行设计计算。采用置换率高的正三角形布桩法，通过试算确定合理桩径、桩间距。桩长方面，考虑挡墙对地基承载力的要求随墙高、形式的不同而不同，以及实际地质情况与勘查地质填图的可能差异等多种因素，因而设计时给出标准图形式，采用参数化设计方法，以桩长为变量，通过调整桩长获得不同的承载力，满足各段需要处理的挡墙的承载力需求。承载力设计的同时，对挡墙所处场地的稳定性、复合地基变形等也需验算。同时在设计文件应提出对施工、检验的相应要求。需要注意的是：一是挡墙基底采用凸榫结构时，凸榫及其放坡线范围的CFG桩桩顶高程应根据凸榫高度降低；当挡墙基底为斜坡时，采用变厚度褥垫层，并沿基底倾斜方向，CFG桩桩顶高程也相应倾斜；二是CFG桩设计时按地勘资料选择承载力和模量相对较高的土层作为桩端持力层。若施工时，发现在本设计所列桩长范围内，桩底土层承载力仍未提高，应加长桩长。
3.2设计成果
设计成果为：桩直径0.5m，平面上按正三角形布置，桩间距1.5m，桩长有6-8m、11m、12m；褥垫层采用0.2m厚度的级配碎石，碎石粒径为8-20mm，夯填度不大于0.9，每边宽出基底0.5m，CFG桩桩顶嵌入褥垫层不低于10cm；对CFG桩桩体的要求：桩体混合料试块（边长为150mm立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值不低于12MPa；复合地基的地基承载力是原状土的1.3-2倍，提高效果明显，复合土层的压缩模量亦相应提高，沉降满足要求。
总结：CFG桩复合地基的优势使得其拥有广泛的使用前景，从设计到施工到检验，每个环节均不可少，其中设计是最关键的，需对结构需求、地勘报告、地区经验、施工水平等进行全方位评价后，对每个设计参数都应细致设计，做到安全适用、技术先进、经济合理。
参考文献
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论文作者:张宇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/23
标签：地基论文; 挡墙论文; 承载力论文; 褥垫论文; 基底论文; 碎石论文; 土层论文; 《防护工程》2017年第36期论文;