CFG桩在公路建设中的应用一、 前言随着我国国民经济的发展，人们越来越体会到公路、铁路、市政等基础设施建设对经济发展的重要性。我国经济发展较快的沿海地区基础设施建设项目很多。但这些地区的地基土通常都具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点，在这种地基上修建高等级公路，存在很多问题，其一，软土路基的沉降和差异沉降过大的问题，它严重影响了公路的正常使用；其二，在路基填筑过程中出现的稳定问题。为了解决这些问题，建设者们尝试和使用了多种软基处理方法，如堆载预压法、加筋法、置换法及水泥搅拌法（浆喷和粉喷）、CFG桩法等。软基处理方法不仅对工程质量和施工工期有着重大影响，而且直接关系到投资和管理单位的经济效益和社会效益，因此，软基处理技术已成为各部门最关心的问题之一。本文通过对CFG桩的机理、作用、工程实例的分析，探讨CFG桩在高速公路、市政公路建设中的应用。 二、 复合地基的概念及分类复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。复合地基有两个基本特点：（1）加固区是由基体和增强体两部分组成的，是非均质、各向异性的；（2）在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载作用。根据地基中增强体的方向可以将复合地基分成水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。习惯上将竖向增强体复合地基称为桩体复合地基。桩体复合地基根据桩体粘结强度的不同，可以分成以下三类：1散体材料桩复合地基：如碎石桩复合地基、砂桩复合地基等；2柔性桩复合地基：如石灰桩复合地基、灰土桩复合地基、深层搅拌桩复合地基、高压喷射注浆桩（旋喷桩）复合地基、夯实水泥土桩复合地基等；3刚性桩复合地基（高粘结强度桩复合地基）：如CFG桩复合地基、混凝土桩复合地基等三、CFG桩的机理及特点CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel pile）的简称，由桩体、桩间土和褥垫层构成的新型复合地基。他由碎石、砂、粉煤灰、水泥组合而成。其强度范围在C7C25之间，可根据需要设计不同的强度，由于CFG桩具有典型的高粘结强度桩性状，通过褥垫层调节桩土的变形差，保证桩与土共同承担荷载。CFG桩的作用机理是通过水泥经水解和水化反应及粉煤灰的凝硬反应，生成主要成分为铝酸钙水化物、硅酸钙水化物及钙铝黄长石水化物等不溶于水的稳定的结晶化合物，这些物质以纤维状结晶，并不断生长延伸填充到碎石和砂的空隙中，相互交织成空间网状结构，将原来由点-点接触和面-面接触的骨料紧紧缠绕粘结在一起，使桩体的抗剪强度和变形模量均大大提高。CFG桩是依靠桩侧摩阻力和桩端阻力来承担荷载，桩的承载力由桩土界面的强度来决定，一般可全桩长发挥侧阻力，桩端落在好土层时具有明显的端阻作用，因而置换作用最强。桩体强度相对较高，因此也叫做刚性复合地基。荷载作用下，刚性桩桩身的压缩量很小，而以刺入变形为主，桩间土的压缩量与桩的压缩量不相等。CFG桩是被广泛采用的刚性桩复合地基，它具有明显的特点和优势：降低造价：达到同等设计的承载力，采用CFG桩复合地基通常可降低造价20%30%；建筑隔震：褥垫层的设置有较好的基础隔震、抗震的效果；环保意义：首先在桩体材料中大量使用粉煤灰等工业废料，实现了对工业废料的合理利用；并且，通常采用的先进的钻孔压灌成桩工艺，与传统桩基施工相比，无污染、无振动、无噪声，是特别适用于城区建设的环保型施工工艺。四、 工程实例CFG桩多用于工民建、港口码头等建设中，近年来随着CFG桩的广泛应用，尤其是在高速公路的建设中应用越来越多，它能够代替粉喷桩，使得路基填筑快速完成。而且工后沉降量能控制在一定范围内，满足设计要求。广东省沿海某高速公路，于2000年8月由于地质复杂出现整体滑坡，此时距通车时间只有4个月时间，采用其它软基处理方法已经不可能。经过有关部门讨论，决定采用CFG桩方法施工。1.地质情况该地段斜穿老的古河床上，根据地质勘探报告，土层分布情况大致如下：(1)素填土：为河堤及潭江两岸的塘基填土，灰色-土黄色，呈亚粘土状，可塑为主，局部硬塑，层厚0.78-2.8米。(2)淤泥：灰黑色，软塑-流塑，含腐殖和有机质，属超软土层，层厚15.4-17.6米。(3)天然含水量w=83.1%99.0%，孔隙比e=1.0341.389，液性指数I1=1.902.96，容许承载力0=60Kpa。(4)砂质亚粘土层：风化残积成因，呈可塑至硬塑状，属性质较好的下卧持力层。2. 技术参数地基承载力为200Kpa，桩经500mm，间距1.53.0米，桩长16.020.0米，约30000延米，梅花型布置。施工结束后进行抽心检测、单桩及复合地基承载力检测。3. 施工情况本工程从9月23日开始施工，11月10日结束，历时47天。由于CFG桩的质量控制是靠保持桩身完整性来实现的。因此，在施工过程中就应防止桩身缩径、吊脚、断桩等现象的发生。而关键因素就是控制拨管的高度与速度以及添加混合料的高度。一般来讲，拔管高度宜控制在0.51.0米以内，拨管速度控制在1.5m/min以内。拔管过程中应分段添加混合料，桩管内混合料的高度应严格控制。同时，在拔管过程中注意反插，每拔1米反插0.30.5米。此外，为防止桩之间相互挤压应按跳打的施工程序进行。4.CFG桩的检测本工程结束后，按设计要求进行了检测。其中，抽心检测按1%进行，在检测的15根桩中有2根未取到底，其余桩体的连续性良好未出现断桩现象，复合设计要求。静载试验分600KN和500KN两种荷载进行。在600KN荷载下，总沉降量为49.68mm，回弹变形7.65mm，回弹系数15.11%；在500KN荷载下，总沉降量为45.53mm，回弹变形16.20mm，回弹系数35.58%，单桩及复合地基承载力检测全部达到设计要求。因此，本次的CFG桩施工是成功的。5.现场观测及工后沉降观测日期K18+400K18+440K18+480本次沉降累计沉降本次沉降累计沉降本次沉降累计沉降2000.11.210.00.00.00.00.00.02000.11.233.03.02.02.01.01.02000.11.271.04.02.04.03.04.02000.11.293.07.03.07.04.08.02000.12.22.09.02.09.03.011.02000.12.53.012.02.011.04.015.02000.12.82.014.01.012.03.018.02000.12.142.016.02.014.03.021.02000.12.182.018.02.016.03.024.02000.12.221.019.01.017.02.026.02001.12.1340.061.059.0注：以上表格中的单位为mm表面沉降观测是软基沉降分析的基础，其变化规律是控制公路路堤施工进度和安排后期施工的最重要指标，也是理论研究结果是否正确的最直接检验标准和加固效果最直接的反映。CFG桩施工结束后即加载，填土高度4米。表中所反映的是从11月21日加载开始观测，到12月22日路面施工止。以及2001年1月15日通车后的工后沉降观测到12月13日止的各测点观测资料。从表中可以看出：从观测初期开始，沉降速率一直比较稳定，且沉降量很小，这一点与堆载预压和真空预压不同；表中最大沉降为26mm，最小沉降为17mm，在工后沉降观测一年中，最大沉降61mm，说明在荷载作用下，复合地基上的荷载随着地基变形逐渐集中于CFG桩桩身。五、 结论 通过以上的理论分析和工程实例，我们认为CFG桩的主要作用有以下几点：1.CFG桩具有桩体强度不受周围土体强度及桩长的影响，而随桩长的增长桩侧摩阻力越大，单桩承载力越大的特点。2.在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比周围土体小，因此，作用于复合地基上的荷载随着地基变形逐渐集中于CFG桩桩身。3.通过对一些工程实例分析，CFG桩复合地基的桩土应力比n达到29.4，而一般的砂桩、碎石桩复合地基的桩土应力比n仅为4.1。同时CFG桩桩身具有一定的粘结强度，在荷载作用下桩身不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力传递到深层地基中，从而使得CFG桩复合地基的承载能力大幅度提高（4倍以上）。4.由于荷载作用于桩身，桩身变形小，沉降稳定快，从而使得CFG桩复合地基变形小。目前还必须深入研究加固体与下卧层的固结度计算理论和方法，进一步完善设计理论和施工工艺。5.CFG桩复合地基可以适用于砂土、粘土、湿陷性黄土等几乎所有土质，目前在工业民用建筑中应用广泛，在高速公路建设中也开始采用,在今后的市政工程中也可以采用，进而推广到其他领域。