1、1结合工程实例探讨 CFG 桩加固软土路基的机理摘要：作为铁路工程的基本载体，路基施工成为工程施工中的关键环节。本文结合工程实例，阐述了 CFG 桩地基加固方案，对其施工工艺进行了归纳总结，论述了 CFG 桩加固机理及施工要点，仅供同行参考。 关 键 词：软基处理 CFG 桩施工 中图分类号：U213.1 文献标识码： A 文章编号： Pick to: as a basic carrier of railway engineering, subgrade construction engineering construction of the key link become. Combined
2、 with engineering examples, this paper expounds CFG pile foundation reinforcement scheme, its construction process has summarized, and discusses the reinforcement mechanism and CFG pile construction points, only for reference to fellow. Close key words: soft foundation treatment CFG pile constructio
3、n 在安全可靠、实用、经济的指导原则下，路基的设计与施工更注重于满足舒适度要求，满足高平顺、少维修的要求，满足动力性能和环保、防灾等多方面的要求。我国地域广阔，软弱地基类别多、分布广，在工程建设中存在大量的软土地基加固问题。如何快速有效地加固软土地基2是铁路建设工程中不可避免的重点问题。现结合笔者参与具体工程实例，阐述应用 CFG 桩加固软土地基的方法。 1 工程概况 某铁路工程地处三角洲冲积平原，沿线河涌纵横，鱼塘较多，地形起伏平缓，地势平坦，局部覆盖层土质松软，软土层厚度不均，饱和砂土可液化，软土层易震陷。由于设计要求工后沉降量应小于 10cm，故在桥头引道路段及部分辅道路段采用深层处理方
4、案，对原有地基进行加固补强。根据地质详勘资料，对淤泥质粉砂、淤泥质土和淤泥质粘土等软土路段，且埋置深度在 12-20m 时，采用 CFG 桩复合地基处理方案，桩体透软土层并进入持力层不小于 1m。桩体采用正方形布置，桩径 0.50m，设计桩长为 14m18m，桩间距 2.0m。桩顶设置 45cm 碎石垫层，碎石采用级配碎石，直径不宜大于 2cm。设计桩身的 28d 龄期立方体抗压强度不小于 12MPa，为增加排水通道，部分路段将在 CFG 桩间设置袋装砂井。 2 CFG 桩成桩机理 2.1 桩土体系的荷载传递 桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程。桩顶在轴向荷载作用下，桩身将
5、产生弹性压缩并向下位移，随着荷载的增加，桩顶周围土层发生压缩变形，桩侧表面受到桩周土向上的摩阻力。在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，不断克服这种阻力，使桩身截面轴向力和桩身压缩变形随深度逐渐缩小，并使桩侧阻力进一步发挥。 传至桩底截面的轴力为桩顶荷载减去全部桩侧阻力，并与桩底支撑反力即桩端阻力大小相等，方向相反。桩身荷载一部分通过桩侧阻力传3递到桩周土层，一部分通过桩端阻力传递桩底土层。一般而言，桩顶受到荷载后，桩身上部首先压缩，周围土层的侧阻力先于下部土层发挥；随着桩侧阻力的发挥，桩向下传递的轴力逐渐减小，当荷载足够大时，部分荷载将传至桩底，故侧阻力先于端阻力发挥。工作状态下，桩端阻力的安全
6、储备一般大于桩侧阻力的安全储备。桩土体系荷载分析见图 1。 图 1 桩土体系荷载传递分析 模型桩和原型桩实验研究均表明，当桩端入土深度小于某一临界深度时，极限端阻力随深度增加呈线性增大，且大于该深度后极限端阻力基本保持平衡不变。此外，桩长对荷载传递规律也有着重要影响，当桩长较大（如长径比 1/d 大于 25）时，因桩身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位移已超过实用所需要的范围，传递到桩端的荷载极为微小。图中（a）可见，任一深度至桩身截面的荷载为： 式中，U桩周长，qs桩侧摩阻力，A桩截面积，Ep桩弹性模量。 式（5）即为桩土体系荷载传递分析计算的基本微分方程，利用上述公式可求得侧阻力和桩身轴
7、力沿桩身的分布曲线（见图 1、c、d） 。 通过埋设应力或位移测试元件，对 CFG 桩桩身轴力和侧阻力的量测4结果表明，桩身轴力和阻力的分布与刚性桩是基本一致的。说明 CFG 桩在桩土荷载传递方面的特性与刚性桩相近。 桩侧阻力 是桩截面对桩周土相对位移 S 的函数，极限值 u 可用抗剪强度的库仑公式表达： 、为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角；为作用于桩侧的法向应力，它与桩侧土的竖向有效应力成正比例，即： 式中为桩侧土的侧压力系数。 由此可见，桩的侧阻力随深度呈线性增大。但在砂土中模型试验表明，当桩入土深度达某一临界值（10 倍桩径）后，侧阻就不随深度增加，该现象称为侧阻的深度效应。 2.2
8、桩土共同作用的原理 CFG 桩具有刚性桩的特点，同时表现出复合地基的特性： （1）桩基础荷载主要由桩承担，基本没有发挥桩间土的作用；CFG桩复合地基由于设置了褥垫层，充分发挥了桩间土的荷载力。 （2）桩基础上部荷载直接作用于承台上，对承台有较大的应力集中；CFG 桩复合地基由桩和桩间土共同发挥作用，基础以上荷载直接作用在褥垫层之上，通过褥垫层再作用 CFG 桩和桩间土上，褥垫层有一个“缓冲”作用，因而对基础的应力集中大大降低，可不设承台。 5（3）当承受水平荷载时，桩基承受水平荷载的能力远小于承受垂直荷载的能力；CFG 复合地基由于基础下设置了褥垫层，荷载不是直接作用在桩体上，而是依靠基础底面
9、与褥垫层的摩擦以及基础背面土的被动土压力，桩间土承担了大部分水平荷载。 （4）CFG 桩置换率不高，桩体只承担总荷载的一部分，桩的数量可减少，另外，CFG 桩不配筋（或少量配筋） ，并且利用了粉煤灰工业废料，因而它比桩基础更经济。 2.3 CFG 桩承载力的确定 目前工程上常用的承载力计算方法主要以经验公式为主，并要进行现场试验验证。不同学者根据工程经验或统计规律提出过不同的承载力计算公式， 建筑地基处理技术规范规定单桩竖向承载力可按下述方法计算确定。 （l）根据桩侧摩擦力和桩端端阻力计算承载力； （2）桩身材料强度满足设计要求。 根据桩侧摩擦力和桩端端阻力计算单桩极限承载力的表达式为： 式中
10、为桩身周长；、为桩周第 i 层土的摩阻力、桩端阻力特征值（kPa） ，可按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2002 的有关规定确定。i桩侧第 i 层土的厚度；Ap桩身横断面积。 桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求： 6式中为桩体混合料试块（边长 150mm 方体）标准养护 28 天立方体抗压强度平均值（kPa） 。 合理的复合地基极限承载力计算，应从 CFG 桩的破坏形式出发，考虑桩侧摩阻力的分布形式和桩间土的荷载分担作用（即桩上应力比 n） ，当桩间距较小时还应考虑群桩效应系数 的影响。根据桩土共同受力的实际情况，可推导以桩上应力比为基础的复合地基极限承载力的计算公式如下：
11、 式中：为桩的极限承载力单位为（kN） ，m 为置换率；n 为桩土应力比； 为群桩效应系数，参照桩基工程手册中低桩承台群桩效应系数 的测试结果、考虑到 CFG 桩的受力特性，建议当桩间土为粉性土或砂性土时 值取 1.0，当桩间土为软粘土时， 值根据桩间距确定，间距在 3d 和 6d 之间时，取 0.84-1.0；当桩距6d 时， 值取 1.0。 其受力示意图如图 2 所示。 图 2 CFG 桩受力示意图 3 检测结果 通过现场施，对 CFG 桩质量检验在成桩 28 天后进行，桩的平面位置7可用全站仪测量，桩身混凝土抗压强度采用钻芯法取样检测，桩身质量可用低应变试验检测，而单桩和复合地基承载力可
12、采用静载试验检验，部分检测结果见表 1。 表 1 桩身混凝土抗压强度和复合地基承载力试验检测结果 根据检测结果，采用配比为水泥：粉煤灰：石屑：碎石=1?1.528?3.528?8.854，水灰比为 0.53，可使复合地基承载力达到160kPa 以上。 5 结语 通过理论分析，现场试验以及理论计算与试验结果的比较，对 CFG桩加固软基的设计理论和方法等进行了全面系统的研究，主要得到以下结论： （1）无论从理论分析还是试验结果都得出，CFG 桩有刚性桩的特性，可全桩长发挥桩的侧摩阻力，桩端为较好的持力层时，可良好地发挥桩端阻力作用，承载力提高幅度大。 （2）褥垫层是 CFG 桩的核心技术，能调整桩
13、土应力比。大量试验研究表明，用 CFG 桩处理软基，当荷载较小时，土承担的荷载大于桩承担的荷载。随着荷载的增加，桩间土承担的荷载占总荷的百分比逐渐减小，桩承担的荷载占总荷载的百分比逐渐增大。 （3）单桩承载力的计算必须考虑 CFG 桩受力、变形及破坏特征。 （4）CFG 桩存在负摩阻力，在加荷一开始就出现，它能增加基础沉8降变形，降低了单桩承载力，但同时充分发挥了桩间土的承载力，群桩基础时，增加了测向约束，增大了桩土之间的摩擦力。 参考文献： 刘玉卓.公路工程软基处理M.北京：人民交通出版社，2002 习先萍浅谈 CFG 桩复合地基的设计与施工J山西建筑，2010，36（2）：153.154
