建筑水泥攪拌樁和CFG樁復(fù)合地基在軟土路基處理的工程應(yīng)用及對比分析

1、水泥攪拌樁和CFG樁復(fù)合地基在軟土路基處理的工程應(yīng)用及對比分析耳要:本文介紹了水泥攪拌樁和CFG樁復(fù)合地基兩種常用的軟土路基處理方法，基于地基沉降和承載能力雙重控制考 1程實際情況，從設(shè)計和施工兩個方面對兩種軟土路基處理方法進行優(yōu)化設(shè)計和對比分析，軟土路基處理要因地制: a基處理方法，通過優(yōu)化設(shè)計和合理施工可以減少差異沉降，具有很好的理論價值和工程實際意義。m鍵詞:軟土路基，水泥攪拌樁，CFG樁，復(fù)合地基，承載力，沉降刖言合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由i t （或模量）的材料基體（天然地基土體）和增強體兩部分組成的人工地基1-

2、5。近些年來，復(fù)合地基技術(shù)在房屋建 I建筑）、高等級公路、市政、高鐵、堆場、機場、堤壩等工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。水泥攪拌樁和CFG樁都是兩利 亍地基處理方法。本文結(jié)合工程實際情況，基于基于地基沉降和承載能力雙重控制考慮，對軟土路基處理中常用的i E處理方法進行優(yōu)化設(shè)計和對比分析，具有很好的理論價值和實際意義。兩種處理方法的基本概念（泥攪拌樁法是利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（: 強制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的 二，從而提高地基強度額和增大變形模量。水泥深層攪拌樁加固機理是

3、通過水泥的水解和水化反應(yīng)、水泥水化物與 孑離子交換和團粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化學(xué)反應(yīng)而成為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水辛 7。（泥攪拌樁的布樁形式非常靈活，可以根據(jù)荷載要求及地質(zhì)條件選擇加固形式，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)采用適當(dāng)方法進行沉降 物對變形的要求確定加固深度，選擇施工樁長。軟土路基處理都是在滿足強度要求的條件下以沉降進行控制。根 固化劑摻量、室內(nèi)配比試驗資料和現(xiàn)場工程經(jīng)驗選擇樁身強度和水泥摻入量及有關(guān)施工參數(shù)。根據(jù)樁身強度大小 I寸，計算單樁承載力；根據(jù)單樁承載力及土質(zhì)條件計算出有效樁長；根據(jù)單樁承載力、有效樁長和上部結(jié)構(gòu)要求i a基承載力，極端樁土面積置換率；為了對水泥攪

4、拌樁進行優(yōu)化設(shè)計，確定最優(yōu)置換率、最優(yōu)樁體剛度及有效樁長（泥粉煤灰碎石樁法（簡稱CFG樁），是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和，用振動（錘擊）沉 匚它成樁機具形成高粘結(jié)強度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基的地基處理方法。CFG樁其主要用來力 1被擠密的樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基共同承擔(dān)上部荷載。褥墊層是樁與樁間土形成復(fù)合地基的 匚加固軟土地基主要靠樁體作用、擠密作用和褥墊層作用。CFG樁不同于碎石樁，是具有一定粘結(jié)強度的混合料，在 了 CFG樁的壓縮性明顯比其周圍軟土小，因此基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的附加應(yīng)力隨地基的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)J ，復(fù)合地基的CF

5、G樁起到了樁體作用4，9，10。菱一種地基處理方法，都有其使用的地質(zhì)條件和范圍，以及特定的施工方法，在不同的條件下會遇到不同的問題，i 具體分析。對復(fù)合地基進行優(yōu)化設(shè)計，合理選用最好的處理方法或幾種方法綜合同時利用，最大限度地提高復(fù)合J 亨力，在保證安全的前提下盡可能地選用經(jīng)濟合理的地基處理方法，降低工程造價。兩種地基處理方法的對比分析f于處理復(fù)雜軟土路基，必須對每一種地層組合計算復(fù)合地基的承載力和變形，如果變形滿足要求，則地基承載力 反之則不一定成立，因此變形驗算和調(diào)整是復(fù)雜地質(zhì)條件下進行復(fù)合地基設(shè)計與施工的重點，但現(xiàn)行規(guī)范中并未 F下的設(shè)計方法，而設(shè)計人員為回避風(fēng)險，常設(shè)計長30m以上的樁

6、基礎(chǔ)，造成了很多的浪費。傳統(tǒng)復(fù)合地基理論屬二 B論范疇，假定上部荷載全部由地基增強體來承擔(dān)，完全不考慮地基土的承載能力，設(shè)計中通常采用等代墩基分層, 但地基土是能夠分擔(dān)荷載的，隨著地基增強體間距增大，構(gòu)筑物的沉降和差異沉降略有增加，但不迅速增加。由 或兩種以上性質(zhì)差異較大的材料所組成的復(fù)合地基，其應(yīng)力應(yīng)變協(xié)調(diào)機理比較復(fù)雜，對復(fù)合地基合理優(yōu)化設(shè)計，1 。限制，使地基土工作于極限承載力狀態(tài)下，在總體承載力和沉降量雙重控制下，使復(fù)合地基的局部和整體的差異 孑小，從而進一步控制差異沉降。f于水泥攪拌樁：1樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值（1）合地基承載力（3）降（4）f于CFG樁：壬樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值（5）（6）合地基承載

7、力（7）降（8） ：中：為強度折減系數(shù)，一般取0.3-0.5；為樁身試塊的無側(cè)限抗壓強度平均值（Kpa）,為樁的截面積（m2）,為彳 色（m）,為樁長范圍內(nèi)第層土的厚度（m）；為第層土的側(cè)壁摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）；為樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa） f向承載力標(biāo)準(zhǔn)值（KN），為樁端土承載力折減系數(shù)，一般取0.3-0.6；為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa），為樁間 K載力標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa），為樁間土承載力折減系數(shù)，反映樁土間共同作用，一般取0-1.0；為樁群體變形（mm），為彳 二層變形（mm），為樁群體的變形模量（Kpa），為樁底面各土層的變形模量（Kpa），為樁群底面寬度（m），為樁長（ 辛底面末加

8、固土層的附加應(yīng)力系數(shù)。為樁體28天立方體試塊強度（Kpa），為面積置換率；為沉降計算經(jīng)驗修正系; 二應(yīng)力比；為加固區(qū)分層數(shù)；為總的分層數(shù)；為荷載在第層中產(chǎn)生的平均附加應(yīng)力Kpa）。I兩種復(fù)合地基處理方法中單樁承載力和復(fù)合地基承載力的計算來看，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值都是在樁本身承載力 控制）和樁土共同作用時承載力（受地基土承載力控制）中取較小值，復(fù)合地基承載力則都通過樁間土承載力折? -置換率來考慮樁土共同作用。但是兩種復(fù)合地基處理方法的加固機理完全不同，水泥攪拌樁主要是靠水化作用、彳 艮酸化作用等物理化學(xué)作用，而CFG樁主要靠樁體作用、擠密作用和褥墊層作用等物理作用。水泥攪拌樁設(shè)計時主直 樁長、

9、褥墊層、加固范圍、水泥摻入量，樁的承載力以及樁的布置形式等。水泥攪拌樁適用于路基不穩(wěn)定，軟土J a段。施工技術(shù)成熟，工期短，處理效果較好，實際工程中使用廣泛，在各種復(fù)合地基處治方案中造價較低，但施 ，對軟基下部攪拌不易均勻，處理的深度有限。而CFG樁設(shè)計時主要確定樁徑，樁距，樁長，樁體標(biāo)號、褥墊層芻 1于軟土厚度大、承載力要求高的橋涵構(gòu)造物及高路堤地段，處理的厚度大于15米。施工工期短，處理效果好，質(zhì) U，可處理深層軟土，但施工工藝復(fù)雜，工程造價高，具有沉降量小、承載力高、穩(wěn)定快、工期短等特點。、工程應(yīng)用實例分析匚工程位于廣州市海珠區(qū)南洲路，地基軟土為海陸交互淤泥質(zhì)土上分布較廣，埋藏較淺，層頂

10、深度1.50m-8.10m，| 13.10山、平均厚度6.0m，淤泥質(zhì)土均為飽和、流塑狀態(tài)，其天然含水性高，孔隙比大，壓縮性高，強度低，滲透系 B藏較淺、較厚的路段對路基和構(gòu)造物承載力都有很大影響。本工程軟土路基處理綜合考慮本項目所在場地的地質(zhì)4 1期、施工工藝、取材、工程造價等因素，并充分吸取珠三角地區(qū)軟基處理的成功經(jīng)驗，進行多方案的經(jīng)濟技術(shù)比Z 設(shè)計，才選擇最佳地基處理方案。對于一般軟土或垃圾填埋路基，當(dāng)處理深度在2.5m以內(nèi)時，采用淺層換填的處 f于超過2.5m處理深度的軟土路基，采用水泥攪拌樁或CFG樁+袋裝砂井兩種地基處理方法。為了在整體承載力和 :要求的基礎(chǔ)上盡量減少差異沉降，本工

11、程實際施工中采用以下兩種方式，一種是根據(jù)變形的大小調(diào)整各計算點的: E間距，通過試算變形直到滿足要求為止；另一種是有意布置短樁，在沉降小的部位布置短樁，增加樁端壓縮層厚J 匚工程采用的水泥攪拌樁樁徑為0.5m，按正三角形布置，處理深度應(yīng)穿過軟土層至少0.5m，樁頂設(shè)置50cm的粗砂a 壬四攪工藝，樁身強度保證不少于1.0Mpa，對于一般路基，橫向處理范圍為路基坡腳外1m，樁間距為1.5m，對應(yīng)力 亍地基承載力應(yīng)達到100Kpa。對于橋頭路段，樁間距應(yīng)適當(dāng)減少，根據(jù)具體實際計算，有些減少到1.0m。f于構(gòu)造物地基軟土處理，本工程采用CFG樁+袋裝砂井處理20m深度以內(nèi)的軟土，采用7cm袋裝砂井，

12、CFG樁直徑 ，布置，樁的立體抗壓強度大于12Mpa,在CFG樁之間插設(shè)7cm袋裝砂井、樁間距縱向2.0m，砂墊層厚50cm，上鋪 二工格柵，CFG樁和袋裝砂井均穿透軟土層。對于橋頭軟基路段，采用CFG樁和袋裝砂井處理20cm深度以內(nèi)的軟土， :裝砂井，CFG樁直徑40cm，按矩形布置，在CFG樁之間插設(shè)袋裝砂井，樁間距縱向由2.2m逐漸減少到1. 8m，砂墊層 二鋪兩層雙向土工格柵。3過對以上兩種復(fù)合地基處理方法成樁后的單樁復(fù)合地基承載力試驗和工后沉降進行檢查對比分析，兩種復(fù)合地基彳 合地基承載力試驗和工后沉降都符合設(shè)計要求，達到預(yù)期的結(jié)果。CFG樁和袋裝砂井兩者結(jié)合使用在軟土地基處毋 Z的提高地基承載力，并能有效的減少路基加載后深層沉降和側(cè)向位移，滿足了路基工后沉降及穩(wěn)定的要求。廣州J F相當(dāng)復(fù)雜，在某些條件下使用水泥攪拌樁復(fù)合地基也能取得預(yù)期的效果。（泥攪拌樁和CFG樁復(fù)合地基兩種處理方法在軟土路基中應(yīng)用廣泛，都有自己的優(yōu)點和適用性，工程實際中要根據(jù): L選用或綜合應(yīng)用。復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計就是要充分發(fā)揮復(fù)合地基的承載潛力，在整體承載力和沉降量都滿足要求的Z 事沉降接近于零。復(fù)合地基