中交第二公路工程局有限公司
摘要：在公路工程中，天然的软土地基是不能直接承载的，一般需要进行地基处理，CFG桩是一种具有挤密土体、压缩性小、成本低、施工周期短、承载力高的处理方式，它利用桩土和砂垫层的共同作用为上部荷载提供支承。本文以贵安都安高速公路项目为背景，论述了CFG桩在软土地基处理中的应用，可以作为同类其他工程项目参考。
关键词：高速公路；软土路基；CFG桩；堆载预压
前言
软土的物理力学特征主要表现在以下方面：含水量较高，孔隙比大；抗剪强度很低，其变化范围一般为 5～25kPa；压缩性较高，渗透性小，结构呈絮状，易受扰动，土体抗剪强度下降；具有明显流动性等特点。
软土地基主要分布在江河湖海沼泽等地带，高速公路路基作为汽车运输的承重骨架，对整个工程的质量起着决定性的作用，当路基下方存在软土层时，天然地基将无法直接作为持力层来承担上部传下来的荷载，需要进行地基加固，才能抵抗沉降变形和剪切破坏。
软土路基常常会带来路基的失稳、变形过大、塌陷等破坏，影响车辆的正常行驶，出现颠簸、跳车等现象，更严重时会造成安全事故。
高速公路软土路基处理的目的主要体现在：一、提高土体的抗剪切强度，防止路基塌陷和失稳；二、降低地基土体的压缩性能，防止路基产生不均匀沉降，增加土体压缩模量值；三、改善地基土的透水性，排除多余空隙水，加速土层固结。四、提高地基土的抗震性能，防止出现液化。五、对于特殊地区土体，改善工程使用特性，消除湿陷与胀缩性。
1软土地基处理的常用方法
工程实际中比较成熟的软土地基处理方法有以下分类：换填软土法、堆载预压法、真空塑料排水板法、置换法（碎石石灰桩法、强夯置换法、CFG桩法、EPS超轻质材料换填法）、加筋法（可以在土层中加入土工材料锚杆或者土钉）、胶结法（采用水泥浆或者化学将夜与土体进行拌和）等等，每一种处理方法都有其各自的使用范围。
其中，最简单的是直接换填软土层，当软土层厚度较小，可以采用挖掘机清理软土，然后再回填好土，通过压实后满足承载力及变形要求后作为持力层。该方法施工工艺简单，经济成本较低，属于首选的软土地基处理方法，不足之处在于处理深度较浅。
置换法强夯法，是利用机械的重力锤自由落体产生的夯击能减小土壤中的空隙，排除土中孔隙水，以此达到提高土层抗剪强度的目的。该方法一般只适用于黏土层，淤泥以及淤泥质土层不可用。
堆载预压法，其原理是预加载提前完成沉降和固结，待地基稳定后再进行路基施工的方法。堆载时，可以采用路基土也可以采用水袋，可以分级进行，待土体强度和变形达到设计标准后再卸载，这种方法的缺点在于施工等待时间长,适用于软黏土层。
真空预压法原理同堆载预压法类似，它是采用真空泵堆封闭的软土层进行抽气形成负压力，利用该负压力将软土中的孔隙水和空气通过砂井和砂垫层逐渐吸出，使土体最终形成固结。
CFG桩是英文名称的缩写，指的是水泥和粉煤灰搅拌的碎石桩，它的主要成分有水、水泥、粉煤灰、砂、石屑等。CFG桩抗压强度不高，抗拉强度低，容易断裂。它与土体构成复合地基，具有良好的技术性能和实用性能。CFG桩主要由桩身、桩帽、砂垫层三部分组成。CFG桩可用于素填土、粘性土、砂土、粉土等地基。
水泥搅拌法是一种胶结施工工艺，以水泥、石灰或其它材料做成的浆液与土体进行充分的搅拌，待浆液和土层硬化，一起形成复合地基共同承受上部荷载的方法。水泥搅拌桩法一般用于含水量大的土层，如淤泥、淤泥质土、饱和的粉土等地基。
2 CFG桩在软土路基处理中的应用
根据岩土工程勘察报告，本项目桩号K30+235处路基存在鱼塘和饱和沙土、粉土层不良地基，土层厚度分布在8米至10米之间，软土相关参数如下所示：
表1 路基底部软土层物理力学参数表
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由于软土层厚度较深，传统的换填、夯实、挤密法无法满足设计要求，通过方案对比， CFG桩可以适用本工程地质条件。
CFG桩的作用原理，由于CFG桩相对于土体而言为刚性，弹性模量大、抗压强度高、上部荷载的压力主要由桩顶承担，为避免出现应力集中，需要设置桩帽扩散应力，CFG桩可以采用价格低廉的粉煤灰做原料，节省工程造价，在本公路工程地基处理中具有明显优势。
CFG桩常用的施工机械设备有长螺旋钻机、灌注灰斗、长螺旋管内泵料CFG钻机、振拔机、混凝土输送泵、搅拌机、装载机等等。不同的机械设备适用于不同条件的软土地基。
CFG桩试桩于材料配合比
CFG桩需要进行试桩，试桩的目的是为了收集软基处理的工程施工技术参数，这些参数主要包含有机械设备的工作性能、施工的配合度、成品的质量、施工过程的控制条件、施工机械的使用数量以及配套设备型号等。
试桩的同时，还要对CFG桩的质量进行统计分析，做好材料的配合比试验，为正式施工提供试验参数。
4 CFG桩质量控制
CFG桩在施工过程中会出现诸如堵管、断桩、窜孔、桩头不密实等病害。
4.1堵管
在成桩施工过程中，导管堵塞会大大影响CFG桩的成桩时间，降低施工效率，浪费原材料，增加人工费用。之所以造成堵管，大致上是因为桩体材料配合比不合理，粗骨料过多，含泥量过高、混合料搅拌的时间不够等。预防堵管的方法首先应该从保证混凝土的和易性、泵送性能入手，控制好混凝土的坍落度；保证施工过程中导管中具有足够数量的混凝土，避免提钻速度过快发生堵管。
4.2窜孔
窜孔主要发生在软土层中存在饱和砂土粉土的情况，当钻机对容易液化的土层进行扰动时，会造成相邻的CFG桩中混凝土突发性坠落现象。为了防止窜孔的发生，常用的施工方位为间隔打桩法，保证桩距的安全性，把握好钻机的钻进速度，尽量避免桩机对液化土层的扰动。
4.3桩头不密实
桩头出现不密实的现象，可能是因为泵送混凝土不连续，其中含有无法排除的空气，导致桩的密实度不够，形成蜂窝桩。在灌注混凝土过程中，频繁的检查排气阀的工作状态是关键。
4.4断桩、直径突然变小
CFG桩体出现直径的改变或者断裂，是因为桩体在灌注过程中密实性不够，钻头提升过程速度太快，大于混凝土的灌注速度，导致埋深不够而出现。
预防断桩的主要措施是，控制拔管的速度，一般为1.2-1.5m/min，泵送混凝土的速度和拔管速度应该匹配。同时，桩体施工完毕应做好工后成品的保护，特别是清理桩间土体的大型机械设备扰动要严格禁止，尽量采用小型机械设备，由专人指挥。
当出现断桩后，可以采用钻孔注入水泥浆将上下桩体连接为一体，或者在桩体周围进行补桩处理。
总结
软土地基是高速公路路基常见病害的主要因素，会造成路面沉陷、塌方、路基不均匀沉降、出现难以修复的裂缝，给公路工程后期的养护造成巨大困难，也给车辆的行驶带来安全隐患。CFG桩作为一种非完全置换软土的复合地基处理方法，价格低廉，施工经验成熟，但在施工过程及成品养护过程中容易出现缺陷，其工程应用有待进一步的推广和完善。
参考文献
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[2]成旭辉.公路工程软土地基处理技术.[J].交通世界；2019.
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