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【摘 要】 本文以某高速公路的工程概况，分析了CFG桩复合地基基本原理及适用范围，针对CFG桩复合地基在高速公路路基处理中的施工工艺及质量保证措施进行详细探讨。
【关键词】 CFG桩；高速公路；路基处理；应用
引言：
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩，由石屑、碎石、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和后制备而成，其典型特征是可变强度。在不同的水泥掺量及配比条件下，CFG的强度等级介于C15-C25之间，且处于刚性桩与柔性桩之间。由于CFG桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基，因此可通过复合地基原理和性状进行计算或设计。在工程当中，CFG桩不需要计算配筋。此外，部分工业废料如粉煤灰、硅灰、炉底灰等和石屑可作掺和料，从而能够进一步降低工程造价。
一、工程概况
某高速公路穿越的路段，工程地质概况为第四系覆盖土层，由冲击砂土和残积成因粉质粘土组成，由于路基下存在淤泥、松散粉砂等软弱地层，且厚度大，严重影响了路基稳定性。为提高路基承载力和控制工后沉降，需对软土层进行处理。该段软土路基，长200多米，路基顶宽35m，路基填方高度为6-8m。地基土的天然承载力不能满足上部荷载的要求，故设计对该段软土路基采用CFG桩进行加固处理。
二、CFG桩复合地基基本原理及适用范围
1、CFG桩的工作原理
CFG桩是一种复合地基，经常用于一些高层、超高层建筑或高速公路软土地基处理工程中。CFG桩的工作原理可以理解为复合地基，其中设置褥垫层并与基础连接，CFG的桩端不管是落在一般土层，还是落在坚硬土层，都可以保障桩间的土层参与工作。除此之外，CFG桩与桩间土相比，CFG桩体的强度和模量相对来说比较大，在荷载的作用下，桩间土表面应力相对小于CFG桩的桩顶应力。在此条件下，CFG桩可以把荷载向比较深的土层传递，这样就可以减少桩间土承担的荷载。因此，由于受到桩的作用，会导致地基承载力提高，并且会减少变形。在使用CFG桩的地基中，基础和桩，以及在桩间土之间设置一定厚度的褥垫层，该褥垫层是由散体粒状的材料组成。在没有褥垫层的条件下，地基和桩基础的承载特性非常相似，桩间土不能发挥其承载能力，同时也不能形成所谓的复合地基。所以在基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不仅仅只是依赖于桩的沉降，为了使得桩土共同承担荷载，可以将荷载通过褥垫层作用到桩间土上。一般铺设垫层的做法是，先铺设一定厚度和级配的碎石、砂石或中砂、粗砂，形成厚度介于10-30cm的垫层。垫层能够使基础荷载向桩间土扩散，以此来保证桩体与桩间土共同承担荷载。此外，CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，这样就可以降低工程造价[1]。
2、适用范围
CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，CFG桩复合地基经常用于独立基础和条形基础，有时候也可用于筏基、箱型基础。对于土性来说，CFG桩复合地基适用于处理粘性土、砂土、粉土、淤泥质地基，CFG桩复合地基可用于挤密效果好的土，同时也可用于挤密效果差的土。CFG桩复合地基与混凝土桩基相比，CFG桩的桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋，并且还能发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为混凝土桩基的1/3-1/2，其经济和社会效益非常明显。由于CFG桩复合地基技术具有工期短、施工速度快、工程造价低廉的特点，目前已成为应用较为普遍的地基处理技术。
三、CFG桩的设计参数
1、桩长：在CFG桩复合地基设计时，第一个要确定的参数就是桩长，桩长取决于建筑物对变形的要求和承载力、施工工艺、土质条件和土的性质等，通常情况下适合取3-5倍桩径。本工程中设计桩长8.9m，有效桩长8.4m。
2、桩径：桩径取决于所采用的成桩设备，本工程中桩径为0.4m。
3、桩距：应该根据设计要求的复合地基承载力、施工工艺、土性等对桩距进行确定，一般情况下适合取3-5倍桩径。本工程中樁距为1.4m×1.4m，呈正方形布孔。
4、桩体强度：本工程设计桩体混凝土强度等级为C20。
5、褥垫层厚度及材料：对于刚性桩复合地基来说，如果褥垫厚度过于小时，桩对基础就会产生很明显的应力集中，这样就需要考虑桩对基础的冲切，势必会造成基础加厚。如果褥垫厚度大时，就可以充分的发挥桩间土的承载能力，但是如果褥垫层厚度太大时，就会相当于换土回填，不仅会造成浪费，还会使得褥垫层越来越厚，从而导致土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大，桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小，使复合地基中设置的桩失去意义。大量的工程实践研究表明，褥垫层厚度一般适合在15-30cm之间，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。本工程褥垫层采用级配良好的砂石，厚0.3m，最大粒径不宜大于30mm。
四、CFG桩的材料要求
1、外加剂、混凝土和缓凝剂掺和料，以及粉煤灰掺和料，都应该符合相应的标准要求，掺量应当依据施工要求，配合试验室测试确定。
2、严格按照配合比配制CFG桩的材料。
3、振动沉管灌注桩的施工坍落度应当在30-50mm之间，长螺旋钻孔和管内泵压混合料灌注的坍落度应当控制在160-200mm，振动沉管灌注成桩后，其桩顶浮浆厚度应当小于等于200mm。
4、在施工钻至设计深度后，应把握长螺旋钻孔以及管内泵压混合料成桩的提拔钻杆时间，沉管的提拔速度应与混合料泵送量相配合，一旦遇到饱和砂土层或饱和粉土时，应该禁止停泵待料。等待沉管灌注成桩施工完成后，拔管速度应保持匀速，倘若遇到淤泥或淤泥质土层，应当适当放慢拔管速度[2]。
五、CFG桩施工工艺流程
本工程采用CFG桩，施工采用长螺旋成孔管内泵压砼成桩施工工艺，于桩顶标高上大于50cm处施工CFG桩，其施工工艺流程参见图2。 六、CFG桩的施工要求
1、放线
在施工前，应该根据CFG桩的桩位布置图，进行统一的测放桩位线，需要将桩位的中心點用钎子插入地下，并用白灰明示，一般情况下，桩位偏差应该小于50mm。
2、成孔
在长螺旋钻机进行成孔处理中，遵从先慢后快的原则，同时对试桩钻进速率按1m/min-1.2m/min控制，在施工时，需要做好记录，防止出现螺旋孔，并且还需注意成孔深度的设计，同时还要确保桩端进入持力层满足设计要求，施工桩顶标高应至少高出设计桩顶标高0.5m，垂直度偏差小于1%。
3、混凝土灌注
设计完成孔的深度之后，现场的工作人员应该通知钻机停钻，这样有效提升钻杆，并对速率拟定按1.5m/mm-1.7m/mm控制，同时做好施工记录，通知司泵开始灌注混凝土，并且对混凝土灌注保持连续性。在灌注达到桩顶时，尽量超过桩顶设计标高50mm左右，这样可以有效地保证桩顶混凝土质量以及标高能够符合设计要求。除此之外，在灌注混凝土前，需要检查管路的顺畅稳固条件，并在CFG桩件施工中，每台班均制作、检查试件；施工前，用水泥砂浆湿润管路[3]。
七、CFG桩的施工注意事项
1、CFG桩成孔
1.1在开始钻孔时，关闭钻头阀门，操纵下移钻杆，钻头触及地面时，起动马达钻机。钻进先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。
1.2在施工现场，桩机操作手和现场读尺人员要密切配合，钻机每钻进1m，读尺人员要及时通知桩机操作手记录电流数据，操作手在电流发生明显变化时，要通知现场读尺人员做好钻机进尺及土层变化的记录，除此之外，当电流显示已进入硬土层时，要对进尺进行严格控制，确保嵌入的深度满足设计的要求。
1.3在桩身进入持力层的深度时，严格控制其设计的要求，此外，当钻孔达到设计高程后，需要详细记录地质情况。
1.4在施工中，一旦出现设计和地质情况不同时，应该及时联系设计单位进行解决处理。
1.5在成孔施工的过程中，如果出现钻杆摇晃情况，或者出现钻进难钻时，可以适当放慢进尺，这样可以有效防止桩孔位移、偏差及钻具的损坏。此外，当钻达到设计标高后，通常情况下是静止提拔，对相对于容易卡钻的地方来说，在圆砾层允许边转边提，离开圆砾层后采用静止提拔。而且在施工中，必须要认真填写CFG桩施工记录表。
2、开挖及桩头处理
2.1在CFG桩施工完成后，等待CFG桩的桩体达到一定强度（一般3d～7d）后，方可进行开挖。除此之外，在CFG桩截桩和CFG桩清土时，不能造成桩顶设计标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
2.2在基槽开挖时，当基槽较浅时可以利用人工进行开挖，当基槽较深时也可以利用人工进行开挖。如果效率低时，可以进行机械与人工共同开挖，但必须坚持两个原则：第一，避免扰动CFG桩的桩间土；第二，不能对设计桩顶标高以下的桩体产生损害。采用人工和机械一起配合开挖，人工开挖厚度留置多少，与桩体强度和土质条件等都有着一定的关系，在施工时，可通过现场试验进行确定。但人工开挖留置厚度一般不宜小于20cm。
八、CFG桩的施工质量检查
1、施工过程检测
在施工过程的质量检验中，主要检查施工的记录、施工的桩数、桩顶的标高、混合料的坍落度、桩位的偏差及施工的质量和桩体试块的抗压强度。此外，桩位可以允许有偏差，但偏差一般为0-50mm，桩身倾斜不能大于1%，桩体有效直径不小于设计值。
2、施工后质量检测
2.1 CFG桩身检测
在CFG成桩过程中，利用抽样的方法来进行混合料试块，每台机械一个台班做一组（3块）150mm×150mm×150mm的试块，进行标准养护，测定28d抗压强度，其质量标准参见表1。
2.2复合地基检测
采用单桩载荷试验检测复合地基承载力，静载试验要求达到桩的极限承载力。
九、结束语
综上所述，在公路工程建设中，CFG桩具有经济合理、技术可靠、施工设备投入少、进出场运输方便、对环境友好等特点。在国内的技术发展和工程应用中，CFG桩技术得到了广泛的应用。因此，CFG桩复合地基作为一种新型地基处理技术，设计计算方法简单易学，适用范围广，适用性强，有极大的发展潜力。
参考文献：
[1]陈方林，吴记生.CFG桩在高速公路路基处理中的应用[J].交通标准化，2011（11）：78-80.
[2]曾炜.CFG桩在软土地基处理中的应用研究[D].重庆交通大学，2012.
[3]赵庆彬.CFG桩在高速公路路基处理中的应用及效果分析[J].北方交通，2009（04）：39-41.
本文所有资料来源于中国知网。
【关键词】 CFG桩；高速公路；路基处理；应用
引言：
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩，由石屑、碎石、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和后制备而成，其典型特征是可变强度。在不同的水泥掺量及配比条件下，CFG的强度等级介于C15-C25之间，且处于刚性桩与柔性桩之间。由于CFG桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基，因此可通过复合地基原理和性状进行计算或设计。在工程当中，CFG桩不需要计算配筋。此外，部分工业废料如粉煤灰、硅灰、炉底灰等和石屑可作掺和料，从而能够进一步降低工程造价。
一、工程概况
某高速公路穿越的路段，工程地质概况为第四系覆盖土层，由冲击砂土和残积成因粉质粘土组成，由于路基下存在淤泥、松散粉砂等软弱地层，且厚度大，严重影响了路基稳定性。为提高路基承载力和控制工后沉降，需对软土层进行处理。该段软土路基，长200多米，路基顶宽35m，路基填方高度为6-8m。地基土的天然承载力不能满足上部荷载的要求，故设计对该段软土路基采用CFG桩进行加固处理。
二、CFG桩复合地基基本原理及适用范围
1、CFG桩的工作原理
CFG桩是一种复合地基，经常用于一些高层、超高层建筑或高速公路软土地基处理工程中。CFG桩的工作原理可以理解为复合地基，其中设置褥垫层并与基础连接，CFG的桩端不管是落在一般土层，还是落在坚硬土层，都可以保障桩间的土层参与工作。除此之外，CFG桩与桩间土相比，CFG桩体的强度和模量相对来说比较大，在荷载的作用下，桩间土表面应力相对小于CFG桩的桩顶应力。在此条件下，CFG桩可以把荷载向比较深的土层传递，这样就可以减少桩间土承担的荷载。因此，由于受到桩的作用，会导致地基承载力提高，并且会减少变形。在使用CFG桩的地基中，基础和桩，以及在桩间土之间设置一定厚度的褥垫层，该褥垫层是由散体粒状的材料组成。在没有褥垫层的条件下，地基和桩基础的承载特性非常相似，桩间土不能发挥其承载能力，同时也不能形成所谓的复合地基。所以在基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不仅仅只是依赖于桩的沉降，为了使得桩土共同承担荷载，可以将荷载通过褥垫层作用到桩间土上。一般铺设垫层的做法是，先铺设一定厚度和级配的碎石、砂石或中砂、粗砂，形成厚度介于10-30cm的垫层。垫层能够使基础荷载向桩间土扩散，以此来保证桩体与桩间土共同承担荷载。此外，CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，这样就可以降低工程造价[1]。
2、适用范围
CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，CFG桩复合地基经常用于独立基础和条形基础，有时候也可用于筏基、箱型基础。对于土性来说，CFG桩复合地基适用于处理粘性土、砂土、粉土、淤泥质地基，CFG桩复合地基可用于挤密效果好的土，同时也可用于挤密效果差的土。CFG桩复合地基与混凝土桩基相比，CFG桩的桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋，并且还能发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为混凝土桩基的1/3-1/2，其经济和社会效益非常明显。由于CFG桩复合地基技术具有工期短、施工速度快、工程造价低廉的特点，目前已成为应用较为普遍的地基处理技术。
三、CFG桩的设计参数
1、桩长：在CFG桩复合地基设计时，第一个要确定的参数就是桩长，桩长取决于建筑物对变形的要求和承载力、施工工艺、土质条件和土的性质等，通常情况下适合取3-5倍桩径。本工程中设计桩长8.9m，有效桩长8.4m。
2、桩径：桩径取决于所采用的成桩设备，本工程中桩径为0.4m。
3、桩距：应该根据设计要求的复合地基承载力、施工工艺、土性等对桩距进行确定，一般情况下适合取3-5倍桩径。本工程中樁距为1.4m×1.4m，呈正方形布孔。
4、桩体强度：本工程设计桩体混凝土强度等级为C20。
5、褥垫层厚度及材料：对于刚性桩复合地基来说，如果褥垫厚度过于小时，桩对基础就会产生很明显的应力集中，这样就需要考虑桩对基础的冲切，势必会造成基础加厚。如果褥垫厚度大时，就可以充分的发挥桩间土的承载能力，但是如果褥垫层厚度太大时，就会相当于换土回填，不仅会造成浪费，还会使得褥垫层越来越厚，从而导致土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大，桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小，使复合地基中设置的桩失去意义。大量的工程实践研究表明，褥垫层厚度一般适合在15-30cm之间，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。本工程褥垫层采用级配良好的砂石，厚0.3m，最大粒径不宜大于30mm。
四、CFG桩的材料要求
1、外加剂、混凝土和缓凝剂掺和料，以及粉煤灰掺和料，都应该符合相应的标准要求，掺量应当依据施工要求，配合试验室测试确定。
2、严格按照配合比配制CFG桩的材料。
3、振动沉管灌注桩的施工坍落度应当在30-50mm之间，长螺旋钻孔和管内泵压混合料灌注的坍落度应当控制在160-200mm，振动沉管灌注成桩后，其桩顶浮浆厚度应当小于等于200mm。
4、在施工钻至设计深度后，应把握长螺旋钻孔以及管内泵压混合料成桩的提拔钻杆时间，沉管的提拔速度应与混合料泵送量相配合，一旦遇到饱和砂土层或饱和粉土时，应该禁止停泵待料。等待沉管灌注成桩施工完成后，拔管速度应保持匀速，倘若遇到淤泥或淤泥质土层，应当适当放慢拔管速度[2]。
五、CFG桩施工工艺流程
本工程采用CFG桩，施工采用长螺旋成孔管内泵压砼成桩施工工艺，于桩顶标高上大于50cm处施工CFG桩，其施工工艺流程参见图2。 六、CFG桩的施工要求
1、放线
在施工前，应该根据CFG桩的桩位布置图，进行统一的测放桩位线，需要将桩位的中心點用钎子插入地下，并用白灰明示，一般情况下，桩位偏差应该小于50mm。
2、成孔
在长螺旋钻机进行成孔处理中，遵从先慢后快的原则，同时对试桩钻进速率按1m/min-1.2m/min控制，在施工时，需要做好记录，防止出现螺旋孔，并且还需注意成孔深度的设计，同时还要确保桩端进入持力层满足设计要求，施工桩顶标高应至少高出设计桩顶标高0.5m，垂直度偏差小于1%。
3、混凝土灌注
设计完成孔的深度之后，现场的工作人员应该通知钻机停钻，这样有效提升钻杆，并对速率拟定按1.5m/mm-1.7m/mm控制，同时做好施工记录，通知司泵开始灌注混凝土，并且对混凝土灌注保持连续性。在灌注达到桩顶时，尽量超过桩顶设计标高50mm左右，这样可以有效地保证桩顶混凝土质量以及标高能够符合设计要求。除此之外，在灌注混凝土前，需要检查管路的顺畅稳固条件，并在CFG桩件施工中，每台班均制作、检查试件；施工前，用水泥砂浆湿润管路[3]。
七、CFG桩的施工注意事项
1、CFG桩成孔
1.1在开始钻孔时，关闭钻头阀门，操纵下移钻杆，钻头触及地面时，起动马达钻机。钻进先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。
1.2在施工现场，桩机操作手和现场读尺人员要密切配合，钻机每钻进1m，读尺人员要及时通知桩机操作手记录电流数据，操作手在电流发生明显变化时，要通知现场读尺人员做好钻机进尺及土层变化的记录，除此之外，当电流显示已进入硬土层时，要对进尺进行严格控制，确保嵌入的深度满足设计的要求。
1.3在桩身进入持力层的深度时，严格控制其设计的要求，此外，当钻孔达到设计高程后，需要详细记录地质情况。
1.4在施工中，一旦出现设计和地质情况不同时，应该及时联系设计单位进行解决处理。
1.5在成孔施工的过程中，如果出现钻杆摇晃情况，或者出现钻进难钻时，可以适当放慢进尺，这样可以有效防止桩孔位移、偏差及钻具的损坏。此外，当钻达到设计标高后，通常情况下是静止提拔，对相对于容易卡钻的地方来说，在圆砾层允许边转边提，离开圆砾层后采用静止提拔。而且在施工中，必须要认真填写CFG桩施工记录表。
2、开挖及桩头处理
2.1在CFG桩施工完成后，等待CFG桩的桩体达到一定强度（一般3d～7d）后，方可进行开挖。除此之外，在CFG桩截桩和CFG桩清土时，不能造成桩顶设计标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
2.2在基槽开挖时，当基槽较浅时可以利用人工进行开挖，当基槽较深时也可以利用人工进行开挖。如果效率低时，可以进行机械与人工共同开挖，但必须坚持两个原则：第一，避免扰动CFG桩的桩间土；第二，不能对设计桩顶标高以下的桩体产生损害。采用人工和机械一起配合开挖，人工开挖厚度留置多少，与桩体强度和土质条件等都有着一定的关系，在施工时，可通过现场试验进行确定。但人工开挖留置厚度一般不宜小于20cm。
八、CFG桩的施工质量检查
1、施工过程检测
在施工过程的质量检验中，主要检查施工的记录、施工的桩数、桩顶的标高、混合料的坍落度、桩位的偏差及施工的质量和桩体试块的抗压强度。此外，桩位可以允许有偏差，但偏差一般为0-50mm，桩身倾斜不能大于1%，桩体有效直径不小于设计值。
2、施工后质量检测
2.1 CFG桩身检测
在CFG成桩过程中，利用抽样的方法来进行混合料试块，每台机械一个台班做一组（3块）150mm×150mm×150mm的试块，进行标准养护，测定28d抗压强度，其质量标准参见表1。
2.2复合地基检测
采用单桩载荷试验检测复合地基承载力，静载试验要求达到桩的极限承载力。
九、结束语
综上所述，在公路工程建设中，CFG桩具有经济合理、技术可靠、施工设备投入少、进出场运输方便、对环境友好等特点。在国内的技术发展和工程应用中，CFG桩技术得到了广泛的应用。因此，CFG桩复合地基作为一种新型地基处理技术，设计计算方法简单易学，适用范围广，适用性强，有极大的发展潜力。
参考文献：
[1]陈方林，吴记生.CFG桩在高速公路路基处理中的应用[J].交通标准化，2011（11）：78-80.
[2]曾炜.CFG桩在软土地基处理中的应用研究[D].重庆交通大学，2012.
[3]赵庆彬.CFG桩在高速公路路基处理中的应用及效果分析[J].北方交通，2009（04）：39-41.
本文所有资料来源于中国知网。