CFG桩在高速公路软土地基加固中的应用.doc

CFG桩在高速公路软土地基加固中的应用1工程概况某高速公路的典型地层为:第①层为硬壳层(亚粘土),第②层为软土层,第③层为硬粘土层。根据钻孔揭示的资料,在30.0m～30.5m之间,夹着一层粉砂。2地基处理方案的选择与设计2.1方案选择第②层为软土层,其地基允许承载力为50kPa,而上面的路基荷载要求地基承载力达到120kPa,工后沉降为30cm,针对这样的地基承载力和变形要求,选择了CFG桩。CFG桩具有一定的粘结强度和桩体强度,因而具有较长的临界桩长,可通过延长桩长提高桩的承载力,减少变形。由于CFG桩具有很大的桩土应力比,所以它具有较高的置换加筋作用,使地基承载力得到大大的提高,根据以前的工程经验,CFG桩复合地基承载力可以提高到天然地基允许承载力的2倍～3倍。另外,CFG桩不仅可以使地基承载力得到很大的提高,而且还可以通过设置褥垫层来调节桩土协调变形,使桩间土的强度得到充分发挥,从而具有较好的经济效果。因此,用CFG桩处理使地基承载力从50kPa提高到90kPa不仅是可行的,而且是经济的。2.2CFG桩设计CFG桩复合地基设计主要确定5个主要设计参数,即桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层及材料。1)桩长l:由地质剖面图和土的物理力学指标可以看出,第③层为硬粘土层,该层承载力的标准值为90kPa,压缩模量为7.5MPa,为了减少下卧层变形和总体沉降量,③层可作为桩端持力层,因此桩长取为17.5m。2)桩径d:取决于所选用的设备,目前使用的沉管桩机的套管直径以377mm居多,所以设计桩径d=400mm。3)桩间距s:在桩长、桩径确定后,计算桩间距之前需确定天然地基承载力fk、计算单桩承载力标准值Rk和计算复合地基承载力标准值fspk。首先按照公式(1)计算单桩承载力。式中:Rk———单桩承载力标准值,kN;up———桩的周长,m;n———桩长范围内所划分的土层数;qsi,qp———桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力标准值,kPa;li———第i层土的厚度,m。计算得到Rk=425kN,然后按照天然地基承载力和设计要求的复合地基承载力按公式(2)计算桩间距,桩间距一般要求在3d～6d范围内。式中:fspk———复合地基承载力桩标准值,kPa;m———面积置换率;Ap———桩的截面积,m2;α———桩间土强度提高系数;β———桩间土承载力折减系数,宜按地区经验取值,如无经验时可取0.75～0.95,天然地基承载力较高时取最大值;fsk———天然地基承载力标准值,kPa。因天然地基承载力不高,故β取0.8,又由于下面有很深的淤泥及淤泥质层,并且其灵敏度很高,在施工过程中受到扰动而引起强度的降低。因此,桩间土强度提高系数取α=0.95,代入公式(2)计算得m=0.0245,按正方形布置,得桩间距:初步确定桩间距为2.2m。此时复合地基承载力标准值fspk-=125kPa,满足设计荷载要求。3沉降计算复合地基变形由三部分组成,分别为桩长范围内的压缩变形S1、下卧层的变形S2以及褥垫层的压缩变形S3。其中,褥垫层的压缩变形很小,可以忽略不计,则沉降变形S:S=S1+S2(6)目前在工程中,应用较多且计算结果与实际符合比较好的变形计算是复合模量法。计算时复合土层分层与天然地基相同,不同的是复合地基的模量等于天然地基模量的ζ倍。这样,加固区和下卧层的变形都可以按照分层总和法进行计算。因此,复合地基最终变形量可按下式计算:式中:n1———加固区范围内土层分层数;n2———沉降计算深度范围内土层总的分层数;p0———对应于荷载的附加压力,kPa;Esi———第i层的压缩模量,MPa;zi、zi-1———处理地面至第i层、第i-1层土底面的距离,m;αi、αi-1———处理地面至第i层、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数;ζ———加固区土的模量提高系数,Ψ———沉降计算修正系数。计算得S=289.9mm,满足要求。4现场试验为了检验CFG桩在高含水量、高压缩性、抗剪强度低、渗透性小、高灵敏度、易导致路基较大沉降和失稳的软土中应用的效果,进行了一系列的现场试验如:复合地基的静载试验、桩间土的静力触探试验、桩身抽芯试验、桩身完整性试验以及设置沉降观测点。通过静载试验和近期沉降变形观测试验,其结果表明复合地基承载力及沉降变形均满足设计要求。静力触探试验结果表明在CFG桩施工后,桩间土的强度降低,说明在这种高灵敏度的软土桩间土强度提高系数α<1。5结语CFG桩在加固较深的软土形成的复合地基中,不仅能获得较高的承载力和桩身质量,而且加固后的地基沉降变形能满足工后沉降要求。2)CFG桩的桩间土强度并不是都提高的,CFG桩在处理高灵敏度的软土地基时,其桩间土强度提高系数α<1,这对过去认为桩间土强度只能增加具有重要的参考价值。