摘要:本文介紹了水泥攪拌樁和CFG樁復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慮，結合工程實際情況，從設計和施工兩個方面對兩種軟土路基處理方法進行優化設計和對比分析，軟土路基處理要因地制宜綜合利用地基處理方法，通過優化設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。
　　關鍵詞:軟土路基，水泥攪拌樁，CFG樁，復合地基，承載力，沉降
　　1前言
　　復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，或在天然地基中設置加筋材料，加固區是由兩種不同剛度（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[1-5]。近些年來，復合地基技術在房屋建設(包括高層建筑)、高等級公路、市政、高鐵、堆場、機場、堤壩等工程建設中得到廣泛應用。水泥攪拌樁和CFG樁都是兩種典型的復合地基處理方法。本文結合工程實際情況，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兩種復合地基處理方法進行優化設計和對比分析，具有很好的理論價值和實際意義。
　　2兩種處理方法的基本概念
　　水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（漿液或粉體）強制攪拌，由固化劑和軟土間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，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通過水泥的水解和水化反應、水泥水化物與土顆粒之間的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反應而成為具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥土樁體[4-7]。
　　水泥攪拌樁的布樁形式非常靈活，可以根據荷載要求及地質條件選擇加固形式，根據地層結構采用適當方法進行沉降計算，由構筑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。根據土質條件、固化劑摻量、室內配比試驗資料和現場工程經驗選擇樁身強度和水泥摻入量及有關施工參數。根據樁身強度大小及樁的斷面尺寸，計算單樁承載力；根據單樁承載力及土質條件計算出有效樁長；根據單樁承載力、有效樁長和上部結構要求達到的復合地基承載力，極端樁土面積置換率；為了對水泥攪拌樁進行優化設計，確定最優置換率、最優樁體剛度及有效樁長[3，6，8]。
　　水泥粉煤灰碎石樁法（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）沉管打樁機或其它成樁機具形成高粘結強度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復合地基的地基處理方法。CFG樁其主要用來加固地基，和被擠密的樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復合地基共同承擔上部荷載。褥墊層是樁與樁間土形成復合地基的必要條件，其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，是具有一定粘結強度的混合料，在荷載作用下CFG樁的壓縮性明顯比其周圍軟土小，因此基礎傳給復合地基的附加應力隨地基的變形逐漸集中到樁體上，出現應力集中現象，復合地基的CFG樁起到了樁體作用[4，9，10]。
　　每一種地基處理方法，都有其使用的地質條件和范圍，以及特定的施工方法，在不同的條件下會遇到不同的問題，都要因地制宜具體分析。對復合地基進行優化設計，合理選用最好的處理方法或幾種方法綜合同時利用，最大限度地提高復合地基的承載潛力，在保證安全的前提下盡可能地選用經濟合理的地基處理方法，降低工程造價。
　　3兩種地基處理方法的對比分析
　　對于處理復雜軟土路基，必須對每一種地層組合計算復合地基的承載力和變形，如果變形滿足要求，則地基承載力也滿足要求，反之則不一定成立，因此變形驗算和調整是復雜地質條件下進行復合地基設計與施工的重點，但現行規范中并未給出這種條件下的設計方法，而設計人員為回避風險，常設計長30m以上的樁基礎，造成了很多的浪費。傳統復合地基理論屬于強度控制理論范疇，假定上部荷載全部由地基增強體來承擔，完全不考慮地基土的承載能力，設計中通常采用等代墩基分層總和法計算，但地基土是能夠分擔荷載的，隨著地基增強體間距增大，構筑物的沉降和差異沉降略有增加，但不迅速增加。由于涉及到兩種或兩種以上性質差異較大的材料所組成的復合地基，其應力應變協調機理比較復雜，對復合地基合理優化設計，就是突破常規限制，使地基土工作于極限承載力狀態下，在總體承載力和沉降量雙重控制下，使復合地基的局部和整體的差異沉降盡可能的小，從而進一步控制差異沉降。
　　對于水泥攪拌樁：
　　單樁承載力標準值
　　（1）
　　（2）                                 
　　復合地基承載力（3）
　　沉降（4）
　　對于CFG樁：
　　單樁承載力標準值（5）
　　（6）
　　復合地基承載力（7）
　　沉降（8）
　　式中：為強度折減系數，一般取0.3-0.5；為樁身試塊的無側限抗壓強度平均值（Kpa），為樁的截面積（m2），為樁的平均直徑（m），為樁長范圍內第層土的厚度（m）；為第層土的側壁摩擦力標準值（Kpa）；為樁端土承載力標準值（Kpa）；為單樁豎向承載力標準值（KN），為樁端土承載力折減系數，一般取0.3-0.6；為復合地基承載力標準值（Kpa），為樁間土天然地基承載力標準值（Kpa），為樁間土承載力折減系數，反映樁土間共同作用，一般取0-1.0；為樁群體變形（mm），為樁端末加固土層變形（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（m）；，為樁群底面末加固土層的附加應力系數。為樁體28天立方體試塊強度（Kpa），為面積置換率；為沉降計算經驗修正系數；為樁、土應力比；為加固區分層數；為總的分層數；為荷載在第層中產生的平均附加應力Kpa）。
　　從兩種復合地基處理方法中單樁承載力和復合地基承載力的計算來看，單樁豎向承載力標準值都是在樁本身承載力（受樁身強度控制）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，復合地基承載力則都通過樁間土承載力折減系數和面積置換率來考慮樁土共同作用。但是兩種復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、硬凝作用和碳酸化作用等物理化學作用，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。水泥攪拌樁設計時主要確定樁徑、樁長、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定，軟土厚度較大的地段。施工技術成熟，工期短，處理效果較好，實際工程中使用廣泛，在各種復合地基處治方案中造價較低，但施工監理難度大，對軟基下部攪拌不易均勻，處理的深度有限。而CFG樁設計時主要確定樁徑，樁距，樁長，樁體標號、褥墊層等；CFG樁適用于軟土厚度大、承載力要求高的橋涵構造物及高路堤地段，處理的厚度大于15米。施工工期短，處理效果好，質量容易控制，可處理深層軟土，但施工工藝復雜，工程造價高，具有沉降量小、承載力高、穩定快、工期短等特點。
　　4、工程應用實例分析
　　本工程位于廣州市海珠區南洲路，地基軟土為海陸交互淤泥質土上分布較廣，埋藏較淺，層頂深度1.50m-8.10m，層厚2.0m-13.10m、平均厚度6.0m,淤泥質土均為飽和、流塑狀態，其天然含水性高，孔隙比大，壓縮性高，強度低，滲透系數小，對于埋藏較淺、較厚的路段對路基和構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情況，施工工期、施工工藝、取材、工程造價等因素，并充分吸取珠三角地區軟基處理的成功經驗，進行多方案的經濟技術比較和合理優化設計，才選擇最佳地基處理方案。對于一般軟土或垃圾填埋路基，當處理深度在2.5m以內時，采用淺層換填的處理措施，對于超過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沉降量都滿足要求的基礎上盡量減少差異沉降，本工程實際施工中采用以下兩種方式，一種是根據變形的大小調整各計算點的置換率調整樁間距，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，增加樁端壓縮層厚度。
　　本工程采用的水泥攪拌樁樁徑為0.5m，按正三角形布置，處理深度應穿過軟土層至少0.5m，樁頂設置50cm的粗砂墊層采用四噴四攪工藝，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，對應加固后的復合地基承載力應達到100Kpa。對于橋頭路段，樁間距應適當減少，根據具體實際計算，有些減少到1.0m。
　　對于構造物地基軟土處理，本工程采用CFG樁+袋裝砂井處理20m深度以內的軟土，采用7cm袋裝砂井，CFG樁直徑0.4m，按矩形布置，樁的立體抗壓強度大于12Mpa,在CFG樁之間插設Φ7cm袋裝砂井、樁間距縱向2.0m，砂墊層厚50cm，上鋪1層雙向土工格柵，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深度以內的軟土，采用7cm袋裝砂井，CFG樁直徑40cm，按矩形布置，在CFG樁之間插設袋裝砂井，樁間距縱向由2.2m逐漸減少到1.8m，砂墊層60cm厚，上鋪兩層雙向土工格柵。
　　通過對以上兩種復合地基處理方法成樁后的單樁復合地基承載力試驗和工后沉降進行檢查對比分析，兩種復合地基處理的單樁復合地基承載力試驗和工后沉降都符合設計要求，達到預期的結果。CFG樁和袋裝砂井兩者結合使用在軟土地基處理，可以有效的提高地基承載力，并能有效的減少路基加載后深層沉降和側向位移，滿足了路基工后沉降及穩定的要求。廣州地區地質條件相當復雜，在某些條件下使用水泥攪拌樁復合地基也能取得預期的效果。
　　水泥攪拌樁和CFG樁復合地基兩種處理方法在軟土路基中應用廣泛，都有自己的優點和適用性，工程實際中要根據各自特點加以選用或綜合應用。復合地基優化設計就是要充分發揮復合地基的承載潛力，在整體承載力和沉降量都滿足要求的基礎上使差異沉降接近于零。復合地基設計時要因地制宜選擇復合地基方案或綜合利用各種復合地基處理方案，合理選擇持力層位置，優化設計參數，在整體安全度和平均沉降量雙重控制下，讓復合地基在接近極限荷載條件下工作必須堅持變形控制和變形協調的原則，使構筑物在荷載作用下各部分均勻變形和協調發展。減少差異沉降還可以合理優化施工來實現,一種是根據變形大小非均勻布樁調整各計算點的置換率；另一種是有意布置短樁，在沉降小的部位布置短樁，增加樁端壓縮層厚度，從而使地基各點均勻沉降。
　　
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