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摘要：CFG桩是在碎石桩加固地基法的基础上发展而来的一种技术，目前在城市道路基础设施工程中有所应用。本文通过介绍CFG桩的质量要求及加固机理，重点探讨了CFG桩在道路工程软基处理中的应用，并结合工程实例加以论述，以供类似工程的研究参考。
关键词：CFG桩；道路工程；软基处理；质量要求
1 概述
隨着城市化进程的不断加快，政府部门加大了对城市道路基础设施建设的投资力度，道路工程数量日益增加，这对工程施工质量安全也提出了更高的要求。目前，许多道路工程不可避免要经过大量的软土地质地区，这些软土地基具有抗剪强度低、压缩性高、天然含水量高、透水性差和固结系数小等不良性质，若施工人员对软基处理不当，则可能导致道路工程出现路基沉降过大、路面开裂和渗漏等问题，严重影响到道路行驶的安全性。而CFG桩作为一种新型桩型，具有施工简单、水泥用量少、承载力高和成桩质量高和造价低等优点，可以有效对砂土、粘土、淤泥质土、填筑土等软如地基进行加固防渗处理，提高路面的承载力，为路面行驶提供一个安全的驾车环境。
1 CFG桩的质量要求
在软基处理中，CFG桩的主要质量要求①：
（1）桩位必须与设计相符，桩顶位移偏差不大于100mm。
（2）桩垂直度≤1.5%。
（3）桩长设计要求，桩端持力层应选择在承载力相对较高的土层。
（4）桩径的充盈系数要超过1.3。
（5）桩身强度满足设计要求。
（6）单桩承载力满足设计要求。
（7）桩身完整，无缺陷。
2 CFG桩其加固软弱地基的机理
水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩）是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，用于道路软基处理，主要是通过在路基和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保证桩、土共同承载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。桩端持力层一般选择承载力相对较好的土层。
2.1 复合地基承载力
根据桩径、桩长、桩距、上部土层和桩尖下卧土体物理力学性能及桩间土内外区面积的比值等因素确定，可按下式计算：
RPS=（N×Q）÷A+η×（RS×AS）÷A（1）
式中：N为基础下桩数（根）；Q为单桩承载力（kN）；RPS为天然地基承载力（kPa）；AS为桩间土面积（m2）；A为基础面积（m2）；η为桩间土承载力折减系数，一般取0.8～1.0。
2.2 CFG桩作用机理
（1）CFG桩桩体具有较高的强度，在复合地基起桩体作用。
（2）在荷载作用下桩的压缩性明显比其周围软土小，使基础传递给复合地基的附加荷载随地基的变形逐渐集中到桩体上。
（3）在垂直荷载作用下不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深地基中，较大幅度提高复合地基的承载力。
（4）CFG桩通常采用振动沉管法施工，对土体产生振动和挤密，使加固后地基土的力学性能大为改善，并增加桩周土体侧应力，从而使复合地基的承载力显著提高。
以上分析可见CFG桩处理软弱地基，应以提高地基承载力和减少地基变形为主要目的，其途径是发挥CFG桩的桩体作用。复合地基承载力在设计确定的条件下，除单桩承载力受施工影响较大外，其它影响因素基本确定。
3 CFG桩施工的主要质量问题及原因分析
振动沉管灌注法工艺简单，生产效率高，因此CFG桩常采用此工法，其主要施工程序为场地平整→放样定位→埋桩头→桩机就位→振动沉管至设计深度→停振投料→振动导实后拔管→留振→振动拔管。由于CFG桩处理软弱地基，地层多为饱和淤泥或淤泥质土，施工时主要质量问题及产生原因（表1）。
4 CFG桩施工质量控制要点
4.1 桩位控制
（1）在确保测量控制桩桩位准确无误的前提下，采用高精度的测量仪器（经纬仪和50m钢卷尺）进行施工桩位放样，插“竹签”进行明显标识及编号，并保护好。放样桩位偏差不得大于20mm。
（2）准确埋设桩尖，保证其正对放样安插的“竹签”，二者偏差不大于30mm。
（3）桩机就位后，利用桩机塔身前后和左右垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使桩管垂直对准桩位中心，并用特制尺规检验，使桩位偏差控制在50mm内。
4.2 桩垂直度控制
（1）桩机就位后，保证桩机基座稳固、水平，使桩管轴线垂直（垂直度应小于1%）对准孔位中心。
（2）开始沉管时应控制速度，密切注意桩管是否偏斜，并及时纠正。
（3）桩机上配置水平尺，在沉管过程中，随时检查桩机的水平与稳定，发现异常及时调整，严防倾斜和错位。
表1 CFG桩处理软弱地基主要质量问题及原因
4.3 桩身质量控制
1）混凝土拌制质量控制
混合料配合比要根据场地的土质情况及加固后要求达到的承载力由试验试配确定。配制的混凝土和易性要好，坍落度（加筋6～8cm，素混凝土3～5cm）符合规范要求，初凝时间不小于5h，拌和时间不得少于90s，材料要求如下。
（1）碎石粒径20～50mm，松散密度为1.39t/m3，杂质含量小于5%。严格控制粗骨料粒径，避免混凝土在桩管内发生“架桥”现象。
（2）石屑粒径2.5～10mm，松散密度为1.47t/m3，杂质含量小于5%。
（3）Ⅱ级以上粉煤灰。
（4）32.5级以上普通硅酸盐水泥。
2）沉管质量控制要点
确定合理的施工顺序和施工桩间距，尽量避免振动、挤压等外力扰动，防范后续桩的施工对已施工桩的破坏。 （1）采用隔排隔桩跳打加大桩的施工间距（原则应控制桩距大于3.5倍桩径），或新打桩与已打桩间隔时间不应少于7d。
（2）施打推进方向从中间向外或从一边向另一边，不宜从四周转圈向内推进施工，常采用逐排向后退打施工顺序。
（3）樁长（深）一般根据设计桩长以及桩机抬架双向控制。当桩头到达持力层时，瞬间电流将增大、电压下降，沉管及上部的振动锤会发生颤动和轻微的摆动。
（4）预制桩尖的混凝土强度等级不低于C30，其尺寸和钢筋布置应符合设计要求，在桩尖与桩管接触出缠绕麻绳或垫硬纸衬等，使二者接触处封严。对缝隙较大的活瓣桩尖及时修理或更换。
（5）灌注封底混凝土，桩管沉至地下水位以上0.5～1.0m时灌入0.05～0.1m3的封底混凝土。
3）混凝土桩身质量控制
（1）桩管内灌注混凝土后，留振5～10s再开始拔管。
（2）严格控制拔管速度，并做到匀速。在一般土层，拔管速度控制在1.2～1.5m/min较适宜，软弱土层宜控制在0.6～0.8m/min。大量实践证明，拔管速度太快将造成桩径偏小或缩径断桩；拔管速度太慢，振动时间过长，易使混合料离析，桩顶浮浆增厚。条件许可时，拔管速度宜通过施工前的工艺试验确定。
（3）拔管过程不允许反插，并保证混合料的灌注必须连续进行。拔管时，如发现上料不足，须在拔管过程中空中投料，使桩管内混凝土随时保持2m左右高度，也应高于地下水位1.0～1.5m。
（4）经常检查灌入量，一般用浮标法或锤击法测量。桩管每提升1～1.5m测量一次。
（5）成桩桩顶标高应高出设计标高0.5m，用粒状材料或湿粘土封顶，待桩基达到一定强度（一般3～7d）后开槽。
5 质量控制方法工程应用实例
5.1 工程概况
某市政道路，总长4.316km，按照城市Ⅰ级主干道标准修建，路面宽50m，设计行车速度60km/h。
由于该道路处于沿海软基地带，地层为约1.0m表土硬壳层（耕植土）、淤泥、强风化凝灰岩。在K2+330～K2+660路段设计采用CFG桩+50cm砂垫层+土工格栅进行软基处理（表2）。
表2 CFG桩设计工程数量
（1）CFG桩桩身强度C20，要求穿透淤泥层，进入其下持力层（粘土层或强风化凝灰岩层）不少于1m。
（2）复合地基承载力特征值120kPa。
5.2 主要施工设备、机具
采用振动式沉管打桩机架，配DZJ90型变矩式振动锤，主要技术参数为电动机功率90kW，激振力0～747kN，质量6700kg。台架按设计要求的单桩承载力进行配重。桩管外径φ325mm，采用预制桩尖和活瓣桩尖。
5.3 施工质量控制效果
该工程CFG桩采用上述质量控制方法，施工质量全面满足设计和规范要求。
（1）该工程抽取试验桩14根，由检测中心采用压重堆载法进行单桩复合地基静载荷试验。试验结果表明CFG桩复合地基承载力特征值均达到120kPA，满足设计要求。
（2）该工程低应变动力检测抽取CFG桩243根，检测结果显示：I类桩219根，占抽检总数的90.1%，Ⅱ类桩24根，占抽检总数的9.9%，桩身质量和桩身结构完整性满足设计要求。
（3）路基填筑完成后，按设计要求进行了3个月的沉降观测（表3），2009年5月6日～8月6日，观测间隔2周。根据沉降观测成果，各观测桩点的累计沉降量为4～6mm，表明路堤稳固。
表3 CFG桩处理软基路段沉降观测成果
6 结语
通过探讨CFG桩在城市道路工程软基处理中的应用，笔者总结出如下的CFG桩施工质量控制方法：①CFG桩的质量控制应贯穿于道路工程的全过程，严格按照设计图纸及技术规范进行操作，最大限度提高工程施工质量；②CFG桩复合地基的受力特性与褥垫层的作用密切相关，因此，合理设置褥垫层可有效减少基底应力集中和地基不均匀沉降。
参考文献：
[1] 覃国汉.CFG桩在城市道路软基处理中的设计及应用[J].科技资讯.2012年第04期
[2] 肖玉明；罗福贤.CFG桩复合地基处理的工程实践[J].企业科技与发展.2012年第13期
关键词：CFG桩；道路工程；软基处理；质量要求
1 概述
隨着城市化进程的不断加快，政府部门加大了对城市道路基础设施建设的投资力度，道路工程数量日益增加，这对工程施工质量安全也提出了更高的要求。目前，许多道路工程不可避免要经过大量的软土地质地区，这些软土地基具有抗剪强度低、压缩性高、天然含水量高、透水性差和固结系数小等不良性质，若施工人员对软基处理不当，则可能导致道路工程出现路基沉降过大、路面开裂和渗漏等问题，严重影响到道路行驶的安全性。而CFG桩作为一种新型桩型，具有施工简单、水泥用量少、承载力高和成桩质量高和造价低等优点，可以有效对砂土、粘土、淤泥质土、填筑土等软如地基进行加固防渗处理，提高路面的承载力，为路面行驶提供一个安全的驾车环境。
1 CFG桩的质量要求
在软基处理中，CFG桩的主要质量要求①：
（1）桩位必须与设计相符，桩顶位移偏差不大于100mm。
（2）桩垂直度≤1.5%。
（3）桩长设计要求，桩端持力层应选择在承载力相对较高的土层。
（4）桩径的充盈系数要超过1.3。
（5）桩身强度满足设计要求。
（6）单桩承载力满足设计要求。
（7）桩身完整，无缺陷。
2 CFG桩其加固软弱地基的机理
水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩）是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，用于道路软基处理，主要是通过在路基和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保证桩、土共同承载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。桩端持力层一般选择承载力相对较好的土层。
2.1 复合地基承载力
根据桩径、桩长、桩距、上部土层和桩尖下卧土体物理力学性能及桩间土内外区面积的比值等因素确定，可按下式计算：
RPS=（N×Q）÷A+η×（RS×AS）÷A（1）
式中：N为基础下桩数（根）；Q为单桩承载力（kN）；RPS为天然地基承载力（kPa）；AS为桩间土面积（m2）；A为基础面积（m2）；η为桩间土承载力折减系数，一般取0.8～1.0。
2.2 CFG桩作用机理
（1）CFG桩桩体具有较高的强度，在复合地基起桩体作用。
（2）在荷载作用下桩的压缩性明显比其周围软土小，使基础传递给复合地基的附加荷载随地基的变形逐渐集中到桩体上。
（3）在垂直荷载作用下不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深地基中，较大幅度提高复合地基的承载力。
（4）CFG桩通常采用振动沉管法施工，对土体产生振动和挤密，使加固后地基土的力学性能大为改善，并增加桩周土体侧应力，从而使复合地基的承载力显著提高。
以上分析可见CFG桩处理软弱地基，应以提高地基承载力和减少地基变形为主要目的，其途径是发挥CFG桩的桩体作用。复合地基承载力在设计确定的条件下，除单桩承载力受施工影响较大外，其它影响因素基本确定。
3 CFG桩施工的主要质量问题及原因分析
振动沉管灌注法工艺简单，生产效率高，因此CFG桩常采用此工法，其主要施工程序为场地平整→放样定位→埋桩头→桩机就位→振动沉管至设计深度→停振投料→振动导实后拔管→留振→振动拔管。由于CFG桩处理软弱地基，地层多为饱和淤泥或淤泥质土，施工时主要质量问题及产生原因（表1）。
4 CFG桩施工质量控制要点
4.1 桩位控制
（1）在确保测量控制桩桩位准确无误的前提下，采用高精度的测量仪器（经纬仪和50m钢卷尺）进行施工桩位放样，插“竹签”进行明显标识及编号，并保护好。放样桩位偏差不得大于20mm。
（2）准确埋设桩尖，保证其正对放样安插的“竹签”，二者偏差不大于30mm。
（3）桩机就位后，利用桩机塔身前后和左右垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使桩管垂直对准桩位中心，并用特制尺规检验，使桩位偏差控制在50mm内。
4.2 桩垂直度控制
（1）桩机就位后，保证桩机基座稳固、水平，使桩管轴线垂直（垂直度应小于1%）对准孔位中心。
（2）开始沉管时应控制速度，密切注意桩管是否偏斜，并及时纠正。
（3）桩机上配置水平尺，在沉管过程中，随时检查桩机的水平与稳定，发现异常及时调整，严防倾斜和错位。
表1 CFG桩处理软弱地基主要质量问题及原因
4.3 桩身质量控制
1）混凝土拌制质量控制
混合料配合比要根据场地的土质情况及加固后要求达到的承载力由试验试配确定。配制的混凝土和易性要好，坍落度（加筋6～8cm，素混凝土3～5cm）符合规范要求，初凝时间不小于5h，拌和时间不得少于90s，材料要求如下。
（1）碎石粒径20～50mm，松散密度为1.39t/m3，杂质含量小于5%。严格控制粗骨料粒径，避免混凝土在桩管内发生“架桥”现象。
（2）石屑粒径2.5～10mm，松散密度为1.47t/m3，杂质含量小于5%。
（3）Ⅱ级以上粉煤灰。
（4）32.5级以上普通硅酸盐水泥。
2）沉管质量控制要点
确定合理的施工顺序和施工桩间距，尽量避免振动、挤压等外力扰动，防范后续桩的施工对已施工桩的破坏。 （1）采用隔排隔桩跳打加大桩的施工间距（原则应控制桩距大于3.5倍桩径），或新打桩与已打桩间隔时间不应少于7d。
（2）施打推进方向从中间向外或从一边向另一边，不宜从四周转圈向内推进施工，常采用逐排向后退打施工顺序。
（3）樁长（深）一般根据设计桩长以及桩机抬架双向控制。当桩头到达持力层时，瞬间电流将增大、电压下降，沉管及上部的振动锤会发生颤动和轻微的摆动。
（4）预制桩尖的混凝土强度等级不低于C30，其尺寸和钢筋布置应符合设计要求，在桩尖与桩管接触出缠绕麻绳或垫硬纸衬等，使二者接触处封严。对缝隙较大的活瓣桩尖及时修理或更换。
（5）灌注封底混凝土，桩管沉至地下水位以上0.5～1.0m时灌入0.05～0.1m3的封底混凝土。
3）混凝土桩身质量控制
（1）桩管内灌注混凝土后，留振5～10s再开始拔管。
（2）严格控制拔管速度，并做到匀速。在一般土层，拔管速度控制在1.2～1.5m/min较适宜，软弱土层宜控制在0.6～0.8m/min。大量实践证明，拔管速度太快将造成桩径偏小或缩径断桩；拔管速度太慢，振动时间过长，易使混合料离析，桩顶浮浆增厚。条件许可时，拔管速度宜通过施工前的工艺试验确定。
（3）拔管过程不允许反插，并保证混合料的灌注必须连续进行。拔管时，如发现上料不足，须在拔管过程中空中投料，使桩管内混凝土随时保持2m左右高度，也应高于地下水位1.0～1.5m。
（4）经常检查灌入量，一般用浮标法或锤击法测量。桩管每提升1～1.5m测量一次。
（5）成桩桩顶标高应高出设计标高0.5m，用粒状材料或湿粘土封顶，待桩基达到一定强度（一般3～7d）后开槽。
5 质量控制方法工程应用实例
5.1 工程概况
某市政道路，总长4.316km，按照城市Ⅰ级主干道标准修建，路面宽50m，设计行车速度60km/h。
由于该道路处于沿海软基地带，地层为约1.0m表土硬壳层（耕植土）、淤泥、强风化凝灰岩。在K2+330～K2+660路段设计采用CFG桩+50cm砂垫层+土工格栅进行软基处理（表2）。
表2 CFG桩设计工程数量
（1）CFG桩桩身强度C20，要求穿透淤泥层，进入其下持力层（粘土层或强风化凝灰岩层）不少于1m。
（2）复合地基承载力特征值120kPa。
5.2 主要施工设备、机具
采用振动式沉管打桩机架，配DZJ90型变矩式振动锤，主要技术参数为电动机功率90kW，激振力0～747kN，质量6700kg。台架按设计要求的单桩承载力进行配重。桩管外径φ325mm，采用预制桩尖和活瓣桩尖。
5.3 施工质量控制效果
该工程CFG桩采用上述质量控制方法，施工质量全面满足设计和规范要求。
（1）该工程抽取试验桩14根，由检测中心采用压重堆载法进行单桩复合地基静载荷试验。试验结果表明CFG桩复合地基承载力特征值均达到120kPA，满足设计要求。
（2）该工程低应变动力检测抽取CFG桩243根，检测结果显示：I类桩219根，占抽检总数的90.1%，Ⅱ类桩24根，占抽检总数的9.9%，桩身质量和桩身结构完整性满足设计要求。
（3）路基填筑完成后，按设计要求进行了3个月的沉降观测（表3），2009年5月6日～8月6日，观测间隔2周。根据沉降观测成果，各观测桩点的累计沉降量为4～6mm，表明路堤稳固。
表3 CFG桩处理软基路段沉降观测成果
6 结语
通过探讨CFG桩在城市道路工程软基处理中的应用，笔者总结出如下的CFG桩施工质量控制方法：①CFG桩的质量控制应贯穿于道路工程的全过程，严格按照设计图纸及技术规范进行操作，最大限度提高工程施工质量；②CFG桩复合地基的受力特性与褥垫层的作用密切相关，因此，合理设置褥垫层可有效减少基底应力集中和地基不均匀沉降。
参考文献：
[1] 覃国汉.CFG桩在城市道路软基处理中的设计及应用[J].科技资讯.2012年第04期
[2] 肖玉明；罗福贤.CFG桩复合地基处理的工程实践[J].企业科技与发展.2012年第13期