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摘要：本文主要结合软土路基施工处理案例的设计原则，对软土地基的施工技术进行分析，详细介绍了CFG桩处理软土路基的设计思想和方法，从而推广CFG桩在软土地基工程中的应用。
关键词：软土路基，工后沉降，复合地基
1工程概况
工程位于某市政治、经济、文化最发达经济区，它的建设将打通快速公路系统的两大交通动脉，完善了某区路网格局，改善快速公路路網，有效地促进经济发展。本工程项目所在场地上部土质以软土为主，工程性质差。场地地层由上至下总体分布为①层填筑土（厚度约0.5～1.5m）、②层淤泥质亚黏土或淤泥质黏土（厚度约4.0～6.0m）、③层粉细砂层（厚度约1.0～2.5m）、④层淤泥质亚黏土（厚度约10.0～15.0m）及⑤层砾砂层。其中②和④淤泥质亚黏土为典型的软土，含水量W=45.6％～56.2％，孔隙比e=1.240～1.859，具有明显的流变性特性，地基容许承载力低，对路基、桥涵基础的变形影响大，必须进行适当的地基处理。
2地基处理的目的及要求
软土地基处理的主要目的是：路基不产生剪切破坏变形，满足强度和稳定性的要求，以保证路面结构的完整和车辆高速平稳行驶。结合近几年国内对软土地基的处理经验，要通过软土地基处理技术完全消除工后沉降是不可能实现的，也就是说在施工后修补沉降是不可避免的。因此，软土地基处理应结合当地工程地质条件、经济技术条件和施工工期要求，制定切实可行、经济合理的处理措施，使处理后的工后沉降降变形量最小，以满足地基处理设计的控制指标。
根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017-96），工后沉降的控制标准为：一般路段为30cm；明涵、箱涵通道段为20 cm；路堤与桥台相接处为10 cm。同时，软土路基处理技术应遵循这样一个原则：安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。
3软基处理方案比选
3.1一般软基处理方案比较
根据勘察报告，对本工程软弱土地基处理选用了多种方案进行比较。根据软土的性质特点，一般处理软土地基宜采用袋装砂井或塑料排水板堆载预压排水固结和复合地基等。各方案特性、适宜范围见表1。
从表1可以看出，复合地基法处理软弱地基效果好，施工工期易控制，但造价较高。预压排水固结法处理软弱地基效果一般，工后沉降相对较大，造价较低，而且需要的施工工期较长。
本工程为快速路段，要求工后沉降不宜过大，特别在涵洞、路基与桥台相接处，如工后沉降过大导致路面颠簸不平，对车辆的损害及安全都有较大的影响。为了能较好地控制工后沉降，本工程软土地基拟选用复合地基法进行处理。
3.2复合地基方案比较
根据本工程的场地地质条件，需要处理的地层主要以淤泥质土为主，根据常规的复合地基常用的处理办法为：水泥搅拌法。水泥搅拌法由搅拌桩桩体与四周软土组成复合地基，从而提高地基土承载力、地基土强度和压缩模量、减小地基沉降量。结合本场内的地质条件及工程特征，处理深度应达到④层淤泥质亚黏土中或穿过该层，而在②、④层淤泥质土中普遍分布有③层粉细砂层，该粉细砂层厚度为1.0～2.5m，对一般搅拌桩机的施工难度大，甚至无法穿越，若采用三轴搅拌桩或旋喷桩施工造价就大大增加。因此结合技术可行、经济合理的比选，本工程选用了CFG桩进行处理。
3.3CFG桩的适用性
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，其主要是由水泥、碎石、石屑或砂、粉煤灰掺加水搅拌而成的一种粘结强度较高的刚柔性桩体，与桩间土和褥垫层一起构成复合地基。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定当采用CFG桩处理淤泥质土地基时应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。由于缺乏CFG桩在该区域内处理淤泥质土地基的经验，因此在设计施工前先进行了现场试验。本次现场试验桩体位置按梅花形布置，桩间距为2.0m，桩体直径为0.5m，桩长按15.0控制。采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺施工。
试验结果表明：桩体强度采用取芯检验，养护28天的标准强度在10.6～23.50MPa之间；采用复合地基载荷试验进行承载力检验，其特征值为250～450kPa。从试验结果看，处理效果较好，承载力能满足要求。
由于CFG桩加固软弱地基主要有两种作用：1)桩体作用；2)挤密作用。为减小工后沉降，促进软土进一步排水固结，另外在CFG桩之间加设一根袋装砂井作为有效的排水通道，从而使CFG桩+袋装砂井联合处理方法同时具有复合地基和固结排水的作用。
4 CFG桩的设计计算
4.1单桩竖向承载力计算
根据现场试验成果进行全路段设计，全线路段均采用梅花形布置桩体，桩径为0.5m，其中路基段桩间距为2.5m，涵洞、路基与桥台相接处桩间距为2.0m，桩长均按15.0m控制。
当采用单桩载荷试验确定单桩极限承载力特征值时，应将单桩竖向承载力极限值除以2作为单桩极限承载力特征值。当无单桩载荷试验资料时，单桩竖向承载力特征值Ra采用式(1)估算： (1)
(1)式中，Ra为单桩竖向承载力特征值(kN)；Up为桩的周长(m)；n为桩周范围内的土层数；qsi，qp分别为桩周第j层土的侧阻力、桩端阻力特征值(kPa)，可参照岩土工程勘察报告；li为第i层土的厚度(m)；Ap为桩的截面积(m2)。
计算结果Ra=1250kN。
4.2 复合地基承载力计算
目前，CFG桩复合地基承载力设计一般采用式(1)：
fspk＝m·Ra/Ap+·(1-m)· fsk (1)
其中，fspk为复合地基承载力特征值(kPa)；fsk为处理后桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，无经验时，可取天然地基承载力特征值；Ra为单桩竖向承载力特征值(kN)；m为面积置换率；Ap为桩的截面积(m2)；为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大值。
计算结果显示路基段fspk=280kPa，涵洞、路基与桥台相接处fspk=350kPa，与现场试验结果基本一致。
4.3运行后沉降观测
经过一年多的运行，分别对路基段、箱涵、路基与桥台相接处的路面进行了长期沉降观测，观测结果显示在路基段沉降量最大为25cm，箱涵处最大沉降量为8cm，在路基与桥台相接处最大沉降量为6cm，并经过2个月的后续观测，发现沉降基本稳定。
5结语
对于软土地基的处理，笔者认识的程度有一定的局限性。结合实际设计粗浅地归纳了软基处理的设计方法。
1)软基处理中主要需解决的是强度与变形问题，要结合实际条件选择好具体方案。
2)采用CFD桩处理软土地基对控制工后沉降是一种行之有效的方法，并在桩体间增设袋装砂井，增加了软土的排水通道，加速软土固结，大大地提高了复合地基承载力，减小工后沉降变形，对于工期短、地质条件差的地段作用十分显著。
3)施工期间应特别注意控制施工速率，尤其是拔管速度与混合料泵送量相配合。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：软土路基，工后沉降，复合地基
1工程概况
工程位于某市政治、经济、文化最发达经济区，它的建设将打通快速公路系统的两大交通动脉，完善了某区路网格局，改善快速公路路網，有效地促进经济发展。本工程项目所在场地上部土质以软土为主，工程性质差。场地地层由上至下总体分布为①层填筑土（厚度约0.5～1.5m）、②层淤泥质亚黏土或淤泥质黏土（厚度约4.0～6.0m）、③层粉细砂层（厚度约1.0～2.5m）、④层淤泥质亚黏土（厚度约10.0～15.0m）及⑤层砾砂层。其中②和④淤泥质亚黏土为典型的软土，含水量W=45.6％～56.2％，孔隙比e=1.240～1.859，具有明显的流变性特性，地基容许承载力低，对路基、桥涵基础的变形影响大，必须进行适当的地基处理。
2地基处理的目的及要求
软土地基处理的主要目的是：路基不产生剪切破坏变形，满足强度和稳定性的要求，以保证路面结构的完整和车辆高速平稳行驶。结合近几年国内对软土地基的处理经验，要通过软土地基处理技术完全消除工后沉降是不可能实现的，也就是说在施工后修补沉降是不可避免的。因此，软土地基处理应结合当地工程地质条件、经济技术条件和施工工期要求，制定切实可行、经济合理的处理措施，使处理后的工后沉降降变形量最小，以满足地基处理设计的控制指标。
根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017-96），工后沉降的控制标准为：一般路段为30cm；明涵、箱涵通道段为20 cm；路堤与桥台相接处为10 cm。同时，软土路基处理技术应遵循这样一个原则：安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。
3软基处理方案比选
3.1一般软基处理方案比较
根据勘察报告，对本工程软弱土地基处理选用了多种方案进行比较。根据软土的性质特点，一般处理软土地基宜采用袋装砂井或塑料排水板堆载预压排水固结和复合地基等。各方案特性、适宜范围见表1。
从表1可以看出，复合地基法处理软弱地基效果好，施工工期易控制，但造价较高。预压排水固结法处理软弱地基效果一般，工后沉降相对较大，造价较低，而且需要的施工工期较长。
本工程为快速路段，要求工后沉降不宜过大，特别在涵洞、路基与桥台相接处，如工后沉降过大导致路面颠簸不平，对车辆的损害及安全都有较大的影响。为了能较好地控制工后沉降，本工程软土地基拟选用复合地基法进行处理。
3.2复合地基方案比较
根据本工程的场地地质条件，需要处理的地层主要以淤泥质土为主，根据常规的复合地基常用的处理办法为：水泥搅拌法。水泥搅拌法由搅拌桩桩体与四周软土组成复合地基，从而提高地基土承载力、地基土强度和压缩模量、减小地基沉降量。结合本场内的地质条件及工程特征，处理深度应达到④层淤泥质亚黏土中或穿过该层，而在②、④层淤泥质土中普遍分布有③层粉细砂层，该粉细砂层厚度为1.0～2.5m，对一般搅拌桩机的施工难度大，甚至无法穿越，若采用三轴搅拌桩或旋喷桩施工造价就大大增加。因此结合技术可行、经济合理的比选，本工程选用了CFG桩进行处理。
3.3CFG桩的适用性
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，其主要是由水泥、碎石、石屑或砂、粉煤灰掺加水搅拌而成的一种粘结强度较高的刚柔性桩体，与桩间土和褥垫层一起构成复合地基。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定当采用CFG桩处理淤泥质土地基时应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。由于缺乏CFG桩在该区域内处理淤泥质土地基的经验，因此在设计施工前先进行了现场试验。本次现场试验桩体位置按梅花形布置，桩间距为2.0m，桩体直径为0.5m，桩长按15.0控制。采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺施工。
试验结果表明：桩体强度采用取芯检验，养护28天的标准强度在10.6～23.50MPa之间；采用复合地基载荷试验进行承载力检验，其特征值为250～450kPa。从试验结果看，处理效果较好，承载力能满足要求。
由于CFG桩加固软弱地基主要有两种作用：1)桩体作用；2)挤密作用。为减小工后沉降，促进软土进一步排水固结，另外在CFG桩之间加设一根袋装砂井作为有效的排水通道，从而使CFG桩+袋装砂井联合处理方法同时具有复合地基和固结排水的作用。
4 CFG桩的设计计算
4.1单桩竖向承载力计算
根据现场试验成果进行全路段设计，全线路段均采用梅花形布置桩体，桩径为0.5m，其中路基段桩间距为2.5m，涵洞、路基与桥台相接处桩间距为2.0m，桩长均按15.0m控制。
当采用单桩载荷试验确定单桩极限承载力特征值时，应将单桩竖向承载力极限值除以2作为单桩极限承载力特征值。当无单桩载荷试验资料时，单桩竖向承载力特征值Ra采用式(1)估算： (1)
(1)式中，Ra为单桩竖向承载力特征值(kN)；Up为桩的周长(m)；n为桩周范围内的土层数；qsi，qp分别为桩周第j层土的侧阻力、桩端阻力特征值(kPa)，可参照岩土工程勘察报告；li为第i层土的厚度(m)；Ap为桩的截面积(m2)。
计算结果Ra=1250kN。
4.2 复合地基承载力计算
目前，CFG桩复合地基承载力设计一般采用式(1)：
fspk＝m·Ra/Ap+·(1-m)· fsk (1)
其中，fspk为复合地基承载力特征值(kPa)；fsk为处理后桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，无经验时，可取天然地基承载力特征值；Ra为单桩竖向承载力特征值(kN)；m为面积置换率；Ap为桩的截面积(m2)；为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大值。
计算结果显示路基段fspk=280kPa，涵洞、路基与桥台相接处fspk=350kPa，与现场试验结果基本一致。
4.3运行后沉降观测
经过一年多的运行，分别对路基段、箱涵、路基与桥台相接处的路面进行了长期沉降观测，观测结果显示在路基段沉降量最大为25cm，箱涵处最大沉降量为8cm，在路基与桥台相接处最大沉降量为6cm，并经过2个月的后续观测，发现沉降基本稳定。
5结语
对于软土地基的处理，笔者认识的程度有一定的局限性。结合实际设计粗浅地归纳了软基处理的设计方法。
1)软基处理中主要需解决的是强度与变形问题，要结合实际条件选择好具体方案。
2)采用CFD桩处理软土地基对控制工后沉降是一种行之有效的方法，并在桩体间增设袋装砂井，增加了软土的排水通道，加速软土固结，大大地提高了复合地基承载力，减小工后沉降变形，对于工期短、地质条件差的地段作用十分显著。
3)施工期间应特别注意控制施工速率，尤其是拔管速度与混合料泵送量相配合。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。