CFG桩在河漫滩吹填地基处理中的试验研究及应用
黄涛’，彭典华”，王存娟”
（1.申冶集团武汉勘塞研究院有限公司，湖北武汉430080；2.广西建设职重技术学院设备工整系，广西南宁530003）
[摘要】结合河漫滩地质特点和CFC桩加困机理，计算、试验和研究了CFC桩在处理河漫滩吹填地基时桩间土承载力、单桩竖向承载力、单桩复合地基承载力和桩土应力比的大小与应用.将CFG桩的单桩竖向承载力和单桩复 合地基承载力的理论计算值与实测值进行了比较，查我羞异所在及其产生的原因，并据此在实施时对原设计图纸进行了适当优化，在原料场堆取料机轨道地基处理中进行使用.工程实践表明，使用CFG桩处理河漫滩吹填地基可以满足堆取料机对地基土强度和变形的要求，是一种切实可行的、科学经济的地基处理方法.
[关键词]地基处理；河漫滩；欧填地基；CFG桩；试验；静载荷：桩土应力比
[中图分类号]TU472 [文献标识码】A [文章编号]1002-8498（2013)01-0071-05
Experimental Study and Application of CFGPiles in FoundationTreatmentofBlow-fillFloodplain
(1. Wuhas Sureying-geotechtical Reearch Istiute Co. Lad. of MCC Wuhan Hubei 430080 Chine;2. Equipmenl Enginerisg Deparment Gssngxi Polyechic ef Conersction Nasning Gaangzi 530003 Ckina)
Huang Tao' Peng Dianhua' Wang Cunjuan*
reinforcement this paper calculated tested and stadied the bearing capacity of soils between piles. The Abstract; Based on the geological characteristics of floodplain and the mechanism of CFG pilevertical bearing capacity of single piles bearing capacity of single piles with posite foundation whenCFG piles were used fer foundation treatment of blow-fill floodplain. The pile-soil stress ratio was alsoposite foundation were pared to real measurements and researches were done to find out the studied as well as its application. The calculated resistance of individual CFG piles and CFG piles withreasons for their diffrences. Based on the study the original design drawings were properly optimizedand applied in the ground treatment of raw material yard stscker-reclaimer track. The engineeringpractice shows that the application of CFG pile in blow-fill ground treatment of flodplain can fulfll therequirements that the stacker imposed to the strength and deformation of foundation soil. And it proved to be a practical scientic and economic ground treatment method.
Key words;foundation treatment; floodplain; blow-fill foundation: CFG pile; testing: static load; pile-soil stress ratio
随着我国经济建设的不断发展，在建设用地日滩地基方面研究甚少.本文结合某钢厂原料场地
趋紧张的情况下，企业为了扩大生产规模，纷纷将基处理项目，通过现场试验，初步研究了CFG桩在厂区建在沿江或沿海的漫滩上，这样既缓解了建设吹填河漫滩地基中的试验研究及应用.占用良田又能充分利用便提的水上交通运输，然而漫滩多为软弱地层，只有经过处理后的漫滩场地才适合建厂建港.
1长江中下游河漫滩地层特征
1）上部河漫滩相霜性土层，是河水溢出河床后理明显，含有机质.其表层一般有约2m厚的硬壳 的沉积物经水流分选面成，颠粒细小均匀，水平层层，土质一般为黏性土，土层均呈黄揭色或褐黄色，天然地基承载力在120~150kPa：其下为一般性性土、激泥质土或淤泥，是河漫滩相主体沉积物，呈族福色，有时夹薄层状或透镜体获松散粉砂层，有
CFG桩在处理公路、铁路等软弱路基方面已有一系列的理论和工程经验，但在处理吹填河漫
表1CFG桩基设计参数Table 1 Design parameters of CFG pile
时两者是互层.该层天然含水量、孔比、液性指 数大，抗剪强度低，压缩性高，承载力低.
地基承桩测阻力圈力土层名称 状态 fa/iPs 载力 sPs 特征值 特征值@吹填土 100 13 "①粉质药土 ②粉质粘土 可期编软 软型 110 100 12 11 -②配质粉质粘土该量 ②，相 松散-稍密 140 85 14 9 -②.格 稍密-中密 140 18 450③，激泥质粉质土流量 稍密-中密 90 180 10 21 059 -③粉质土 100 10 -中密 200 21 650
2）中部过渡相粉砂与黏性土层，为粉砂与黏性土互层，土质不均.土层中砂土系疏松的粉砂，黏性土因受砂土中地下水浸泡，土质较差，一般呈涨泥质土或淤泥软土的性质，土质不均，工程性质差.
3）下部河床相砂、砾、卵石层，厚度较大，因受上覆土体荷载作用，砂层密度自上面下由松散逐渐变为中密、密实，一般具有较好的工程性质.
砂填土，根据工程需要一般采用强夯、堆载预压、素混 河漫滩地势较低，多洼地，一般对河漫滩进行吹凝土桩、加筋桩等方式对吹填河漫滩场地进行处理.
2CFG桩加固机理
CFG桩加固河漫滩吹填地基的机理主要有置换作用、挤土作用和桩体作用.
CFG桩在成桩过程中将桩位土体排挤开，桩体拌合料充填桩管空间形成桩体.桩体强度和压缩模量远大于桩间土，因此，在荷载作用下桩顶承载能力比桩间土大，被可将承受的荷载向较深的土层中传递，从而提高承载力，减小沉降.
振动沉管灌注CFG桩在成孔和成桩过程中将原桩位处的土体全部挤到桩周围，桩间土的物理力学特性得到改善，从而提高桩间土的承载力和压缩模量.
Fig. 1 Engineering geological profile 图1工程地质割面
排合形成的高黏结强度桩，具有变形小、施工简单、 CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屏或砂加水工程造价低、承载力提高幅度大、适用范围广等特点.
（③，或④，）.设计桩径为500mm、桩间距为1.5m、桩排距为1.0m，置换率为6.5%，CFG桩体强度等级为C20.试验CFG桩平面布置如图2所示.
3工程概况
大堤，南至长江，场地原为漫滩地和鱼塘，现已吹砂 拟建场地位于某市沿江开发园区，北邻长江老回填，地面高程一般在5.110~7.830m，属于典型长江河漫滩相冲积平原地貌.场地拟建约25万m²矿粉堆场，设5个料条和4条堆取料机轨道.轨道地基设计承载力为250kPa，拟采用CFG桩进行轨道地 基处理.CFC桩设计相关参数如表1所示.
4试验设计
4.1试验参数选取
Fig. 2 Test points layout 图2试验点平面布置
根据岩土工程勘察报告，选取料场1号轨道东段典型地层（见图1）作为CFG桩试验区.
4.2试验施工
为了消除吹填砂可能产生的负摩阻力，在CFG桩施工前，对试验区进行了1000kNm能级满夯.根据试验区地质条件和有关规定*，拟定试验桩长为17.0m（部分轨道间桩长为10.0m）.穿过淤泥质粉质黏土层，桩端持力层为相对密实的粉砂层
试验施工采用振动沉管工艺，振锤功率为75kW，沉管速率为（1.2~1.5）m/min，按CFG桩平面布置图从右向左，由下面上施工，图2中虚线框内 试验施工桩长为10.0m，其余为17.0m.
施工结束后对试验区70%CFG桩进行了低应
24%，无IⅡI类及1Ⅲ类以上桩，由此说明振动沉管工 变检测.检测结果如下：1类桩占76%，Ⅱ类桩占艺适用于该地层施工.
5试验结果分析
5.1桩间土试验结果分析
（CPT），试验结果如图3和表2所示. 试验前后对桩间土进行了静力触探试验
aCPT例阻力曲线
图3CFG桩地基处理前后CPT对比曲线Fig. 3CPT contrast curve of CFG pile beforeznd after foundation treatment
Table 2 CPT value of CFG pile before and 表2CFG地基处理前后CPT值after foundation treatment
CPT 例限值 CPT端阻值地层名称 处理前/处理后/增量/处理薪/处理后/增量/ kPs kPs % kPs kPs收填土 9.24 47.29 412 2.00 8.44 322②粉质粘土 ②. 30.58 53.00 54.96 35.12 15 4 2.12 7.09 7.17 3.40 60 1②激视质粉质套土29.90 ②. 60.25 62 00 40.06 34 3 3.62 6.42 4.34 7.28 20 13③.激视质粉质套上34.89 50.40 4 1.16 3.16 172③粉质土 45.74 39.35 50.36 44.24 12 8 1.99 1.47 2.25 1.74 13 1851. 14 52.17 2 5.51 5. 89 7
由图3和表2可知，表层吹填砂土厚约4.0m，经
1000kNm能级预满夯和振动沉管施工后CPT端阻力 提高323%，侧阻力提高412%.4.0m以下地层为原始河漫滩地层，施工过程中振动沉管对桩周土的挤密加图效应较明显，振动沉管桩有利于河漫滩地层中黏性土的排水固结，有利于粉砂层的挤密.
0.5m方形钢板，试验点如图2所示.试验前后桩间土 桩间土浅层平板静荷载试验，荷载板为0.5mx承载力如表3所示.
表3天然地基和桩间土承载力特征值Table 3 Bearing capacity characteristic value of naturalground soil and the soil between the piles
处理前 处理后试验点 特征值/ 对应沉降/特程值/ 对应沉降/编号 kPs me iPs naP2 P1 100 96 4.15 3.85 117 117 3.66 3.51P3 104 4.36 120 4.32平均值 100 4.12 118 3.83
由表3可知，吹填土在经强夯预处理和采用振提高了18%.表层桩间土为吹填粉砂，在清理桩头 动沉管工艺施工CFG桩后，桩间土承载力平均值仅过程中极易扰动，因面在铺设褥垫层施工中应进行有效碾压，则桩间土承载力有望提高20%，~30%.
端阻力预估单桩竖向承载力特征值： 根据岩土工程勘察报告提供的桩周侧阻力和
层数：94 为桩周第：层土的侧阻力、桩端端阻力特 式中：，为桩的周长（m）；n为桩长范围内所划分的土征值（kPa），按表1确定；l为第i层土的厚度（m）.
由式（1）计算长桩组（桩长17.0m）和短桩组（桩长10.0m）单桩竖向承载力特征值R.分别约为500 250kN.
根据试验CPT值估算单桩竖向承载力特征值：
式中：f.为第i层土的探头平均侧阻力（kPs）；q.为 桩端平面上、下探头阻力；a和B为修正系数，以上参数取值按相关规范（确定.
由式（2）和表2按处理前后CPT值计算可知，长桩组（桩长17.0m）单桩竖向承截力特征值R.分别为687，892kN，短桩组（桩长10.0m）单桩竖向承 载力特征值R，分别为582，709kN.振动挤密作用使长桩组单椎竖向承载力提高约30%，短桩组单桩竖向承载力提高约22%.单桩竖向抗压静载荷试验
(1)
(2)
结果如图4和表4所示.
图4单桩静荷收试验Q-s典线Fig. 4Q-s curve of single pile statie load test
Table 4Static load test of single pille 表4单桩静荷载试验数据
试验点 特征值/ 对应沉降/ 板限 对应沉/编号 40 5.66 mm 承载力/kN 1680 13.87 mePS P4 840 8.56 1 680 18.73P6 P7 770 560 5.25 8.24 1 540 1 120 16.14 14.43PS 840 770 9.34 1 680 23.57P9 8.84 1 540 22.95
由图4的Q-s曲线和表4可知，长桩组的单桩竖向承载力特征值为817kN，对应沉降为7.49mm；短桩小值560kN为特征值，对应沉降量5.25mm.试验 组的单桩竖向承载力极差为均值的38.7%，则取最值比较接近按照公式（2）估算的单桩竖向承载力.公式（1）中桩侧阻力和端阻力参数为经验值，且未考虑施工对桩间土的挤密作用，显然差距较大.另外公式（2）中CPT参数为原位值，显然使用公式公式（2）计算的结果虽接近试验值，但若区域地层 （1）采用区域性经验值计算的结果偏于保守，使用差异较大，原位值将更具离散性，则计算值偏差相应增大.因此，根据经验公式估算的经验值只能作为参考，桩基工程设计与验收均应以代表性的静荷 载试验结果为依据确定其承载力.各方法求取CFG桩单桩竖向承载力如表5所示.
5.3复合地基承载力试验结果分析
复合地基置换率为6.5%，则单桩复合载荷试验载荷板选用3.0m²的围板，单桩复合地基荷载试 验结果如图5和表6所示.
由图4的Q~曲线和图5的P-s曲线可知，在加载初期承载力主要由桩侧阻力提供，曲线是下凹趋势，而后承载力主要由桩端阻力提供，曲线呈直线P-s曲线的下凹趋势较长桩组明显.复合地基在加 发展至破坏.短桩组较小荷载下，桩端开始承载，载初期承载力主要由桩提供，桩间土处于压密状
表5不同方法求取CFG桩单桩竖向承载力pilecal cnlated by different methods kN
英别 处理前 处理后公式（1）计算值 长椎里 近核组 长组 短组公式（2）计算值 500 687 250 582 892 709静载荷试验值 817 560
注：试验所留试块的立方体抗压强度均满足C20要求，核体强度读足设计要求
图5单桩复合地基荷载试验P-s曲线
表6单桩复合地基酸荷试验数据
Table 6Composite foundation load test fer single pilt
试验点 编号 300LPa对应 沉降/mm 加载/Ps 最大 抗降/mm 对应 备注PI0 P11 12.37 15.82 600 600 43.69 24.67P13 PI2 14.81 11.75 600 600 20.97 21.29P14 P15 11.89 8.67 600 600 20.81 16.61
注：P10 P11 和P12为短世组 P13 P14和 P15为长桩组
态，随着荷载的增加，桩相对于桩间土向下移动逐渐增大，荷载开始向桩间土和桩端土转移，则变形 减小.P-曲线量直线状，继续加载达到桩头混凝土强度极限或桩侧阻力与端阻力极限，则桩头破坏或桩体刺人失稳，达到极限荷载，试验结束.因此，单桩复合地基静荷载试验P-曲线下凹曲线较单桩竖向静荷载试验Q-s曲线显著.
由图5和表6可知，短桩组中复合地基在加载至540kPa时，出现拐点即比例界限，而长桩组中复合地基在加载至600kPa时，均未出现拐点，曲线甚至呈线性关系.长桩组复合地基和短桩组复合地基均能达到轨道地基目标承载力250kPa的要求，考虑到安全储备和 地层的不均匀性，建议轨道地基轨枕下采用17.0m桩长，轨枕间皮带廊地基处采用10.0m桩长.
长桩组单桩复合地基静荷截试验未做到破坏，根据图5分析，试验测得复合地基承载力与根据岩土工程勤察报告预估值相比高出20%，甚至更高. 其原因在于：①勤察报告取值偏于安全：②载荷试
验的反压体距离压板偏近，不完全符合规范要求，使得压板的测试值可能略为偏大.
5.4对比分析
CFG桩复合地基承载力计算：
式中：f为复合地基承载力特征值（kPa）；m为面积置换率；R.为单桩竖向承载力、特征值（kN）；A 为桩的截面面积（m²）：β为桩间土承载力折减系数，本试验取值0.90；f为处理后桩间土承载力特征值（kPa），取试验值为118kPa.短桩组，单桩竖向承载力特征值为560kN，由式（3）计算复合地基承载力 为285kPa，复合地基荷载试验值为290kPa：长组，单桩竖向承载力特征值为817kN，由式（3）计算复合地基承载力为370kPa.
由此可见，根据试验实测的单桩竖向承载力按承载力试验实测值基本吻合，但根据勘察报告经验 公式（3）计算的复合地基承载力计算值和复合地基值（规范值）按公式（1）计算的单桩竖向承载力计算的复合地基承载力计算值和复合地基承载力试验实测值相差较大.所以实测值可供设计时使用，而 经验值仅供初步设计时参考.可以推断，单桩竖向承载力的准确性和可靠性直接决定了复合地基承载力的准确性和可靠性：反言之，复合地基静荷载试验结果又对单桩竖向承载力的准确性和可靠性进行了校核.
本工程轨道地基目标承载力为250kPa，则反算出长桩组置换率为4%，短桩组置换率为6%，考虑到置换率的变化对桩间土的挤密效果以及施工误差的影响，本工程6.5%置换率选取是合理的.
5.5桩土应力比
单桩复合地基静荷载试验时在桩顶和桩间土理设压力盒后铺设20cm厚中租砂得垫层.土压力盒理设如图6所示，桩土应力比曲线如图7所示.
图6压力盒平面布置
Fig.6 Layout of pressure cells
由图7可知，单桩复合地基静荷载试验中桩土应力比随加载增大呈线性增加，在第5级荷载300kPa压力下桩土应力比为3~6，第10级荷载600kPa压力处桩土应力比约为8.
f=mR/A β（1-m）f（3）
6结语
参考文联：
图7桩土应力比曲线Fig.7 Stress ratio curve of pile-soil
及应用，可得如下结论. 通过CFG桩处理河漫滩吹填地基的试验研究
1）振动沉管工艺施工CFG桩适用于河漫滩吹填地基，且有利于桩间土物理力学性质的改善，桩间土承载力特征值可提高约18%.
力试验值较根据岩土工程勘察报告估算的相应承 2）单桩竖向承载力试验值、单桩复合地基承载载力值分别高出50%，20%以上，由此可见根据CPT值和静荷载试验值确定的复合地基承载力值比的复合地基承载力偏于保守或安全. 较接近实际，而根据勘察报告取值（规范取值）计算
3)试验研究及施工结果表明，经CFG桩处理后，复合地基承载力达到250kPa以上，满足设计要求，可见使用CFG桩处理料堆场堆取料机轨道河漫滩吹填地基是合适的.
4）在吹填砂土地基上施工CFG桩时，使用沉管成孔工艺优于长螺旋成孔工艺，在挤密桩间土使处理后桩间土承载力提高的同时，又使沉管灌注类桩或预制类桩桩侧阻力和桩端阻力提高，间接提高了单桩竖向承载力和复合地基承载力.
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