基于CFG桩复合地基的软基处理应用研究_蒙核量.pdf

地基与基础建 筑 技 术 开 发154 Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月基于CFG桩复合地基的软基处理应用研究蒙核量1，张淑芳2（1.武汉市测绘研究院，武汉 430022；2.武汉市洪山区市政工程监督管理站，武汉 430074）摘要 通过对CFG桩复合地基在软土路基中的应用进行研究，能够为CFG桩在高速公路不良地基改良的可行性提供一定的理论依据。以某地高速公路软土路基为对象，通过设计离心模型试验，对不做处理的软土路基以及CFG桩加固后的软土路基的水平位移、沉降量进行研究，并发现：未做处理的天然软土路基整体不稳定，沉降量较大，路基容易受到破坏，而通过CFG桩加固后的软土路基沉降量能够控制在要求范围内，CFG桩对路基的沉降有约束作用；天然路基随深度的增大，下层的水平位移较大，路基整体稳定性较差；CFG桩加固后的软土路基对路基水平位移能够有效控制，随深度的增加，水平位移得到明显控制，表明CFG桩对路基的水平位移也有较大的约束作用。关键词 CFG桩；软基处理；水平位移；沉降量 中图分类号U 445.7 文献标志码B 文章编号1001-523X(2023)02-0154-03RESEARCH ON APPLICATION OF SOFT FOUNDATION TREATMENT BASED ON CFG PILE COMPOSITE FOUNDATIONMeng He-liang，Zhang Shu-fang AbstractBy studying the application of CFG pile composite foundation in soft soil subgrade,it can provide a theoretical basis for the feasibility of CFG pile improvement in poor foundation of expressway.This paper takes the soft soil subgrade of a highway as the object,and through the design of centrifugal model test,the horizontal displacement and settlement amount of the soft soil subgrade without treatment and the soft soil subgrade reinforced by CFG piles are studied,and it is found that the untreated natural soft soil subgrade is unstable as a whole,the settlement amount is large,and the subgrade is easily damaged,while the settlement amount of the soft soil subgrade reinforced by CFG piles can be controlled within the required range,and CFG piles have a restraining effect on the settlement of the subgrade.With the increase of depth,the horizontal displacement of the lower layer is large,and the overall stability of the subgrade is poor.The horizontal displacement of the subgrade can be effectively controlled by the soft soil subgrade reinforced by CFG piles,and the horizontal displacement is significantly controlled with the increase of depth,indicating that CFG piles also have a greater restraining effect on the horizontal displacement of the subgrade.KeywordsCFG pile;soft base treatment;horizontal displacement;sedimentation近些年，随着社会经济的发展，基础设施建设尤其是高速公路的建设仍处于高峰期。在建设过程中路基不良土的处理是高速公路、铁路建设的首要关注目标1-5，软土作为最常见分布最广的一种不良土成为研究的焦点之一，不少学者借助试验或模拟的手段对路基软土的处理进行了研究。杨兴朝6基于高压喷射注浆方法，对公路软土路基进行了分析研究，通过对施工阶段总结改进，发现高压喷射注浆的处理方法具备造价低、施工快等优点。叶青媚7以市政道路工程中的软土路基为例，通过工程实例分析了强夯法对于软土路基处理的优缺点。王江飞8认为软土路基施工技术是保证路基质量的关键因素，但处理方法的选择需根据多种因素确定。赵友云9针对真空预压法对市政道路的软土路基进行了研究，发现真空预压法在市政道路软土路基中具备良好的工程和经济效益，但对于施工技术方面还存在部分可以优化的地方。以某地高速公路的软土路基为例，通过设计离心模型试验，对CFG桩处理下的软基的水平位移、沉降量进行研究，并对比原路基的水平位移、沉降量，来验证CFG桩的优点与适用性。1 工程概况该高速公路工程位于某市YK14+060YK14+160段的软土地基上。该段公路为4车道公路，设计行车速度为120 km/h，车道宽28 m，路基宽度为10 m。路面摊铺材料为沥青混凝土。整体设计路线穿越耕地，地势较缓，局部的基岩受侵蚀现象严重。公路所在地区属于温带季风气候，冬季较为寒冷。根据当地气象收稿日期：20230112作者简介：蒙核量（1974），男，湖北武汉人，高级工程师，主要研究方向为岩土工程和城市地质环境。地基与基础建 筑 技 术 开 发 155Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月站监测结果显示，3年内年均降雨量达1 124 mm，且降雨量主要集中在78月，78月降雨量多占全年降雨总量的75。3年内的年均日照总量达1 280 h，平均气温8.4，其中3年内监测到的最高气温为33.5，最低气温为8.8，全年相对湿度平均约为66。据当地5年内的气象资料显示，当地主要存在秋季干旱、冰雹等灾害性气候。该高速公路所在区域场地地层主要为第四系残坡积层粘土，碎石土以及粉质粘土和淤泥土。该地域的基岩类型主要为二叠系下的统茅口组灰岩，其风化类型主要分为强风化和中风化两类。其中中风化灰岩呈现出灰白色，岩质较为坚硬，岩体稳定性较强，局部区域出现溶蚀现象；强风化灰岩呈现黄灰色，岩体的破碎程度较高，岩质较为坚硬，大部区域有溶蚀现象。2 试验方法为了研究CFG桩复合地基对软基的处理效果，本文分别设计模拟未做任何处理的天然软土地基与CFG桩复合地基处理的软土路基进行离心模型试验用以得出两种不同路基的沉降与水平位移量。其中设计的未做任何处理的天然软土地基如图1（a）所示。用CFG桩复合地基处理的软土路基如图1（b）所示。202.5模拟路堤填土层模拟硬壳土层模拟软土层模拟持力层11.8360.35.8316.716.78.3（a）20602.5模拟路堤填土层模拟硬壳土层模拟软土层模拟持力层11.315.838.38.316.716.7（b）图1 设计模拟的天然软基与CFG桩处理软基剖面示意（a）天然软土路基；（b）CFG桩复合地基处理软土路基按照图1中所示的尺寸大小，将模型制作完成之后，将模型进行吊装，置于离心机中进行固定；待模型固定完成后进行模型的平衡配重以使离心机两端质量相等，便于保证其离心过程中的动力平衡；配重完成后对离心机周围做好检查后启动离心机，至加速度达到60倍的重力加速度后，使其保持稳定运行30 min。停止仪器，待离心机停止转动后取出试样，对计算机上的变形数据进行收集处理。为了便于分析和试验，本次试验所采用的模拟天然软土路基模型与CFG桩复合地基软基处理模型均在实际结构之上进行了简化，为保证试验模型能够放入离心机中，两种模拟的软土路基均按照160的比例尺进行缩小，并且按照模型的剖面，在4个不同的地层间的相同位置共设置6个观测沉降及水平位移的观测点，用以对比两种模型的水平位移和沉降量。3 结果分析3.1 软基沉降分析将离心试验结束之后的变形量数据，绘制成如图2图3所示的未做处理的天然软土路基沉降量变化图与CFG桩复合地基处理软土路基沉降量变化图。由于边界条件对变形的阻碍，使得模型两端部分的沉降量相对其余部分过小，导致其阻碍边界变形发展，因此在进行数据处理时将靠近0和70处的数据舍弃，保留中间有效数据。2.01.51.00.5102030405060700-0.5沉降/cm-1.0-2.0-1.50.0距模型箱左侧边界距离/cm第一层观测点位移第三层观测点位移第五层观测点位移第二层观测点位移第四层观测点位移第六层观测点位移图2 未做处理的天然软基路基沉降量变化图102030405060700沉降/cm距模型箱左侧边界距离/cm第一层观测点位移第三层观测点位移第五层观测点位移第二层观测点位移第四层观测点位移第六层观测点位移1.00.80.60.40.2-0.2-0.4-0.6-0.8-1.00.0图3 CFG桩复合地基处理软土路基沉降量变化图地基与基础建 筑 技 术 开 发156 Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月图2所示分别为天然软基沉降量变化图，从图2可以看出，从总体上来看不做任何处理的天然软土路基越靠近中心位置时，沉降量越大，随着远离中心位置，沉降量会随之下降，靠近边界时达到最小。从自上而下每层的观测点可看出，最上层土沉降量为最大，随着土层深度增加，相应观测点所示的沉降量也会出现降低趋势。上述结果表明：未做处理的天然软土路基整体不稳定，沉降量较大，路基易受到破坏。图3所示为CFG桩复合地基处理软土路基沉降量变化图。从图3可以看出在CFG桩复合地基处理后的软土路基，从总体上来看随着靠近中心位置，模型的沉降量随之减小。从自上而下每层的观测点可以看出，随着地层深度的增加，各层观测点所示的沉降量也逐渐减小。总体沉沉降量相对于未做任何处理的天然软土路基得到有效控制。此结果表明：通过CFG桩加固后的软土路基沉降量能够控制在要求范围内，CFG桩对路基的沉降有约束作用。3.2 软基水平位移分析将离心试验结束之后的水平位移量数据，绘制成图4图5所示的未做处理的天然软土路基沉降量变化图与CFG桩复合地基处理软土路基沉降量变化。其边界处的水平位移值均舍弃。102030405060700距模型箱左侧边界距离/cm第一层观测点位移第三层观测点位移第五层观测点位移第二层观测点位移第四层观测点位移第六层观测点位移水平位移/cm1.00.80.60.40.2-0.2-0.4-0.6-0.8-1.00.0图4 未做处理的天然软基水平位移量变化图102030405060700距模型箱左侧边界距离/cm第一层观测点位移第三层观测点位移第五层观测点位移第二层观测点位移第四层观测点位移第六层观测点位移水平位移/cm1.00.80.60.40.2-0.2-0.4-0.6-0.8-1.00.0图5 CFG桩复合地基处理软土路