水泥粉煤灰碎石桩的加固机理与施工
摘要：CFG桩加固软弱地基主要有三种作用：1、桩体作用；2、挤密作用；3、褥垫层作用。
关键词：加固软弱地基；复合地基；褥垫层
CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。褥垫层是由粒状材料组成的散体垫层，由于CFG桩系高粘接强度桩，褥垫层是桩和桩间土形成复合地基的必要条件。
CFG桩加固软弱地基主要有三种作用：1、桩体作用；2、挤密作用；3、褥垫层作用。
1、桩体作用
CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。据南京造纸厂复合地基载荷试验结果，在无褥垫层情况下，CFG桩单桩复合地基的桩体应力比n=24.3-29.4；四桩复合地基桩土应力比n=31.4-35.2；而碎石桩复合地基的桩土应力比n=2.2-2.4，可见CFG桩复合地基的桩土应力比明显大于碎石桩复合地基的桩土应力比，亦即其桩体作用显著。
2、挤密与置换作用
当CFG桩用于挤密效果好的土时，由于CFG桩采用振动沉管法施
工，其振动和挤压作用使桩间土得到挤密，复合地基承载力的提高既有挤密又有置换；当CFG桩用于不可挤密的土时，其承载力的提高只是置换作用。
3、褥垫层作用
由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下作用：
1、保证桩、土共同承担荷载。褥垫层的设置为CFG桩复合地
基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。
2、减少基础底面的应力集中。在基础底面处桩顶应力与桩间土
应力之比随褥垫层厚度的增加而降低。当褥垫层厚度大于10cm时，桩对基础产生的应力集中已显著降低。当褥垫层厚度为30cm时，桩顶应力与桩间土应力之比只有1.23。
3、褥垫层厚度可以调整桩土荷载分担比。荷载一定时，褥垫层越厚，土承担的荷载越多。荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。
4、褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比。褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶受的水平荷载越小。
CFG桩桩径大时一般用钻孔灌注桩的成桩设备，桩径较小时（350-600mm）可用振动沉管打桩机或螺旋机，有时则是用振动沉管机和螺旋钻机联合使用。施工前一般须进行试成桩确定有关技术参数后，再精心组织正常施工。
由于大多采用振动沉管机施工，以下就振动成桩工艺作一介绍。
1、沉管
1.桩机就位须水平、稳固、调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。2.若采用钢筋混凝土桩尖，需埋入地表以下300mm左右。3.启动马达，开始沉管过程中注意调整桩基的稳定，严禁倾斜和错位。4.沉管过程中须作好记录。激振电流每沉1m记录一次，对土层变化处应特别说明，直到沉管至设计标高。
2、投料
1.在沉管过程中可用料斗进行空中投料，待沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料面与钢管料口平齐。2.如上料量不多，须在拔管过程中进行孔中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。3.混合料配比应严格执行规定，碎石和石屑含杂质不大于5%。4.按设计配比配置混合料，投入搅拌机加水拌合，加水量由混合料塌落度控制，一般塌落度为30-50mm，成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过200mm。5.混合料的搅拌须均匀，搅拌时间不得少于1min。
3、拔管
1.当混合料加至钢管投料口平齐后，开动马达，沉管原地留振10s左右，然后边振动边拔管。2.拔管速度按均匀线速控制，一般控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率可适当放慢。3.当桩管拔出地面，确认成桩符合设计要求后用粒状材料或湿粘土封顶，然后移机继续下一根桩施工。
4、施工顺序
连续施打可能造成的缺陷是桩径被挤扁或缩颈，但很少发生桩完全断开，跳打一般很少发生已打桩桩径被挤小或缩颈现象，但土质较硬时，在已打桩中间补打新桩时，已打桩可能被振断或振裂。
在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打，在饱和的松散软土中施打，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打方案，满堂布桩，无论桩距大小，均不宜从四周向内推进施工。施打新桩时与已打桩间隔时间不应少于7天。
5、混合料塌落度
为避免桩顶浮浆过多，混合料塌落度一般为3-5cm。
6、保护桩长
是指成桩时预先设定加长的一段桩长，基础施工时将其剔掉。保护桩长越长，桩的施工质量越容易控制，但浪费的料也越多。
设计桩顶标高离地表距离不大于1.5米时，保护桩长可取50-70cm，上部用土封顶。桩顶标高离地表距离较大时，保护桩长可设置70-100cm，上部用粒状材料封顶至地表。
7、褥垫铺设
为了调整CFG桩和桩间土的共同作用，宜在基础下铺设一定厚度的垫层，褥垫材料多为粗砂、中砂或级配砂石，限制最大粒径不超过3cm。虚铺后一般用静力压实，当桩间土含水量不大时亦可夯实。桩间土含水量较高，特别是高灵敏性土，要注意施工扰动对桩间土的影响，以避免产生橡皮土。
参考资料
[1]张炳华.土建结构优化设计.上海：同济大学出版社，2008：34-36
[2]蒋启平.工程结构优化设计的新方法.北京：中国建筑工业出版社，2007：35-37