CFG桩在昆明滇池周边区域市政道路软基加固中的计算分析

孟俊仓、沈良军

[昆明市政工程设计研究院（集团）有限公司，云南昆明 650228]

1 研究背景

昆明滇池周边区域沼泽化发展趋势明显，根据地勘资料表明淤泥、淤泥质土、泥炭质土、粉土、黏土等分布较广，沿竖向交替发育，规律性不强，土层基本为中高压缩性土层。市政道路在填方荷载、车辆荷载、自然因素影响下常会引起道路的沉降，由于道路过大沉降或不均匀沉降会导致道路下市政管线的拉裂乃至拉断而造成波浪形地面等病害，为人民的出行带来极大的不便。因此，必要的路基加固可以减少道路沉降的可能性，以确保人民出行安全。

2 工程概述

2.1 项目概况

昆明滇池周边区域官渡文化生态城新城某道路，道路长度约1.5km，道路等级为城市次干路，道路红线路宽度30m，道路设计速度40km/h。道路全线填方约1～3m。道路路基拟加固方案：CFG 桩加固，桩径0.5m，桩长16m,桩间距为1.5m，承载力要求大于或等于120kPa，工后沉降允许变形小于或等于200mm。

2.2 地质概况

特征自上而下概述如下（见表1、表2）。

表1 土层天然力学参数

表2 土层设计力学参数

2.2.1 第四系人工堆积（Qml）层

①1层——杂填土：褐黄、褐灰色，稍湿，松散状态，主要成分为黏性土，含少量植物根系及少量碎石，局部夹有建筑垃圾、生活垃圾，场地内除ZK09、ZK10 号钻孔未揭露，其余勘察区域均有分布，层厚2.8～6.9m，层顶标高介于1889.01～1890.77m 之间，为人工弃土，未经分层碾压。

2.2.2 第四系冲积层(Q4al)层

②1层——粉质黏土:褐黄、浅黄色，稍湿，以硬塑状态为主，局部为软塑状态，干强度及韧性中等，无光泽，压缩性为中偏高，场地内区域均有分布，层厚在1.5～7.2m，层顶标高介于1882.11～1887.34m 之间。

②2层——泥炭质土：黑、深灰色，湿，以软塑状态为主，含有大量腐物，压缩性为高压缩，场地内区域均有分布，层厚0.9～7.5m，层顶标高介于1871.71～1883.11m 之间，局部夹薄层粉土。

②21层——粉质黏土：蓝灰、浅蓝灰色，以软塑状态为主，局部为可塑状态，含钙质结核，局部夹有粉土、粉砂，层厚0.6～3.2m，层顶标高介于1874.71～1878.35m 之间，局部夹薄层粉土。

2.2.3 第四系湖沼相沉积层(Q4l+h)

③1层——粉质黏土：蓝灰色，稍湿，以硬塑状态为主，干强度及韧性中等，无光泽，压缩性为中偏高，场地内区域均有分布，层厚0.6～14.6m，层顶标高介于1852.43～1874.77m 之间。

③11层——粉土：灰、灰白色，稍密，局部夹粉砂，层厚1.0～2.8m，层顶标高介于1858.43～1872.07m之间。

③12层——泥炭质土：黑、深灰色，湿，以软塑状态为主，含有大量腐物，压缩性为高压缩，场地内局部区域有分布，层厚0.5～4.4m，层顶标高介于1856.66～1866.35m 之间，局部夹薄层粉土。

2.3 岩土参数评价

根据地勘参数可知，该场地内①1层杂填土层厚2.8～6.9m，且下部存在粉质黏土、泥炭质土、黏性土等压缩系数a1-2均大于0.5MPa-1，压缩模量ES1-2均小于5MPa，属于高压缩性土，如在天然地基上修筑道路，在道路上部荷载、车辆荷载、自然因素影响下常会产生巨大沉降。下面通过计算说明道路天然路基沉降，并对计算结果与现场承载力试验结果进行分析对比，总结该区域计算分析方法存在误差的原因及计算结果的可靠性。

3 设计方案思考与计算方法分析

3.1 设计方案思考

考虑到此次道路①1层杂填土厚度为2.8～6.9m,杂填土厚度较厚，为松散状态，主要成分为黏性土，含少量植物根系及碎石，局部夹有建筑垃圾、生活垃圾，力学性质差，且下卧层均为高压缩性土，一般浅层处理不经济且不能有效解决道路的沉降问题，此次路基加固方案采用深层处理方案。

通过在该区域的设计经验和参考周边道路的路基处理方案进行经济和加固效果对比，此次路基加固方案采用CFG 进行路基深层加固，承载力要求大于或等于120kPa,工后沉降允许变形小于或等于200mm。

3.2 计算方法分析

3.2.1 天然地基计算方法分析

其一，根据填方高度确定路基附加应力p0。

其二，根据公式（1）确定路基沉降计算深度[1]：

其三，根据公式（2）采用分层组合法进行天然地基沉降计算：

其四，根据公式（3）天然土层压缩模量当量值计算：

其五，根据公式（3）压缩模量当量值计算结果确定沉降经验系数ψs。

其六，根据公式（4）确定土层的最终沉降量

天然土层计算结果分析：根据以上6 个步骤对道路最不利钻孔27 位置的计算分析该处天然沉降360mm。考虑到该处位于桥台与路堤相邻处，结合依据《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）中表6.2.8 的要求，路基容许工后沉降变形小于或等于200mm。天然地基沉降不满足规范要求，此次采用CFG 桩对路基进行深层加固处理。根据现场地层情况及天然地基计算结果，此次初步确定CFG 桩加固方案为桩径0.5m,桩长16m,桩间距为1.5m。

3.2.2 复合地基计算方法分析

其一，根据公式（5）（6）（7）结合地勘参数确定单桩承载力极限值计算(kN)[2]：

式（5）中：Quk——单桩极限承载力标准值（kN）；

Qsk——总极限侧阻力标准值（kN）；

Qpk——总极限端阻力标准值（kN）。

式（6）中：Quk——单桩极限承载力标准值（kN）；

u——桩的周长（m）；

qsik——桩侧第i 层土极限侧阻力标准值（kPa）；

li——桩侧第i 层土的厚度（m）。

式（7）中：Qpk——总极限端阻力标准值（kN）；

Ap——桩端面积(m2)；

qpk——极限端阻力标准值（kPa）。

其二，根据公式（8）确定单桩承载力特征值(kN)：

K——安全系数，取K=2；

其三，根据公式（9）确定复合承载力（kPa）[3]：

式（9）中：m——桩的面积置换率。

其四，根据公式（10）确定压缩模量提高系数[4]。

其五，采用复合地基压缩模量代替天然地基压缩模量。采用天然地基(1-6)步骤计算复合地基沉降量值为190mm。计算结果满足《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）中表6.2.8 的要求，路基容许工后沉降变形小于或等于200mm 的要求。

其六，计算结果分析：该工程开工前进行试桩，对单桩、复核地基承载力进行试验，桩基破坏时复核地基承载力为特征值为128.6kPa,沉降值为178mm,满足设计及规范要求，且与计算结果误差为6.4%。

其七，误差原因分析：

（1）地勘采样对土体有一定的扰动，地勘提供参数与实际有一定的出入。

（2）计算过程假定地基压缩变形时，不发生侧向膨胀，即完全侧限条件下的压缩指标计算地基的沉降变形量。

（3）计算过程假定采用基底中心的附加应力计算地基的变形量。

（4）由于地质土层的复杂性，沉降计算经验系数取值存在一定的误差。

4 结语

利用昆明滇池周边区域市政道路软基CFG 桩加固案例进行道路天然路基、复合地基沉降计算，并与现场载荷试验结果进行对比，且计算结果与试验结果误差为6.4%，满足工程需求，为后期该区域及国内其他类似地质情况市政道路软基加固提供参考经验。