本发明涉及一种地基处理方法，具体涉及一种加固软土地基的cfg(水泥粉煤灰碎石)芯砂石组合桩、及其构成的复合地基和施工方法。
背景技术：
软土具有压缩性高，抗剪强度低、渗透性小、承载能力差等特点。软土地基处理方法按原理分主要有提高土的密度，用其它材料代替软弱土或掺到土中，改善土中的应力状态三种。砂石桩存在天然软土强度低时桩连续性差、承载力小、施工期间易失稳等问题；cfg桩是水泥粉煤灰碎石桩(cementfly-ashgravelpile)的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，在荷载作用下，土体和cfg桩增强体共同承担上部荷载，cfg桩可使复合地基承载力提高，变形减小，但其施工期间超静孔隙水压力消散较慢，工后沉降量大，且施工期间打桩时产生过大的超静孔隙水压力往往导致邻近新成桩桩体发生断裂。实际工程，有些软土场地的地层情况复杂，需要同时解决软弱及沉降、固结、液化等问题，还要考虑到施工工期的要求，采用单一的地基处理方法往往达不到预期的效果和施工工期的要求。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种利用砂石外壳提供孔隙水的渗流通道，加速施工期软土中孔隙水的排出、加快软土固结、减少工后沉降和cfg芯强度高增加施工期土体稳定、芯体可利用工业废料粉煤灰作为掺和料降低造价两者优势处理软土地基的cfg芯砂石组合桩复合地基及其施工方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
本发明所述的cfg芯砂石组合桩，包括cfg芯以及包裹cfg芯的砂石外壳，其中砂石外壳由砂和碎石按体积比1～2：1组成，该配比可得到较好的砂夹碎石混合颗粒级配。
所述的砂为中砂或粗砂，碎石的粒径为5～20mm。该规格的砂和碎石为常规工程用料，容易获得原材料，降低工程费用。由该两种原材料按上述配比构成的混合料可增加涂抹区的渗透性，又可起到反滤层的作用，有利于孔隙水的排出。
所述的cfg芯为直圆柱状，砂石外壳的横截面为环形，且与cfg芯同心布置。
所述cfg芯的底面直径为40～50cm，砂石外壳的厚度为5～10cm。该桩型尺寸所用机械设备无须专门研制，对现有桩基设备稍加改造即可，降低机械费用投入。如果cfg芯直径过小，易产生混合料离淅，不利于成桩和强度的均匀性；cfg芯直径过大会增加桩机功率，增加机械成本，且桩间距会被动加大，增大排水路径，不利于软土排水。砂石厚度如果过小形成不了排水通道，不利于软土排水。
本发明还提供了一种cfg芯砂石组合桩复合地基，包括软土地基、打入软土地基的cfg芯砂石组合桩、以及覆盖在cfg芯砂石组合桩和软土地基上方的褥垫层，所述的褥垫层中设有土工格栅。
砂石壳材料填料量，通过现场试验确定，估算时，可按设计体积乘以充盈系数确定，充盈系数可取1.2～1.4。
所述褥垫层的填充物为砂、碎石或砂石混合料；其中砂为中砂或粗砂，碎石的粒径为5～20mm，砂石混合料中砂和碎石的体积比1～2：1。该规格的砂和碎石为常规工程用料，容易获得原材料，降低工程费用，该配比可得到较好的砂夹碎石混合颗粒级配，易于填充密实。
所述褥垫层的厚度为50～70cm，夯填度≤0.9。该厚度可有效协调桩与桩间土共同承担上部荷载，充分发挥二者的承载能力。
本发明还提供了所述cfg芯砂石组合桩复合地基的施工方法，包括：
(1)在软土地基形成所述的cfg芯砂石组合桩；
(2)在cfg芯砂石组合桩和软土地基的上方填筑褥垫层。
其中，在软土地基形成cfg芯砂石组合桩的方法为：
(1)制作桩管体：桩管体包括内管以及套设在内管外的外管，内管具有内管腔，内管与外管之间具有外管腔，外管设有砂石混合料进口，内管设有cfg混合料进口，桩尖与外管连接；
(2)振动沉管：采用振动沉管的方式将桩管沉入软土地基的设计位置；
(3)投料：通过cfg混合料进口向内管腔灌注cfg混合料，通过砂石混合料进口向外管腔灌注砂石混合料；
(4)拔管：灌注完成后，边振动边拔管，形成cfg芯砂石组合桩。
所述cfg混合料的终凝强度等级不低于c15，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。
沉管时，桩管体在活瓣桩尖或预制桩靴导引下打入至设计深度形成桩孔。
有益效果：
(1)本发明的cfg芯砂石组合桩cfg芯比软土强度高、比软土刚度大，可发挥软土中加筋和承受竖向荷载并传递至桩尖持力层的作用，通过约束土体增加软土地基施工期间的稳定性，上部荷载堆载速率不受施工期软土强度增长的限制，大大缩短工程工期。避免了单独使用砂石桩而须限制堆载速率的缺点，单独使用砂石桩，如果堆载过快，超静孔隙水压力消散不及时，软土有效应力强度不足，软土无加筋体约束，往往导致地基失稳。
(2)本发明的cfg芯砂石组合桩砂石壳层为竖向排水通道，可快速排出软土中的孔隙水，超静孔隙水应力迅速消散，软土在上部荷载作用下迅速固结，加速施工期间的固结沉降，大大减少工后和运营期沉降。避免了单独使用cfg桩无排水通道的缺点，单独使用cfg桩，混合料初凝后无排水通道，施工期间超静孔隙水压力消散困难，增加工后沉降及运营期长期沉降，往往影响上部结构的使用和上部结构的安全，同时，施工期间打桩时产生的超静孔隙水压力过大往往导致邻近新成桩桩体发生断裂。
(3)本发明结构中，砂石外壳和cfg芯在功能上相互支持，其中砂石外壳的存在增加了cfg芯的排水通道，有利于cfg芯的强度增长，有利于减小cfg芯所承受的超静孔隙水压力，减少cfg芯施工中的缩径、夹泥和断桩风险；cfg芯的存在约束了砂石外壳散体材料的变形，有利于排水通道的畅通，增加砂石排水通道的长久有效性。
(4)本发明的cfg芯砂石组合桩桩体可一次施工成型，施工简便、成桩速度快、缩短工期，不存在现有其他组合桩接桩桩接头质量不易控制的问题，也不存在桩机械二次打入与更换的问题。
(5)本发明的cfg芯砂石组合桩cfg芯材料可利用工业废料粉煤灰作为掺和料，降低工程造价，可解决低碳环保和工程造价较高等问题，经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明的cfg芯砂石组合桩复合地基结构剖面示意图；
图2为本发明的cfg芯砂石组合桩结构示意图；
图3为本发明的cfg芯砂石组合桩施工工艺流程示意图；
图4为本发明的cfg芯砂石组合桩桩管体横剖面图；
图5为本发明的cfg芯砂石组合桩桩管体纵剖面图；
图6为其中一种桩尖的结构示意图；
图7为另一种桩尖的结构示意图；
图中，1-cfg芯砂石组合桩，1-1-cfg芯，1-2-砂石外壳，2-土工格栅，3-褥垫层，4-基础或路堤，5-软土地基，6-桩端硬土层，7-砂石混合料，8-cfg混合料，9-桩管体，10-桩机就位，11-振动沉管，12-投料，13-拔管，14-成桩，15-砂石混合料进口，16-内管腔，17-外管腔，18-桩尖，19-振冲器，20-外管，21-铰链，22-活瓣，23-预制桩靴，24-内管。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
如图1，本发明cfg芯砂石组合桩复合地基，包括cfg芯砂石组合桩1、土工格栅2，褥垫层3和软土地基5。cfg芯砂石组合桩1打入软土地基5，底端伸入桩端硬土层6。
如图2，cfg芯砂石组合桩1由cfg芯1-1以及包裹cfg芯的砂石外壳1-2组成，cfg芯1-1为直圆柱状，底面直径为40～50cm，砂石外壳1-2的横截面为环形，且与cfg芯同心布置，砂石外壳的厚度为5～10cm。
cfg芯由cfg混合料灌注得到，该cfg混合料的终凝强度等级不低于c15，其中砂为中砂或粗砂，碎石的粒径为5～20mm，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，混合料塌落度为30～50mm。
砂石外壳1-2由砂和碎石按体积比1～2：1填充得到，其中砂为中砂或粗砂，碎石的粒径5～20mm。
褥垫层3覆盖在cfg芯砂石组合桩1上方，厚度为50～70cm，褥垫层填筑采用静力压实，夯填度不应大于0.9；褥垫层3的填充物为砂、碎石或砂石混合料；其中砂为中砂或粗砂，碎石的粒径5-20mm，砂石混合料中砂和碎石的体积比1～2：1。
土工格栅2设于褥垫层内。土工格栅2为双向土工格栅。层数可以设置为一层或两层。
如图3，本发明cfg芯砂石组合桩复合地基的施工方法如下：
(1)桩管体9制作：根据设计方案，制作桩管、选择桩机。如图4～图5，桩管体9包括外管20、内管24以及桩尖18，内管具有内管腔16，内管与外管之间具有外管腔17，内管和外管均由高强度钢材制成，外管设有砂石混合料进口15，内管设有cfg混合料进口(处于内管的上端位置)；桩尖18与外管20连接，采用图6所示的活瓣式，活瓣22上设有铰链21，通过铰链可控制活辦的开闭，桩尖18也可用如图7所示的预制桩靴23代替。桩管体9的顶部有振冲器19。
(2)桩机就位10：桩机移至桩位，桩尖对准桩位中心(或放置预制桩靴)，调整桩管垂直度，垂直度偏差不大于1％。
(3)振动沉管11：启动桩机马达，振动沉管至设计标高，停机。
(4)投料12：往内管腔16灌注cfg混合料8至桩顶标高，往外管腔17灌注砂石混合料7(砂石混合料配比(体积比)为砂：石＝1～2：1，砂为中砂或粗砂，碎石粒径5～20mm)。
(5)拔管13：启动马达留振5～10s，然后拔管，打开桩尖活瓣，边振动边拔管，同时通过砂石料进口15继续灌注砂石混合料7至设计填料量，在地基中形成带有排水外壳1-2的cfg芯砂石组合桩1。拔管速度应匀速进行，控制在1.2～1.5m/min左右。
(6)成桩14：待全部桩管体拔出后，在土体内形成一根完整的cfg芯砂石组合桩1。
(7)重复上述步骤继续下一根桩施工，直至施工完全部cfg芯砂石组合桩。
(8)待cfg芯强度达到设计要求后，在cfg芯砂石组合桩和软土地基上面填筑砂石混合料垫层(分两次填筑，总厚为50～70cm)，砂石混合料(砂石混合料配合比(体积比)为砂：石＝1～2:1，砂为中砂或粗砂，碎石粒径5～20mm)垫层中间铺设土工格栅2，二者形成褥垫层3。先铺设下半层砂石混合料垫层，整平压实后铺设土工格栅2，继续铺设上半层砂石混合料垫层，压实，夯填度不应大于0.9。
所有的cfg芯砂石组合桩1、具有土工格栅2的褥垫层3和软土地基5构成了本发明的复合地基，cfg芯砂石组合桩1的砂石外壳1-2、土工格栅2和褥垫层3形成了贯通的排水通道。