CFG樁在復(fù)合地基中的應(yīng)用

劉景蘭，周姝娟 (中原石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院,河南 濮陽 457001)

劉宇峰 (中原石油勘探局對外貿(mào)易總公司,河南 濮陽 457001)

李麗萍 (中原石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院,河南 濮陽 457001)

CFG樁在復(fù)合地基中的應(yīng)用

劉景蘭，周姝娟 (中原石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院,河南 濮陽 457001)

劉宇峰 (中原石油勘探局對外貿(mào)易總公司,河南 濮陽 457001)

李麗萍 (中原石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院,河南 濮陽 457001)

根據(jù)CFG樁復(fù)合地基的承載機(jī)理和特性，提出了CFG樁的應(yīng)用與設(shè)計(jì)。并參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)，結(jié)合工程實(shí)例中單樁承載力及復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算，對其在復(fù)合地基中的適用性和可行性進(jìn)行了探討。

復(fù)合地基；褥墊層；樁間土承載力特征值

建筑物對地基的強(qiáng)度與變形都有一定的要求，當(dāng)天然地基不能滿足要求時(shí),多采用樁基礎(chǔ)或樁-箱基礎(chǔ),但需耗費(fèi)大量的鋼筋、水泥,造價(jià)很高。當(dāng)?shù)鼗辆哂幸欢◤?qiáng)度時(shí),可采用CFG樁復(fù)合地基。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱(即cement-fIyash-gravel pile)，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基[1]。CFG樁法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120kPa的粘性土等地基。與剛性樁相比，CFG樁的樁身強(qiáng)度可與樁的承載力相協(xié)調(diào)，樁身強(qiáng)度可充分發(fā)揮，而且CFG樁不配筋，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價(jià)、縮短了施工工期。同時(shí)粉煤灰在各項(xiàng)工程中的利用，在節(jié)約土地、環(huán)境保護(hù)方面的意義更是非常深遠(yuǎn)的。

1 CFG樁的設(shè)計(jì)

1.1樁徑的設(shè)計(jì)

水泥粉煤灰碎石樁樁徑宜取350～600mm，樁徑過小，施工質(zhì)量不容易控制，樁徑過大，需加大褥墊層厚度才能保證樁土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載；水泥粉煤灰碎石樁可只布置在基礎(chǔ)范圍內(nèi)，對可液化地基，基礎(chǔ)內(nèi)可采用振動(dòng)沉管水泥粉煤灰碎石樁、振動(dòng)沉管碎石樁間作的加固方案，但基礎(chǔ)外一定范圍內(nèi)須打設(shè)一定數(shù)量的碎石樁。

1.2樁距的設(shè)計(jì)

樁距應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力、建筑物控制沉降量、土性、施工工藝等確定，宜取3～5倍樁徑，設(shè)計(jì)的樁距首先要滿足承載力和變形量的要求。從施工角度考慮，盡量選用較大的樁距，以防止新打樁對已打樁的不良影響。對擠土成樁工藝和不可擠密土宜采用較大的樁距。在滿足承載力和變形要求的前提下，可以通過調(diào)整樁長來調(diào)整樁距，樁越長，樁間距可以越大。

1.3褥墊層在復(fù)合地基中的作用

復(fù)合地基設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)與樁和樁間土之間設(shè)置一定厚度散體粒狀材料組成的褥墊層，是復(fù)合地基的一個(gè)核心技術(shù)[2]?；A(chǔ)下是否設(shè)置褥墊層，對復(fù)合地基受力影響很大。若不設(shè)置褥墊層，復(fù)合地基承載特性與樁基礎(chǔ)相似，樁間土承載能力難以發(fā)揮，不能成為復(fù)合地基?；A(chǔ)下設(shè)置褥墊層，樁間土載力的發(fā)揮就不單純依賴于樁的沉降，即使樁端落在好土層上，也能保證荷載通過褥墊層作用到樁間土上，使樁土共同承擔(dān)荷載。

保證樁、土共同承擔(dān)荷載是水泥粉煤灰碎石樁形成復(fù)合地基的重要條件；通過改變?nèi)靿|層厚度，調(diào)整樁垂直荷載的分擔(dān)，通常褥墊越薄樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比越高，反之亦然； 減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中；調(diào)整樁、土水平荷載的分擔(dān)，褥墊層越厚，土分擔(dān)的水平荷載占總荷載的百分比越大，樁分擔(dān)的水平荷載占總荷載的百分比越??；工程實(shí)踐表明，褥墊層合理厚度為100～300mm，考慮施工時(shí)的不均勻性，當(dāng)樁徑大，樁距大時(shí)宜取高值。

1.4CFG樁復(fù)合地基承載力特征值

CFG樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可按下式估算：

(1)

式中，fspk為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；m為水泥攪拌樁置換率，23.75%；β為樁間土的承載力拆減系數(shù)；fsk為樁間土的承載力標(biāo)值。

1.5單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值由式(2)計(jì)算[1]：

(2)

式中，μp為樁的周長，m；n為樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；qsi、qp為樁周第i層土的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值，kPa，可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007有關(guān)規(guī)定確定；li為第i層土的厚度,m。

2 現(xiàn)場實(shí)施情況

2.1工程概況

表1 住宅樓工程場地地質(zhì)條件表

濮陽某住宅樓工程場地位于黃河中下游沖擊平原上，場地類別為III類，中原油田屬東濮凹陷，地層屬第四系全新緩沖積層，地形平坦開闊，一般高程32.2～35.8m(黃海高程)，該場地在50年代為水塘，后經(jīng)人工回填而成，場地水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地下水本區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，主要受大氣降水及人類生活用水的入滲補(bǔ)給，其次受東部馬頰河的側(cè)向補(bǔ)給；排泄途徑主要為人工抽水及蒸發(fā)。該工程18層純剪力墻結(jié)構(gòu)，另有1層地下室，建筑面積7800m2。地基承載力設(shè)計(jì)值要求250kPa。但地基承載力只有110kPa ,考慮到本場地地質(zhì)情況、工程造價(jià)及地基加固實(shí)施的可靠性，通過多方案比較，確定采用水泥粉煤灰碎石樁對地基進(jìn)行加固處理，基礎(chǔ)形式為筏板。工程地質(zhì)條件如表1所示。

圖1 砂石褥墊層位置圖

2.2單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

該工程采用水泥粉煤灰碎石樁，樁徑為400mm，施工樁長約14.5m,樁端持力層為中粗砂。由于樁較長，單樁無載荷試驗(yàn)資料，故做設(shè)計(jì)時(shí)按式(2)估算，取水泥粉煤灰碎石樁單樁承載力單樁豎向承載力特征值Ra為445kN。

2.3復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

由于樁徑為400mm，故樁間距取4倍的樁徑距1600mm。經(jīng)反復(fù)試算，取復(fù)合地基的水泥攪拌樁置換率為4.895%。依據(jù)式(1)取CFG樁復(fù)合地基承載力特征值為262.3kPa。

2.4褥墊層

采用250厚的砂石褥墊層，具體位置見圖1[4]。

2.5樁位布置

經(jīng)過以上計(jì)算得知，用水泥粉煤灰樁加固此樓(長28m，寬16.5m)的軟土地基按正方形方式布樁，樁距1.6m，樁的置換率為4.895%，需要202根樁。樁位的具體布置情況如圖2所示。

該工程于2004年下半年竣工，根據(jù)沉降觀測資料，該住宅樓的最大沉降量平均值為6.50mm，符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求?？⒐そ?年使用情況良好，未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)有較大沉降。工程實(shí)踐表明，采用水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基加固小高層建筑的地基軟土，在提高地基土的承載力及減少地基變形上均能滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求，達(dá)到了地基處理目的。造價(jià)方面，采用水泥粉煤灰碎石樁與一般樁基相比節(jié)省約25%的基礎(chǔ)造價(jià)，工期縮短約20%。

圖2 住宅樓樁位布置圖

3 結(jié) 論

從該工程水泥攪拌樁復(fù)合地基的應(yīng)用可以得出如下結(jié)論：

1)在深厚軟土地區(qū)建造多層建筑時(shí)，采用水泥攪拌樁復(fù)合地基作基礎(chǔ)地基加固，可以取得較好的加固效果及經(jīng)濟(jì)效果。

2) 在深厚軟土處地基處理，其加固深度只要滿足壓縮層厚度范圍即可，不必加固到好土層。

3) 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)施工前的室內(nèi)試塊試驗(yàn)相當(dāng)必要，可為設(shè)計(jì)與施工提供摻合量的參考指標(biāo)。

4) 在相同摻合量情況下水泥土的強(qiáng)度隨著土層的不同而不同，本工程粗砂部位水泥土強(qiáng)度最高，雜填土、淤泥質(zhì)土處次之，淤泥土處最低。

[1]JGJ79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]周續(xù)業(yè)，胡濤.CFG樁的基本原理及其在公路軟基處理上的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2003，(3)：156～158.

[3]李添福，黃釗偉.CFG樁復(fù)合地基在公路軟基工程中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2003，(5)：93～96.

[4]張羽，林才奎，洪寶寧.CFG樁復(fù)合地基墊層的作用機(jī)理和設(shè)計(jì)研究[J].公路與汽運(yùn)，2004，(3)：94～96.

[編輯] 易國華

U4

A

1673-1409(2009)01-N099-03

2008-12-28

劉景蘭(1974-)，女， 1997年大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究工作。