CFG樁復(fù)合地基在軟土地區(qū)回填場地中的應(yīng)用

徐磊

（浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江寧波315012）

CFG樁復(fù)合地基在軟土地區(qū)回填場地中的應(yīng)用

徐磊

（浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江寧波315012）

作為一種剛性樁復(fù)合地基，CFG樁在北方硬土地區(qū)有非常好的應(yīng)用效果，而在浙江東南沿海一帶的軟土地區(qū)則少有使用。通過對某發(fā)電廠軟土地質(zhì)條件的分析，提出了CFG樁復(fù)合地基的施工要點(diǎn)，在靜載荷試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對CFG樁的設(shè)計及施工提出了相關(guān)建議。

發(fā)電廠；軟土地區(qū)；CFG樁；施工

某火力發(fā)電廠位于浙江東南沿海地區(qū)，場地上部回填約5～7 m的碎石，淺層有7～15 m左右厚的軟土，且以工程性質(zhì)差的淤泥或淤泥質(zhì)土層為主，具有厚度大、含水量高、孔隙比大、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度小、承載力低等特性。發(fā)電廠中的某些附屬建（構(gòu)）筑物和管線對地基承載力和變形要求相對較高，而上部軟土地基承載力又達(dá)不到設(shè)計要求，因此必須進(jìn)行淺地基處理。

經(jīng)過充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，擬采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復(fù)合地基作為淺地基處理的主要形式。根據(jù)相關(guān)規(guī)范[1-2]及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這種復(fù)合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基，對淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性。而本工程所在的浙江沿海地區(qū)有關(guān)CFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)很少，因此需進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，以確定有關(guān)設(shè)計參數(shù)和施工方法。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

工程場地位于浙江東部沿海地區(qū)，西面接陸，東面和南面臨海。場地主要由低山區(qū)和潮間帶組成，屬構(gòu)造-剝蝕地貌。采用“開山填海”的方式進(jìn)行場平，即在灘涂區(qū)域采取一定的排水固結(jié)措施后，對山體進(jìn)行爆破，將形成的碎石回填至灘涂區(qū)域。一方面使場地滿足總圖豎向布置的標(biāo)高要求，另外可以起到堆載預(yù)壓、提高軟土強(qiáng)度的作用。CFG樁復(fù)合地基試驗(yàn)區(qū)的地層分布如表1所示。

1.2 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計概況

CFG樁屬于高粘結(jié)強(qiáng)度樁，與碎石樁的區(qū)別在于樁體材料中摻加了適量的石屑、粉煤灰和水泥，增加了樁體的剛性和強(qiáng)度，不僅可以發(fā)揮全樁長范圍內(nèi)的側(cè)阻，樁端若落在較好的土層上時，也可很好地發(fā)揮端阻作用。根據(jù)場地的地質(zhì)條件，表1中所示的③黏土性質(zhì)較好，層厚較大，分布穩(wěn)定，可以作為CFG樁的持力層。處理后的復(fù)合地基承載力特征值按150 kPa考慮，設(shè)樁徑為0.40 m，按正方形布置樁位，根據(jù)JGJ 79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，設(shè)計樁長為22.2 m，樁端進(jìn)入持力層1.90 m，樁徑為0.40 m，樁位正方形布置，間距為1.6 m，樁數(shù)為5×5=25根，設(shè)計復(fù)合地基承載力特征值為150 kPa。本次試驗(yàn)CFG樁樁身混凝土強(qiáng)度等級為C20，配合比為水∶水泥∶粗骨料∶砂∶Ⅲ級粉煤灰=275∶320∶1106∶738∶40；混凝土坍落度為40～50 mm。

2 CFG樁施工

CFG樁施工有兩大難點(diǎn)，一是在上部的回填碎石中如何成樁，二是CFG樁穿越的主要地層為場地淺層性質(zhì)差的軟土，這對CFG樁的承載能力造成很大影響。一般而言，長螺旋泵壓施工方法適用于軟土地區(qū)，但場地的淤泥很厚，此方法很難將土體排凈，螺桿旋進(jìn)過快會引起縮頸，過慢又會使得樁體發(fā)生徑向膨脹，難以保證成樁質(zhì)量。

綜合考慮后，選用高頻液壓振動沉管方式進(jìn)行施工。具體的施工工藝流程為：定位放樣→清除樁位上部碎石→測放樁位→下放護(hù)筒→回填碎石至設(shè)計標(biāo)高→套管吊裝定位→振動下放套管→鉆機(jī)就位→鉆孔達(dá)到設(shè)計標(biāo)高→終孔→清孔、抽排套管內(nèi)泥水→將1組5個套管內(nèi)灌入混凝土→振動上拔套管→進(jìn)入下一組CFG樁施工→清槽至樁頂標(biāo)高→鑿樁頭→鋪設(shè)30 cm厚中粗砂褥墊層，夯實(shí)壓平。關(guān)鍵的施工節(jié)點(diǎn)主要有以下6點(diǎn)。

（1）清除碎石并下放護(hù)筒：使用挖掘機(jī)清除樁位上部7 m的碎石，并使用挖掘機(jī)下放插入Φ460 mm的護(hù)筒，隨即在護(hù)筒周圍回填碎石至+ 3.0 m標(biāo)高，以固定護(hù)筒。護(hù)筒長6 m，進(jìn)入淤泥層約3 m。

（2）下放套管：在+3.0 m標(biāo)高的施工面層使用起重機(jī)起吊液壓振動錘并鉗住孔徑為Φ400 mm套管頂部，吊裝定位，沿護(hù)筒垂直振動下放套管。由于在振動下放過程中遇到強(qiáng)度較大的硬土層，套管難以下沉，故本次試驗(yàn)套管下放深度為20.5 m。

（3）鉆進(jìn)成孔：采用GXY-1型鉆機(jī)沿套管鉆進(jìn)成孔，鉆孔孔徑為Φ400 mm，鉆進(jìn)時鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心，一般先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。

（4）灌注混凝土：預(yù)成孔結(jié)束后，采用潛水泵抽排出套管內(nèi)的泥水，并及時灌入配制和攪拌好的（C20）混凝土。

（5）上拔套管：當(dāng)套管充滿混合料后開始振動上拔套管，拔管速度按均勻線速控制，拔管速度為1.2 m/min，成樁過程宜連續(xù)進(jìn)行。成樁樁頂標(biāo)高為+3.0 m。

（6）樁頭處理：使用挖掘機(jī)和人工配合清槽至2.5 m的樁頂標(biāo)高，人工用沖擊鉆鑿除上部約50 cm的樁頭。使用挖掘機(jī)和人工配合在樁頂鋪設(shè)30 cm厚中粗砂褥墊層，夯實(shí)壓平。

3 CFG樁復(fù)合地基試驗(yàn)成果

當(dāng)樁體的齡期達(dá)到要求后，選擇了6根樁分別進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)和復(fù)合地基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)。

3.1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

試驗(yàn)采用直徑同樁徑的圓形荷載板，用1根主梁及若干根工字鋼組成反力堆載平臺，在平臺上堆砂包，形成荷重反力系統(tǒng)。3根樁的單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果如表2和圖1所示。

表1 CFG樁復(fù)合地基試驗(yàn)區(qū)的地層分布

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)值

圖1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)Q-s曲線

3根樁均是在加到最后一級荷載后，30 min之內(nèi)沉降量急劇增大，并超過了前一級荷載下沉降量的5倍，呈現(xiàn)樁刺入地基剪切破壞，因此終止試驗(yàn)，CFG樁的單樁豎向抗壓極限承載力平均統(tǒng)計值為613 kN。

3.2 單樁復(fù)合地基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

試驗(yàn)采用1．6 m×1．6 m的正方形鋼板，在承壓板平面上對稱布置4只百分表，反力系統(tǒng)同單樁試驗(yàn)。3根樁的單樁復(fù)合地基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)成果如圖2所示。

圖2 單樁復(fù)合地基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)p-s曲線

3組試驗(yàn)均是因?yàn)閜－s曲線出現(xiàn)陡降段而終止試驗(yàn)，取前一級荷載作為極限承載力，經(jīng)過統(tǒng)計計算，CFG樁復(fù)合地基承載力特征值為115 kPa。與設(shè)計時初估的目標(biāo)值150 kPa相比，試驗(yàn)結(jié)果偏低，主要原因有以下2點(diǎn)。

（1）CFG樁對進(jìn)入樁端持力層的深度有一定要求，初步設(shè)計時，CFG樁預(yù)定進(jìn)入③黏土的深度為1．90 m，在采用高頻液壓振動沉管的施工過程中，由于持力層的性質(zhì)良好，套管很難進(jìn)入此層很深，因此，成樁后樁端實(shí)際進(jìn)入③黏土為0．40 m，這在一定程度上削弱了CFG樁的承載能力。

（2）對單樁和復(fù)合地基靜載試驗(yàn)成果分析后發(fā)現(xiàn)，復(fù)合地基最大試驗(yàn)荷載與荷載板面積的乘積只比單樁極限承載力稍高，這說明復(fù)合地基的荷載絕大部分由樁來承擔(dān)，也就是說樁間土承載的比例很小，褥墊層并未充分發(fā)揮作用，考慮到場地上部回填有粒徑較大的碎石層，孔隙較多且大，褥墊層中的砂可能在加載過程中漏進(jìn)碎石間的孔隙中，降低了樁間土發(fā)揮承載的作用。

4 施工建議

場地上部的回填碎石層阻礙套管下放，是CFG樁施工過程的主要難點(diǎn)，故在護(hù)筒埋設(shè)前將其挖除，然后下護(hù)筒，回填碎石至設(shè)計標(biāo)高。另外，由于在振動下放套管過程中遇到強(qiáng)度較高的硬土層，套管難以下沉，應(yīng)加大振動錘的功率，盡量使得套管進(jìn)入持力層一定深度，提高最終成樁的承載力。

由于CFG樁為剛性樁，其與樁間土體的剛度比較大，在復(fù)合地基承載時樁土應(yīng)力比較大，而此值主要由褥墊層來調(diào)節(jié)，建議在工程樁設(shè)計時，可以將褥墊層厚度適當(dāng)增大，并可考慮采用瓜子片作為褥墊層的材料，避免加載時漏入回填碎石中，以提高樁間土體分擔(dān)荷載的比例。

[1]JGJ 79－2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

[2]沈祥．CFG樁復(fù)合地基設(shè)計方法與工程實(shí)現(xiàn)的研究[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2003．

[3]范云，汪英珍．CFG復(fù)合地基樁材特性的試驗(yàn)分析[J]．地質(zhì)與勘探，2002，38（7）∶94－96．

（本文編輯：楊勇）

Application of CFG Composite Pile Foundation in Backfill Site in Soft Soil Area

XU Lei
（Zhejiang Electric Power Construction Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315012，China）

As a rigid composite pile foundation，CFG pile has been favorably applied in hard soil area in north China；however，in soft soil areas of southeast coastal regions of Zhejiang,it is rarely used.Through analyzing geological condition of soft soil in a power plant，this paper puts forward construction essentials of CFG composite pile foundation.On the basis of static load test，the paper brings forward corresponding suggestions on design and construction of CFG pile.

power plant；soft soil area；CFG pile；construction

TU471.8

：B

：1007-1881（2014）07-0070-03

2013-11-06

徐磊（1980-），男，浙江舟山人，工程師，從事火力發(fā)電廠土建施工管理工作。