CFG樁復(fù)合地基的工程應(yīng)用及載荷試驗(yàn)的思考

張宏偉

(河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì)，河南鄭州 450009)

1 概述

CFG樁復(fù)合地基作為一種新興的地基處理技術(shù)，被應(yīng)用在很多類型建筑的地基中。在現(xiàn)代的城市建設(shè)中，隨著建筑用地的不斷減少及城市發(fā)展的需求，使得建筑物向中、高層發(fā)展，要求大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建筑物越來越多，這就致使建筑物荷載增大，相應(yīng)的對地基處理的要求也不斷提高。CFG樁復(fù)合地基具有抗變形能力強(qiáng)和高承載力的特性，能夠滿足建筑物對地基處理不斷變化的需求。由于CFG樁復(fù)合地基的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益比較突出，得以迅速發(fā)展，不斷的應(yīng)用在高層建筑及大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑中，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著越來越重要的作用。我們主要通過實(shí)際工程中CFG樁現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析，得出復(fù)合地基的沉降變化的規(guī)律，得出復(fù)合地基方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 工程案例

2．1 工程概況

本工程項(xiàng)目為高層住宅，地上33層，地下1層，框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深6．0 m，基地平均壓力500 kPa，擬采用樁基筏板或者復(fù)合地基筏板基礎(chǔ)。根據(jù)鉆探、標(biāo)準(zhǔn)貫入及靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果，在勘探深度范圍內(nèi)將地層共分為12層，主要為粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土及碎石土。

2．2 CFG樁復(fù)合地基方案設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)場地巖土工程條件，對各種地基處理方法與樁基礎(chǔ)方案進(jìn)行比較，水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基較為適宜、經(jīng)濟(jì)合理。由場地土的物理性質(zhì)，按JGJ 79-2002建筑地基基礎(chǔ)處理技術(shù)規(guī)范，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，給出各土層的CFG樁設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 CFG樁設(shè)計(jì)參數(shù) kPa

根據(jù)表1參數(shù)，樁徑按0．4 m，樁端埋深24．0(從勘察時自然地坪算起)，有效樁長18．0 m，樁端持力層為第⑥層粉砂、第⑦層粉土。

按照J(rèn)GJ 79-2002建筑地基基礎(chǔ)處理技術(shù)規(guī)范，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)時可按式(1)估算:

CFG樁單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場單樁載荷試驗(yàn)確定，設(shè)計(jì)時也可按式(2)估算:

樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿足式(3)要求:

根據(jù)以上參數(shù)及公式進(jìn)行復(fù)合地基承載力驗(yàn)算得出面積置換率m為0．087%，單樁豎向承載力特征值為560 kN，復(fù)合地基承載力特征值為511．0 kPa。

3 載荷試驗(yàn)

3．1 單樁豎向載荷試驗(yàn)

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)的目的就是通過隨機(jī)挑選建筑場地的單樁，進(jìn)行抗壓靜載荷試驗(yàn)，判定工程單樁豎向抗壓承載力特征值是否滿足設(shè)計(jì)要求。本工程抽檢數(shù)量是總樁數(shù)的0．5%，共四根。

加載分級:加載分級進(jìn)行，采用慢速維持荷載法;分級荷載為最大加載量的1/10。最大加載量為1 160 kN，分10級，第一級取分級荷載的2倍。具體分級見表2。主要對0064號，0281號，0136號，0497號樁進(jìn)行了試驗(yàn)，累計(jì)沉降可見圖1。

表2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)分級表 kN

圖1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

由圖1可以看出，試樁結(jié)果最大沉降量為5．36 mm，隨著荷載的施加，荷載—沉降曲線呈緩變形，終止加載的條件為已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量，規(guī)范要求CFG樁復(fù)合地基中心點(diǎn)沉降小于72 mm，可見這樣的設(shè)計(jì)條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足規(guī)范要求。

3．2 其他工程的單樁試驗(yàn)結(jié)果

1)鄭州水利學(xué)校實(shí)訓(xùn)中心大樓:設(shè)計(jì)樁徑400 mm，設(shè)計(jì)樁長13．0 m，樁間距1．2 m，樁端持力層為粉土，設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級C15，設(shè)計(jì)單樁承載力特征值350 kN，由3根單樁豎向抗壓靜載荷的試驗(yàn)結(jié)果，來判斷本工程單樁是否滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)樁最大加載量為700 kN。

2)嘉鵬花園2號樓:設(shè)計(jì)樁徑400 mm，設(shè)計(jì)樁長13．5 m，樁間距1．2 m，樁端持力層為粉土，設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級C25，設(shè)計(jì)單樁承載力特征值600 kN，試驗(yàn)樁最大加載量為1 200 kN。

3)華信金融大廈:設(shè)計(jì)樁徑400 mm，設(shè)計(jì)樁長16 m，樁間距1．4 m，樁端持力層為粉土，設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級C25，設(shè)計(jì)單樁承載力特征值480 kN，試驗(yàn)樁最大加載量為960 kN。

4)金明花園住宅小區(qū):設(shè)計(jì)樁徑400 mm，設(shè)計(jì)樁長14 m，樁間距1．0 m，樁端持力層為粉砂夾粘土層，設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級C25，設(shè)計(jì)單樁承載力特征值520 kN，試驗(yàn)樁最大加載量為1 040 kN。

由圖2～圖5單樁實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，CFG樁復(fù)合地基是適合的樁型，加載沉降小，滿足單樁承載力的要求，載荷試驗(yàn)的最大加載量都為設(shè)計(jì)值的2倍，沒有按極限荷載做破壞性試驗(yàn)。

圖2 工程1單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

圖3 工程2單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

圖4 工程3單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

圖5 工程4單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

3．3 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)?zāi)康木褪峭ㄟ^復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，判定本工程復(fù)合地基承載力特征值是否滿足設(shè)計(jì)要求。主要對334號，662號，672號，320號樁進(jìn)行了試驗(yàn)，累計(jì)沉降可見圖6。

加載方式為慢速維持荷載法，根據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)的要求，使用1 200 mm×1 200 mm正方形剛性承壓板，加載分8級，最大加載壓力不小于要求壓力值的2倍，4點(diǎn)單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)最大加載壓力均為1 040 kPa，均分為8級，第一級取分級荷載的2倍。具體分級見表3。

由圖6可以看出，壓力—沉降曲線是平緩的光滑曲線，可按相對變形值確定，當(dāng)以粘性土、粉土為主的地基，可取s/b=0．01即為72 mm所對應(yīng)的壓力為極限荷載，而加載的最大沉降值為8．09 mm，承載力特征值取最大加載壓力的1/2。

圖6 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)曲線圖

表3 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)加荷分級表 kPa

3．4 其他工程的復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

1)鄭州水利學(xué)校實(shí)訓(xùn)中心大樓:設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值330 kPa，最大加載量為660 kN。

2)永城市嘉鵬花園2號樓:設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值400 kPa，試驗(yàn)樁最大加載量為800 kN。

3)華信金融大廈:設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值330 kPa，試驗(yàn)樁最大加載量為660 kN。

4)金明花園住宅小區(qū):設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值400 kPa，試驗(yàn)樁最大加載量為800 kN。

由圖7～圖10復(fù)合地基實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，工程實(shí)例中靜載荷試驗(yàn)點(diǎn)均為隨機(jī)挑選的，試驗(yàn)結(jié)果:最終沉降量都比較小，均不超過30 mm，這與規(guī)范要求CFG樁復(fù)合地基中心點(diǎn)最小沉降量72 mm相差一半多，遠(yuǎn)滿足規(guī)范要求。

圖7 工程1復(fù)合地基抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

圖8 工程2復(fù)合地基抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

圖9 工程3復(fù)合地基抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

4 結(jié)語

1)CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案豎向靜載荷檢測結(jié)果中，不管是CFG樁單樁還是單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)均沒有做破壞性靜載荷試驗(yàn)確定相應(yīng)承載力極限值，而是都以設(shè)計(jì)值的2倍為最大加載量驗(yàn)證CFG樁復(fù)合地基處理后是否滿足設(shè)計(jì)要求。

圖10 工程4復(fù)合地基抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線圖

2)工程實(shí)例方案設(shè)計(jì)中，CFG樁樁身設(shè)計(jì)材料均采用商品混凝土，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C20～C25，設(shè)計(jì)樁長13．0m～20．0m，由CFG樁單樁及復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果可得出，CFG樁單樁承載力特征值最大可達(dá)580 kN，CFG樁單樁復(fù)合地基承載力特征值最大可達(dá)520 kN。

3)通過擬建工程場地的CFG單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)和CFG單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，分析出這種樁型沉降較小，承載力較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足規(guī)范要求，說明CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案還有進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的可行性。

［1］JGJ 79-2002(J 220-2002)，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］JG 106-2003(J 256-2003)，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］龔曉南．復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．