CFG樁復(fù)合地基在天津武清地區(qū)軟土地基中的應(yīng)用

王響貴 ， 曹勝利，劉立巖

（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京102206）

0 引言

CFG樁復(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。近年來(lái)CFG.樁作為一種高粘結(jié)強(qiáng)度樁在復(fù)合地基中發(fā)展迅速,它不僅應(yīng)用于工業(yè)建筑、民用建筑工程中,也應(yīng)用于橋梁、堤壩等市政工程中。且CFG樁工藝具有施工速度快、工期短等特點(diǎn),且由于樁體不配筋,并可摻入工業(yè)廢料粉煤灰,單樁承載力高,具有安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保三重效果。目前CFG樁復(fù)合地基已成為普遍應(yīng)用的地基處理技術(shù)，但在天津武清軟土地區(qū)應(yīng)用不普遍，主要原因是，天津大部分地區(qū)第四紀(jì)淤泥質(zhì)軟土較厚，設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)少且設(shè)計(jì)時(shí)很少考慮CFG樁，沒(méi)有好的專業(yè)施工隊(duì)伍施工難以控制，個(gè)案效果不好甚至出了問(wèn)題才遭到排斥。所以長(zhǎng)期以來(lái)采用的灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁仍然統(tǒng)治著天津市場(chǎng)。本文針對(duì)天津武清軟土地區(qū)，結(jié)合工程實(shí)例及試驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證在該地區(qū)采用CFG樁復(fù)合地基的可行性。并通過(guò)破壞性的靜載試驗(yàn)，得出合理的對(duì)原設(shè)計(jì)方案的經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)CFG樁復(fù)合地基在該地區(qū)的設(shè)計(jì)及施工重點(diǎn)控制要點(diǎn)等方面進(jìn)行詳細(xì)的分析討論。

1 工程概況

擬建項(xiàng)目武清尚清灣花園住宅項(xiàng)目A5～14號(hào)樓，地上13～16層，2層地下室，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)。場(chǎng)地地層分布及相關(guān)土性平均指標(biāo)值見(jiàn)表1?？辈炱陂g場(chǎng)地淺層地下水屬潛水類型，靜止水位埋深1.20～2.00m。設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基承載力特征值為fspk≥290kPa，允許最大沉降量50㎜。

依據(jù)場(chǎng)區(qū)地勘報(bào)告顯示，基底持力層為④層粘土，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取值95kPa，其承載力顯然不能滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行地基加固處理。

2 地基處理設(shè)計(jì)方案論證及選擇

根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件，對(duì)該場(chǎng)地地基土多種地基處理方案從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、工程可靠性、當(dāng)?shù)氐墓こ坛Ｓ梅椒敖?jīng)驗(yàn)和材料的來(lái)源，工期長(zhǎng)短等影響效益的各種因素進(jìn)行分析、比較和選擇（以16F/2D層的6#樓住宅樓為例）。

方案一：鉆孔灌注樁加固方案（勘察報(bào)告推薦方案）.

灌注樁是指在設(shè)計(jì)的樁位用機(jī)械按要求成孔，而后在孔內(nèi)下入鋼筋骨架，灌注混凝土而成樁，待混凝土凝固后便可借助樁的側(cè)摩阻力和端阻力承受上部結(jié)構(gòu)荷載。它是一種就地灌注成樁的形式。

由該場(chǎng)地的工程性質(zhì)及場(chǎng)地的地理?xiàng)l件，采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁。該方案從技術(shù)的可行性和工程的可靠性都是滿足設(shè)計(jì)要求的。

根據(jù)勘察報(bào)告中提供的估算結(jié)果，擬選擇Φ 6 0 0 m m鉆孔灌注樁，基礎(chǔ)等效成7 0.0 0.m×15.00m，有效樁長(zhǎng)23.50m，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk=1400.kN，混凝土水下灌注用C20，初估樁數(shù).218根。

按鉆孔灌注樁綜合單價(jià)1000元/m3計(jì)算，總造價(jià)為120萬(wàn)元。

方案二：CFG樁復(fù)合地基加固方案

CFG樁具有較高的樁身強(qiáng)度，能承受較大份額的上部荷載，以往的加固經(jīng)驗(yàn)表明，CFG樁加固后的復(fù)合地基承載力較加固前可提高2～3倍甚至更高，可以滿足設(shè)計(jì)要求。該方案從技術(shù)的可行性和工程的可靠性都是滿足設(shè)計(jì)要求的。

根據(jù)勘察報(bào)告中提供的地層參數(shù)，擬選擇Φ410mm的CFG樁基礎(chǔ)等效成70.00m×15.00m，有效樁長(zhǎng)18.0m，面積置換率m=0.0515時(shí)能達(dá)到承載力及沉降要求，混凝土泵送用C20，初估樁數(shù).409根。

按CFG樁綜合單價(jià)700元/m3計(jì)算，總造價(jià)為68萬(wàn)元。

綜上所述，對(duì)于方案一，由于采用泥漿作業(yè)，特別是在易于自然造漿的粘土層鉆進(jìn)，往往會(huì)產(chǎn)生大量的高粘度，高比重廢泥漿，加上排出的大量鉆渣，處理不當(dāng)很容易造成城區(qū)環(huán)境條件污染，下水道淤積，在某些情況下，還會(huì)造成附近水質(zhì)的污染，而且施工的費(fèi)用也高；對(duì)于方案二，不僅能提高地基土的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且施工也容易，操作也簡(jiǎn)單，工程費(fèi)用也較低，現(xiàn)在也是常采用的一種施工工藝。即在該工程兩種方案選擇中采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行處理無(wú)論從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、工程可靠性等各種因素來(lái)說(shuō)都是一種最佳的選擇。從方案選擇來(lái)看，雖然鉆孔灌注樁方案工藝污染大、施工費(fèi)用高，而CFG樁既便宜又簡(jiǎn)單、污染又小，但是天津地區(qū)的勘察報(bào)告推薦前者，其主要原因有兩個(gè)。一是天津大部分地區(qū)是海相沉積地層，第四紀(jì)淤泥質(zhì)軟土太厚，尤其是近海工程區(qū)域只有采用鉆孔灌注樁才能解決承載力和沉降問(wèn)題。所以針對(duì)相對(duì)來(lái)說(shuō)地層好些的個(gè)案武清地區(qū)也是一概而論地推薦傳統(tǒng)工藝，這是保守的思想。二是地基處理規(guī)范要求淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定CFG樁的適用性，而天津的勘察設(shè)計(jì)人員缺乏CFG樁的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，若做工前試樁又要耗費(fèi)一個(gè)月的時(shí)間，因此勘察單位在報(bào)告中不因地制宜地考慮CFG樁，而是直接推薦成熟的鉆孔灌注樁工藝，久而久之就成為了常態(tài)。

3 CFG樁的設(shè)計(jì)計(jì)算

擬建物基底持力層為④層粘土，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取值95kPa。根據(jù)該工程《巖土工程勘察報(bào)告》中地基土的埋藏分布特點(diǎn)及物理力學(xué)性質(zhì)，選擇⑦層作為樁端持力層，選擇樁徑為φ410mm，樁長(zhǎng)18.0m。單樁承載力經(jīng)計(jì)算取Ra=620kN。復(fù)合地基承載力特征值按照f(shuō)spk=290kPa考慮，置換率取m=0.0515。

擬建物基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，按矩形布樁，由置換率m=0.0515計(jì)算樁間距為1.6m×1.6m。樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置厚度為20cm的碎石墊層，粒徑為5～20mm左右。樁體強(qiáng)度取C20，坍落度180～220mm。

4 CFG樁加固地基的試驗(yàn)與檢測(cè)

單樁靜載試驗(yàn)采用壓重堆載法試驗(yàn)，由壓重千斤頂荷載板等組成的工作系統(tǒng)對(duì)復(fù)合地基加荷試驗(yàn)得到單樁復(fù)合地基承載力的特征值。本棟號(hào)共靜載荷試驗(yàn)3個(gè)點(diǎn)，確定3點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值為290kPa,滿足設(shè)計(jì)要求。

低應(yīng)變檢測(cè)CFG樁樁身完整性95根樁，檢測(cè)比例約為30%。所測(cè)的95根CFG樁均屬于I類樁或II類樁，均沒(méi)有影響正常使用的樁。

5 破壞性靜載試驗(yàn)結(jié)果及分析

為合理修正CFG樁承載力在該地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，在樓座基礎(chǔ)外同標(biāo)高區(qū)域做了兩棵同參數(shù)的試驗(yàn)樁，并進(jìn)行了破壞性的靜載試驗(yàn)。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002，J220-2002）附錄A中當(dāng)壓力-沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取比例界限；當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半。根據(jù)P1#、P2#點(diǎn)P-S曲線上極限承載力確定為653.kPa，由此確定此2點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值為320 kpa，但從P-S曲線可以看出，當(dāng)復(fù)合地基承載力特征值為320 kPa時(shí)，對(duì)應(yīng)最大沉降達(dá)到54.24㎜，已超出設(shè)計(jì)要求的50㎜沉降值。從P-S曲線上對(duì)應(yīng)50㎜沉降值時(shí)的復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)為300kPa。與設(shè)計(jì)值基本吻合。

本工程CFG樁復(fù)合地基施工于2010年3月施工完成，2010年底主體結(jié)構(gòu)全部完成，依據(jù)天津市建業(yè)測(cè)繪有限責(zé)任事務(wù)所提供的沉降觀測(cè)資料，結(jié)構(gòu)封頂建筑物最大觀測(cè)沉降量為38㎜，依據(jù)天津地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，高層建筑主體結(jié)構(gòu)封頂時(shí)的沉降值能達(dá)到總沉降量的80%左右，按此估算建筑物的最終沉降量能夠滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院提出的設(shè)計(jì)不大于50㎜的要求，且與CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)的沉降估算值基本吻合。

6 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題

（1）槽底在水位以下，雖然前期進(jìn)行了降水施工，但因?yàn)樘旖虻貙虞^軟，開(kāi)槽施工作業(yè)面雖然預(yù)留了800㎜的保護(hù)層，且施工正值冬季施工，天津地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)凍深層在600㎜左右，較低的氣溫使得作業(yè)面被凍，有利于鉆機(jī)工作。但偶有幾天氣溫稍微上升，地面解凍，作業(yè)面變軟，就給鉆機(jī)施工帶來(lái)很大的不便。通過(guò)使用渣土墊層才得以解決施工難度。因此在該地區(qū)施工時(shí)應(yīng)做好施工預(yù)案，可以采取地面施工或墊渣土或鋼板施工。

（2）淺部斷樁嚴(yán)重。在飽和軟土中成樁,當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí),新打樁對(duì)已打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓,使得已打樁被擠成橢圓形或不規(guī)則形,嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生淺部斷樁。小樁距時(shí)應(yīng)考慮采用隔樁跳打作業(yè)。另外在使用小型挖掘機(jī)清土?xí)r，由于工期緊張樁體強(qiáng)度齡期不夠造成斷樁。

（3）樁頂往下約-2.5m深度出現(xiàn)少部分縮徑或斷樁現(xiàn)象，分析其原因可能是該位置是地下水降深后的水位線，而此處地層巖性恰為粉土與粘土的分界，泵送砼時(shí)在此界面停拔壓砼造成縮徑或斷樁。

（4）以上施工中出現(xiàn)的問(wèn)題是CFG樁在天津地區(qū)應(yīng)用中的普遍規(guī)律，在方案實(shí)施中，必須做好精心組織、控制到位，才能保證項(xiàng)目質(zhì)量。

7 結(jié)論

（1）從復(fù)合地基的靜壓結(jié)果數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了在天津武清軟土地區(qū)采用CFG樁復(fù)合地基處理軟土的可行性。

（2）復(fù)合地基中由于CFG樁中摻入少量的粉煤灰，不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載力其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高，變形小，施工簡(jiǎn)單易行，工程造價(jià)一般為樁基的1/3～1/2，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。

（3）由于CFG樁復(fù)合地基，在沿海地區(qū)的施工中還很少應(yīng)用這種樁，在此次的施工中遇到很多問(wèn)題并得到相應(yīng)的解決，這樣為沿海地區(qū)成功實(shí)施這種新工藝奠定了基礎(chǔ)，并總結(jié)了一定的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

（4）在天津武清等軟土地區(qū)施工CFG樁工藝時(shí)，因?yàn)榈貙虞^軟，應(yīng)盡量在地表作業(yè)。若基槽較深時(shí)，應(yīng)加大保護(hù)土的厚度，或在作業(yè)面上墊上一層渣土一定程度硬化作業(yè)面，以確保施工質(zhì)量。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB.50007-2002)[S].2002.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ.79-2002，J.220-2002)[S].2002.

[3]閻明禮，張東剛.CFG.樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

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[5]殷宗澤，龔曉南.地基處理工程實(shí)例[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[6]地基處理手冊(cè)（第二版）編寫(xiě)委員會(huì).地基處理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

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[8]閻明禮.地基處理技術(shù)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1996.