CFG復合地基在沿海灘涂地區(qū)的應用

梁發(fā)彪

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

我國海岸線漫長，沿海分布著許多的經(jīng)濟重鎮(zhèn)。隨著經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，對土地的需求越來越大，而土地資源的緊缺會嚴重影響經(jīng)濟的發(fā)展，所以，沿海地區(qū)通常圍海造地。而沿海灘涂區(qū)或吹填區(qū)雖地勢平坦，但地質(zhì)條件差，地基承載力低，地下水位高，非常不利于施工。中國建筑科學研究院地基基礎研究所于1992年成功開發(fā)出CFG復合地基技術，為解決軟土地基承載力不足問題提供了解決方案。

復合地基是指在地基處理中對天然地基中的部分土體進行增強或置換，或設置加筋材料，加固區(qū)是由基體和增強體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，由基體和增強體共同承受荷載的作用。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的英文簡稱，是由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻適量水泥加水拌合，用各種成樁機械制成的高黏結強度樁。CFG樁和樁間土，通過褥墊層形成CFG復合地基共同工作。隨著工程技術的發(fā)展，采用素混凝土等其他填充料的改良，CFG復合地基應用越來越廣泛，普遍用于黏性土、粉土、沙土、松散填土、淤泥質(zhì)黏土的處理。

本文就CFG復合地基在具體工程實例中的應用進行詳細介紹。

1 工程概況

擬建V型濾池位于唐山市樂亭縣臨港工業(yè)聚集區(qū)內(nèi)。該場地屬于濱海相海陸沉積地貌，巖土層自上而下分別為：第①層：素填土。黃褐色，松散～稍密，以粉土為主，夾細砂、粉質(zhì)黏土薄層。層底標高0.89～0.32m，層厚0.50～1.60m。第②1層：粉土。褐灰色，中密～密實，切面無光澤，韌性較差，土質(zhì)不均，夾粉砂、粉質(zhì)黏土薄層，含貝殼碎屑。該層不連續(xù)。層底標高-0.05～3.91m，層厚0.60～4.30m。第②層：細砂。淺灰色，松散，分選不均，級配良好，成分以石英、長石為主，夾粉土薄層，含貝殼碎屑。層底標高-0.61～4.22m，層厚0.50～4.50m。第③層：細砂。淺灰色，飽和，稍密～中密，中等壓縮性，分選不均，磨圓較差，級配良好，成分以石英、長石為主，含貝殼碎屑。層底標高-5.53～7.39m，層厚2.10～6.40m。第④層：粉質(zhì)黏土。褐灰色，軟塑～可塑，中等～高等壓縮性，切面光澤暗，韌性中等，土質(zhì)不均，夾黏土薄層，韌性中等，含有機質(zhì)、貝殼碎屑。層底標高-8.54～12.27m，層厚2.00～5.30m。第⑤1層：粉土。淺灰色，稍濕，密實。中等壓縮性，切面無光澤，砂性強，韌性差，土質(zhì)不均，干強度中等。層底標高-9.08～11.75m， 層厚1.10～3.20m。 第⑤層：粉砂。淺灰色，稍密～中密。中等壓縮性，分選不均，級配良好，成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，含貝殼碎屑，局部夾薄層粉土、細砂。層底標高-9.94～13.75m，層厚0.40～4.90m。第⑥層：粉土。淺灰色，稍濕，密實。中等壓縮性，切面無光澤，砂性強，韌性差，土質(zhì)均勻，干強度中等。層底標高-15.35～17.04m，層厚1.60～5.50m。第⑦層：粉砂。褐黃色，飽和，中密～密實。中等～低等壓縮性，分選不均，磨圓較差，級配良好，成分以石英、長石為主，含貝殼碎屑，局部夾粉土。

根據(jù)勘察單位提供的地勘報告：①該場地巖土性能差，存在較厚未完全固結土層；②綜合評定場區(qū)液化指數(shù)為4.35～8.19，液化等級為輕微～中等，場區(qū)存在液化土層，屬建筑抗震不利地段；③水位埋深0.35～0.85m，地下水位埋深淺，且對混凝土和鋼結構具有中等腐蝕性。經(jīng)過多方比較論證，地基處理采用CFG復合地基的方式具有明顯的技術經(jīng)濟優(yōu)勢。

2 CFG復合地基加固原理

2.1 樁體的置換作用

CFG樁樁體自身的抗剪強度和變形模量遠遠高于樁間土體，因此在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯低于樁間土。當基礎傳給復合地基附加應力時，隨地層的變形逐漸集中在CFG樁體上，形成應力集中的現(xiàn)象，多數(shù)荷載由樁體承擔，而樁間土體承受少，所以復合地基較原土地基承載力顯著提高，沉降量也有所減少。而隨著CFG樁體的剛度不斷提高，樁體的置換作用越明顯。

2.2 褥墊層作用

豎向荷載作用下，樁體逐漸刺入褥墊層。墊層材料在受壓同時產(chǎn)生流動，而這種流動的補償不僅保證了土體和基礎面保持接觸，而且使樁間土的壓縮明顯增大，確保了樁間土的承載力充分發(fā)揮，使土、樁共同作用得以實現(xiàn)。樁間土承載力的發(fā)揮，導致CFG樁體承受荷載相對減少，地基中的接觸壓力和豎向應力分布得到均化和調(diào)整，地基變形明顯改善，復合地基承載力顯著提高。另外，樁間土壓縮增大，使樁側法向應力增大，樁側摩阻力增大，樁體承載力提高，復合地基承載力進一步提高。

2.3 擠密和加筋作用

CFG樁在成樁過程中，成樁機械通常采用振動、沉管成孔，因此對土體有一定的擠密作用。此外，CFG樁不僅提高了地基的承載力，還提高了土體的抗剪強度。

3 CFG樁施工

針對現(xiàn)場地質(zhì)條件，選用振動沉管灌注工藝進行CFG樁的施工。

CFG樁樁身設計強度為C35S8，樁徑400mm，樁端持力層為第⑤層粉砂層，進入深度不小于2m。為了有效防止地下水對樁體的腐蝕，CFG樁混凝土摻加硅粉（水泥含量的4%）及摻加混凝土外加劑。褥墊層采用厚300mm的級配砂石，要求級配良好，不含植物殘體、垃圾等，褥墊層夯實度不大于0.90。

3.1 成樁特點及施工注意事項

在施工過程中，首先在打樁前需預留一定厚度的保護土層，防止原狀土在施工過程中被擾動；其次，樁身強度達到設計強度后，挖除保護土層，確保褥墊層下土層標高，且要進行必要的壓實處理，避免出現(xiàn)“翻漿”現(xiàn)象；再次，褥墊層鋪設前，必須剔鑿樁頭，嚴禁直接將保護樁頭部分直接埋入褥墊層內(nèi)，嚴格控制樁頂設計標高。值得注意的是，施工中決不允許用素混凝土代替墊層材料。

同碎石樁等散體材料樁不同的是CFG樁為高黏結強度樁，豎向荷載作用下，橫向應變小，臨界樁長，通常全樁長發(fā)揮側摩阻力。當持力層為良好土層時，端承作用大，可將上部荷載直接傳給深層地基，從而大幅提高地基承載力。同時，由于CFG復合地基CFG樁體和土體比較承受荷載多，所以樁土應力比大。

由于CFG復合地基樁土應力比大，故復合地基在施工中要確保CFG樁自身質(zhì)量，避免出現(xiàn)縮頸、斷樁、串孔等質(zhì)量問題。

3.2 CFG樁施工質(zhì)量控制要點

（1）施工前，根據(jù)設計技術要求進行混凝土配合比設計，不合理時及時調(diào)整；施工過程中，嚴格按照配合比報告進行施工，混凝土攪拌時間每盤不得少于3min，塌落度宜控制在220～250mm。

（2）保證樁管垂直度，采用雙面吊鉛垂法控制，垂直度偏差不得超過1%。

（3）控制樁位偏差不大于0.4D（D為樁徑），鋼尺測量；樁長不得超過設計樁長+100mm，測量樁管長度。

（4）嚴控拔管速度，粉土和粉質(zhì)黏土中拔管速度不大于1.2m/min，淤泥質(zhì)土控制速度在0.8～1.0m/min。拔管前，留振5～10s，以確保樁端混凝土密實。

（5）保證混凝土的灌注量，充盈系數(shù)大于1.0；保證混凝土供應的連續(xù)性，盡量避免二次加料，如需空中二次加料，須嚴格控制拔管高度，嚴防樁頭脫離一次灌注倉面，出現(xiàn)泥土夾層導致斷樁現(xiàn)象發(fā)生。

（6）澆筑完成后，應用水準儀測量保護樁頭的頂標高，偏差不大于30mm。

（7）嚴格控制褥墊層的厚度20mm和夯填度不大于0.9符合設計要求，鋼尺測量。

3.3 CFG樁的性能檢測

3.3.1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗

隨機抽取CFG樁，采用堆載法進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗，得到CFG樁單樁極限承載力。

樁的總沉降量復合規(guī)范要求，觀察、記錄并繪制沉降隨時間、荷載曲線變化圖，通過曲線變化圖直觀判斷沉降變化均勻，符合彈性變化規(guī)律，由此得出，在此承載力作用下，樁體還未達到極限承載力狀態(tài)。

3.3.2 復合地基靜載荷試驗

隨機抽取復合地基，采用快速維持荷載法進行復合地基靜載荷試驗。所謂快速維持荷載法是指每小時加載一級，分8次完成加載總量，加載總量為設計值的2倍。沉降量遠遠小于規(guī)范要求沉降量，試驗曲線大致符合漸進型的光滑曲線，不存在陡降點，由此得出，復合地基承載力完全滿足設計要求。

3.3.3 樁身完整性檢測

隨機抽取CFG樁總數(shù)的20%進行樁身完整性檢測，采用低應變反射波法進行試驗。通過反射波的判讀，確定Ⅰ、Ⅱ類樁的數(shù)量及Ⅲ、Ⅳ類等缺陷樁的數(shù)量和缺陷類型。

4 結語

通過CFG復合地基處理的灘涂地區(qū)地基承載力提高了3倍或更高，而沉降量遠遠小于規(guī)范要求，地基變形小，有效改善了該類區(qū)域的地基條件，使之滿足建筑使用要求。

［1］JGJ79—2002，建筑地基處理技術規(guī)范［S］.

［2］JGJ106—2003，建筑基樁檢測技術規(guī)范［S］.

［3］閻明禮，張東剛.CFG復合地基技術及工程實踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2001.