多樁型復合地基加固軟土技術

唐良明，劉 丹，黃己偉，劉勇彪

（1.成都工業(yè)學院，四川 成都 610031；2.四川建筑職業(yè)技術學院，四川 德陽618000）

1 工程地況

某軟基位于陵間洼地，該洼地的地勢較平坦，海拔高度約為380m，呈現出西高東低走勢，地表以耕植土為主，零星分布有池塘，兩側丘陵地勢較高。該場地軟土層厚度為2.80～7.60m，均位于表層土體，其容重為γ＝17.5kN／m3，含水量為w＝104%，液限為wL＝61.9%，塑限為wP＝40.4%，固結快剪得到的粘聚力c＝7kPa，固結快剪內摩擦角φ＝18.2°，孔隙比為e＝3.342，壓縮模量為Es＝4.0 MPa，飽和度為Sr＝96%。由土體參數可知該土層含水量大、壓縮性高、觸變性大、承載力差，屬場區(qū)的淤泥地層，需在該軟土層上修建多層建筑，未經處理的軟土不能滿足承載力和沉降的要求。

根據地質鉆探揭露，發(fā)現場內地層可分為第四系耕植土、沖積層、殘積層和花崗巖四層?，F自上而下分層為:

1）耕植土（Qpd）為灰黃、灰褐色，飽和，由軟－流塑狀亞粘土組成，富含植物根。該層厚度為0.7mm；

2）沖積層（Qal）分為2個小類，淤泥質亞粘土、淤泥:深灰色，飽和，流塑，富含有機質，有臭味，局部見腐木，中下部夾中砂薄層，該層厚度為5.8m。另外一層為亞粘土，顏色為淺灰、灰綠，濕，軟塑，粘性一般，局部含腐木底部夾薄層亞粘土，該層厚度為4.7m；

3）亞粘土為褐黃色，濕，硬塑，為花崗巖風化殘積而成，遇水易軟化，層厚7.6m；

4）基巖，場區(qū)基巖屬花崗巖，鉆探僅揭露全風化巖帶，全風化花崗巖為灰褐色，濕，硬塑－堅硬，原來巖層結構還可辨別出，風化帶的鉆厚為2m。

2 設計要點

該軟基所處的位置地質條件較差，淤泥質土較厚，土層自穩(wěn)能力弱，且透（含）水性強，采用放坡開挖，開挖量大，并且容易出現塌方等工程事故，危及施工人員和機具的安全，還需要面積較大的棄土場。CFG樁及砂樁復合地基是在碎石樁加固地基法的基礎上發(fā)展起來的一種地基處理技術，這種地基加固方法結合振沖碎石樁和水泥攪拌樁的優(yōu)點，主要有以下幾個方面:

第一，施工工藝與普通振動沉管灌注樁一樣，工藝簡單，與振沖碎石樁相比，無場地污染，振動影響也較??；

第二，所用材料僅需少量水泥，便于就地取材，基礎工程不會與上部結構爭“三材”，這也是比水泥攪拌樁相比的優(yōu)越之處；

第三，受力特性與水泥攪拌樁類似。

CFG加砂樁處理方法適用于多層和高層建筑物的地基加固。建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79－2012）第7.9.2條第2款規(guī)定，對復合地基承載力較大或用于控制復合土層變形的長樁，應選擇相對較好的持力層；對處理欠固結土的增強體，其樁長應穿越欠固結土層。所以在選擇樁長時，CFG樁和砂樁均應進入基巖0.5m。

2.1 復合地基承載力特征值

根據規(guī)范第7.9.6條第2款，具有粘結強度的樁與散體材料組合形成的復合地基承載力特征值為

式中:fspk為復合地基承載力特征值，kPa；fsk為僅由散體材料砂樁加固處理后樁間土承載力特征值，kPa，取80kPa；Ra1為CFG樁單樁豎向承載力特征值（kN），取750kN；λ1為具有粘結強度CFG樁的承載力發(fā)揮系數，取0.9；m1，m2分別為具有粘結強度的CFG樁和散體材料砂樁的面積置換率，兩種樁采用矩形布樁，s1＝s2＝200cm，m1＝m2＝0.0157；β為僅由散體材料砂樁加固處理，形成復合地基承載力發(fā)揮系數，取0.8；n為僅由散體材料砂樁加固處理，形成復合地基樁土應力比，此處取3。

由式（1）可知:

2.2 復合地基工作機理

采用多樁型復合地基處理，一般情況下場地土具有特殊性，CFG樁及砂樁采用對樁間土產生擾動或擠密的振動沉管法施工，由于振動和擠壓作用使樁間土得到擠密。對于振動沉管灌注成樁工藝難以穿透厚的硬土層、砂層和卵石層等，還有在飽和粘土中成樁會造成地表隆起，擠斷已打樁，采用長螺旋鉆中心壓灌成樁可以解決上述難題。多樁型復合地基的工作特性是在同等變形條件下的增強體地基共同承擔荷載，復合地基墊層厚度和增強體直徑、間距、樁間土承載力發(fā)揮度和復合地基變形控制等有關，褥墊層過厚會形成較深的負摩阻區(qū)，影響地基增強體承載力的發(fā)揮，褥墊層過薄復合地基增強體受力過大易造成損壞，同時又會影響復合地基樁間土承載力發(fā)揮。通過調節(jié)褥墊層厚度可以調整樁、土水平荷載分擔比例，保證樁、土共同承擔荷載，減少了基礎底面的應力集中。多樁型復合地基構造如圖1所示，CFG樁及砂樁平面布置如圖2所示。

3 施工工藝

3.1 施工準備工作

現場復測地面高程，根據地面實際高程確定平整場地的標高，清除地表0.3～0.7m耕植土層，在場地中和四周做好排水管溝，對施工便道進行加固、加寬等準備工作。位于魚塘等浸水段采用降水挖除淤泥，用砂土等透水性比較好的材料換填，分層填筑，填至正常水位以上的50cm處，松鋪厚度不超過30cm，壓實度不低于90% ，設計要求鋪設砂墊層，根據規(guī)范要求每邊超過基礎長（寬）度100cm。用全站儀定出CFG砂樁及砂樁的位置，并做好標記，在套管入井時再拔掉。施工按照規(guī)范要求，對砂樁散體材料增強體的檢驗數量不少于總樁數的2%，對于CFG樁增強體，完整性檢驗數量不少于總樁數的10%，按照規(guī)范要求對處理范圍及地基強度進行復核，確保施工質量和施工速度。

3.2 工藝流程

CFG樁和砂樁的施工工藝如圖3所示。

3.3 施工作業(yè)要點

采用雙套管振動打樁機，首先根據設計樁位布置測量放線定位，安裝打樁機就位，按照隔行跳打順序施工，在施工現場機械拌制好級配碎石、粉煤灰和砂、水泥，形成制備完善的CFG樁料，隨時備用，水平運輸采用人工推車運輸。砂樁的主材料是干燥的中粗砂，其質量要求為:含泥量不超過3%，有機質含量不超過1%，細度模數大于2.7，滲透系數不小于5×10cm／s，成樁灌砂率不小于95%。

施工時采用DZ60雙套管振動打樁機，按“先護壁，后制樁”的辦法施工，即在成孔時護壁送料管先達到設計樁底的基巖面上，此時加一批料后振動上提，并繼續(xù)加料，送料管不能缺料，以免斷樁。

圖1 多樁型復合地基布置

圖2 CFG樁及砂樁直徑圖示（單位：cm）

圖3 施工工藝流程

作業(yè)順序如圖4所示，施工作業(yè)順序為:

1）DZ60雙套管振動打樁機進入現場，根據設計文件要求，完成打樁機等設備組裝；

2）樁機定位，調整沉管與地面垂直度，偏差不超過1%；

3）沉管到預定標高后停機，在沉管過程中做好每米進尺電流表上的電流記錄，用于確定土層地質情況；

4）停機后立即向管內投混合料，直到混合料與進料口齊平，混合料坍落度按3～5cm控制，成樁后浮漿厚度以不超過20cm為宜；

5）啟動電機，留振5～10s，開始拔管，拔管速率一般為1.2～1.5m／min（拔管速度為線速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥質土，拔管速率還應放慢，拔管過程中不允許反插，如果投料不足，必須在拔管過程中空中投料，以保證成樁后的樁頂標高達到設計要求；

6）沉管拔出地面，確認成樁符合設計要求后，用粒狀材料或濕粘性土封頂，然后移機進行下一根樁施工；

7）按照設計要求鋪設褥墊層。

圖4 CFG樁或砂樁施工作業(yè)順序

4 結 論

工程實踐表明嚴格按照設計規(guī)范和施工規(guī)范執(zhí)行，可獲得預期的復合地基加固效果，得出的建議和意見有以下幾個方面。

1）在飽和軟土中形成CFG樁和砂樁，采用振動砂樁成孔時由于軟土的粘滯阻尼較大，振動產生的效應不明顯，所以采用打樁機較為適合。

2）當采用打樁機連續(xù)作業(yè)時，應考慮在飽和軟土中新成樁對原有成樁的擠壓，使得已成樁產生不規(guī)則嚴重變形，容易出現縮頸和斷樁等不合格樁，在施工中局部必須采用隔樁跳打的施工順序，整體采用從場地中心向外輻射推進打樁，或從一邊向另一邊整體推進施工。

3）為完全避免新成樁過程中的振動對已結硬樁產生側向擠壓影響，施工采用螺旋鉆引孔方法，盡可能避免新成樁施工振動對已成樁造成斷樁等嚴重后果。

4）通過現場靜荷載試驗確定承載力，采用CFG樁加砂樁的多樁型復合地基加固處理措施達到了預期目標，加固效果良好。

［1］ 張艷美，潘振華，張鴻儒，等.多樁型復合地基作用機理與動力特性研究［J］.地震工程學報，2015，37（1）:82－87.

［2］ 茅曉輝，付厚利，蘇軍一.多樁型復合地基設計及工程應用［J］.建筑結構，2010，40（2）:103－105.

［3］ 彭涓.多樁型復合地基在深厚軟土地區(qū)鐵路地基處理中的應用［J］.路基工程，2014（3）:161－163，167.

［4］ 中華人民共和國行業(yè)標準.建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79－2012）［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［5］ 余茂科，宋靜曉.吹填土路基軟基處理方法比選［J］.交通科技與經濟，2014，16（6）:23－25.

［6］ 洪進武，何偉，易麗云，等.雙液高壓注漿加固處治挖孔樁塌孔 施 工 ［J］.交 通 科 技 與 經 濟，2015，17（1）:111－115.