壓實填土與CFG 樁復合地基綜合應用

袁彥華

(大同煤礦集團設計研究有限責任公司，山西大同　037003)

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壓實填土與CFG 樁復合地基綜合應用

袁彥華

(大同煤礦集團設計研究有限責任公司，山西大同037003)

摘要:根據大同煤礦集團公司四老溝礦通風機房的基本概況，確定了該通風機房的地基處理方案，并結合地基處理設計依據，闡述了壓實填土及CFG樁設計方法，使地基設計達到安全、適用、經濟的效果。

關鍵詞:通風機房，地基處理，壓實填土，CFG樁

大同煤田地區(qū)呈低山丘陵地貌，地形復雜，溝谷發(fā)育，地勢總體為南高北低。礦井的井筒在選址時一般會根據井田分布將井筒布置于井田開采開拓最適宜的位置，有時就會給地面配套建筑物的廠址選擇造成較大的困難，建筑物地基往往會處于復雜的地形上，且地質的變化真可謂是各有千秋，地基處理就成為建筑物施工中必須要進行的一道工序。而如何選擇最適用合理的地基處理方案，對設計人就有一定的經驗要求。筆者通過多年工程設計的經驗，希望能為相似類型的地基處理提供一些參考。

1　工程基本概況

本工程位于大同煤礦集團公司四老溝礦。由于礦井生產需要，回風立井處需要新建通風機房一座。通風機房建筑由本體、風道和擴散塔三部分組成，其中本體尺寸為30．6 m×28．2 m，結構形式為門鋼結構，風道全長110 m，為鋼筋混凝土風道，擴散塔為7．0 m×7．0 m，高度18 m，為鋼筋混凝土結構。建設單位提供的本工程巖土工程勘察報告中顯示，場地內第①層土土質為雜填土，以粉土為主，含煤屑、磚塊、生活垃圾等雜質，地基承載力特征值僅為90 kPa。第②層為粉質粘土，但其厚度不均勻，地基承載力特征值僅為110 kPa。以上兩層均不能作為地基的持力層。而第③層為泥巖，地基承載力特征值為250 kPa，可以作為建筑物地基的持力層。通風機房所處位置為一山坡，風道及本體建筑物大部分位于坡頂，而東南角局部位于山坡坡面之上，擴散塔位于坡底。根據機電安裝專業(yè)提供的圖紙要求，本工程設計標高應以立井井筒出口標高作為0．000標高，而山坡坡底現場實際標高比設計標高低12 m左右。綜上所述，通風機房需要進行地基處理，以滿足建筑物的施建。

2　地基處理方案確定

地基處理設計時，應本著安全、適用、經濟的原則，選取最佳的地基處理形式，目的就是為工程建設縮短工期，減少投資?？辈靾蟾嬷薪ㄗh選用灰土樁作為地基處理方案，但建筑物所處地形高低起伏太大，無法使用單一的地基處理方式。經過多次的現場調查以及開專題會研究，決定選用先填土后進行CFG樁擠密的方法進行地基處理。首先將第①層平均厚度為1．3 m雜填土層全部挖除。然后對建筑物東南角進行大面積壓實填土，壓實填土后標高達到設計室外標高。最后用CFG樁對壓實填土層進行擠密和加固。為了保證安全，坡底設計鋼筋混凝土扶壁式擋墻進行支護。填土后坡面采用毛石砌筑護坡進行保護。

3　地基處理設計依據

1)GB 50215—2005煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范;2)GB 50592—2010煤礦礦井建筑結構設計規(guī)范;3)GB 50007—2011建筑地基基礎設計規(guī)范;4)JGJ 79—2012建筑地基處理技術規(guī)范; 5)GB 50011—2010建筑抗震設計規(guī)范;6)GB/T 50783—2012復合地基技術規(guī)范;7)建設單位提供的巖土工程勘察報告。

4　地基處理壓實填土設計

因壓實填土厚度的不均勻，厚度較大，根據規(guī)范放坡會占用相當大的土地，而在初步設計中，本工程所處的場地已進行了購地范圍的界定，為了不超出允許的購地范圍，故而在場區(qū)邊界線處先設置一段7 m高鋼筋混凝土扶壁式擋墻，保證不會侵占土地。在第②層粉質粘土上直接填土時，填土平均厚度達到了9 m，下層的粉質粘土頂面處自重壓力值pcz遠大于其地基承載力特征值，故先設置了2．0 m厚3∶7灰土墊層，以承受上層壓實填土產生的壓力。并對粉質粘土層這層軟弱下臥層進行了驗算，滿足規(guī)范要求。壓實填土分為兩階，第一階由坡底填至－7．000，即填至擋土墻墻頂;第二階再放坡填至設計室外地坪。擴散塔及本體局部將位于第二階壓實填土上。第二階壓實填土待全部工程完工后，

5　CFG樁復合地基的設計

1)CFG樁復合地基適用性。本工程所處地基土層為粉質粘土，滿足CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土等素填土地基這一范圍。并且設計人員多次對施工現場進行了調研，確定了可行性。

2)CFG樁復合地基的原理。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁，它具有一些剛性樁的特點，但它又是通過褥墊層與建筑物基礎斷開，故而樁體只承受豎向荷載。密實的CFG樁體在地基土層中對樁間土起到擠密作用，樁體與原地基相互結合從而形成復合地基，達到提高地基承載力、減少沉降和不均勻沉降的作用，共同作用下承受水平荷載。

3)CFG樁復合地基的特點。CFG樁是針對碎石樁承載特性的一些不足，加以改進而發(fā)展起來的。特點是能更好地提高地基承載力、技術可靠、施工速度快、工期短、操作技術易于掌握、工程造價低、節(jié)約投資。

4)CFG樁的復合地基承載力計算。根據JGJ 79—2012建筑地基處理技術規(guī)范，本工程中CFG樁樁徑取400 mm，按正方形布樁，樁間距取1．7 m，樁的有效長度取15 m。地基承載力特征值要求達到220 kPa。CFG樁單樁豎向承載力特征值按下式計算:

其中，up為樁的周長，m;qsi為樁周第i層土的側阻力特征值，kPa;lpi為第i層土的厚度，m;αp為樁端端阻力發(fā)揮系數;qp為樁端端阻力特征值，kPa;Ap為樁截面面積，m2。

經計算，Ra=609 kN。

復合地基承載力特征值計算公式如下:

其中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率;Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為單樁的截面面積，m2;β為樁間土承載力折減系數;fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa。

fsk取110 kPa，λ取0．8，β取0．8，經計算，m=0．043 36。

經計算fspk=252 kPa，滿足要求。

樁體強度按下式計算:

經計算CFG樁樁身強度取C20。

6　CFG樁的布樁及技術要求

因本建筑物各部分的占地面積均比較小，且室內有大量的設備基礎，為保證建筑物整體性、防止地基的不均勻沉降，基礎型式均選用筏板基礎。所以布樁形式選擇了正方形布樁。

設計中擬選用的施工工藝為長螺旋鉆孔灌注成樁，規(guī)范中樁徑建議為350 mm～600 mm，故本工程樁直徑選取400 mm。樁間距規(guī)范中建議取值為3倍～5倍樁徑，本工程樁長設計為1．70 m。樁長根據建設單位提供的地勘資料進行設計，樁的有效長度取15 m，且樁身進入強風化泥巖層不應小于0．5 m。褥墊層的厚度宜為樁徑的40%～60%，褥墊層材料最大粒徑不宜大于30 mm。本工程設計樁頂和基礎之間鋪設一層厚240 mm的級配砂石或碎石褥墊層，級配砂石一般粒徑1 cm～3 cm，最大粒徑不大于3 cm。干容重控制大于2．0 g/cm3。褥墊層施工時采用靜壓法。樁頭預留有1．0 m保護樁段，在基礎施工前挖掉。挖樁時宜采用小型機械，不應破壞樁頂標高以下樁體，并不得擾動樁間土層。處理后的地基變形計算，要根據建筑物類別以及設計要求確定是否需要進行計算。如需要計算的可按規(guī)范中相關條款進行。

7　CFG樁施工過程中的問題

CFG樁施工工藝、樁身混凝土配合比、施工中的質量控制，以及相關問題，施工單位應進行合理有效的施工組織設計。

CFG樁的質量檢驗應符合相關施工規(guī)范和檢驗規(guī)范。

CFG樁施工時對于機具的選擇、施工人員的素質也應有嚴格的要求。本工程施工過程中出現了鉆孔不成功的情況，施工單位反映，鉆孔到一定深度后，機具無法繼續(xù)向下工作，達不到設計要求的樁長。而且通過在周邊另選孔位也不成功，于是建議設計單位另選地基處理方案。設計人員與地勘人員現場查看并對土層取樣，發(fā)現在此位置存在局部泥巖層，而其下部仍是粉質粘土，樁端并末能到達設計所需持力層。而施工單位選取的機具功率較小，不能穿透此層泥巖。建設單位要求施工單位換機具后鉆孔成功，達到設計要求。從中設計人員發(fā)現，機具的選擇也是相當重要的一環(huán)。

精良的施工人員能通過大量的施工經驗，確定樁施工時是否到達設計所需持力層，以及對土層的辨識、對機具的掌控都具有良好的素質，對工程保質保量的施工起到了很大的保證。

8　結語

地基是建筑物的根本，地基處理好壞對上部建筑物的施工起到決定性的作用。地基處理除應滿足工程設計要求外，還要做到因地制宜，就地取材、保護環(huán)境和節(jié)約資源等。CFG樁以應用范圍廣、造價相對低廉已經在很多工程實踐中大量應用。本工程的地基處理的運用，希望能給相似工程提供參考和借鑒。

參考文獻:

［1］GB 50215—2005，煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范［S］．

［2］GB 50592—2010，煤礦礦井建筑結構設計規(guī)范［S］．

［3］GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］．

［4］JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規(guī)范［S］．

［5］GB 50011—2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］．

［6］GB/T 50783—2012，復合地基技術規(guī)范［S］．

中圖分類號:TU473．1

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0055-02

收稿日期:2016-04-03

作者簡介:袁彥華(1977-)，男，工程師修筑毛石護坡進行保護。根據建筑物地基基礎設計規(guī)范6．3條中相應條款，壓實填土的填土材料選用級配土夾石(碎石占總重的30%)，放坡坡度為1∶1．25。填土時采用分層機械碾壓密實，地基主要受力范圍內壓實系數不小于0．97，以下為不小于0．95。鋼筋混凝土扶壁式擋墻出露地面7 m，埋深為1．5 m。扶壁每3 m設置一道，全長為120 m。其所處位置也需進行地基處理，處理方法也選用CFG樁。

Comprehensive application of composite foundation of compacted soil-filling and CFG pile

Yuan Yanhua
(Datong Coal Mine Group Design Academy Co．，Ltd，Datong 037003，China)

Abstract:According to basic conditions of Silaogou mine ventilation room of Datong Coal Mine Group Corporation，the paper determines ventilation room foundation treatment scheme，and describes compacted soil-filling and CFG pile design methods by combining with foundation treatment，so as to make the foundation design safe，applicable and economic．

Key words:ventilation room，foundation treatment，compacted soil-filling，CFG pile