CFG樁在復(fù)合地基加固中的應(yīng)用

方李

摘要：CFG樁復(fù)合地基以其單樁承載力高、沉降變形小、施工簡便、造價(jià)較低、適用性廣等特點(diǎn)，在軟弱土和不良地基處理中獲得廣泛應(yīng)用。本文對這種復(fù)合地基的加固機(jī)理、技術(shù)特點(diǎn)和工程應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：CFG樁復(fù)合地基；加固；應(yīng)用

當(dāng)天然地基的承載力無法滿足建筑荷載要求時(shí)，就要對地基進(jìn)行處理，其中通過增強(qiáng)或置換部分土體，達(dá)到由地基土和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的地基形式稱為復(fù)合地基。雖然五六十年前這個(gè)概念才被提出來，但復(fù)合地基的實(shí)踐歷史已有數(shù)千年之久，早期人類就學(xué)會了使用木樁來處理軟土地基。復(fù)合地基有很多類型，按樁型可分為碎石樁復(fù)合地基、砂樁復(fù)合地基、土樁復(fù)合地基、石灰樁復(fù)合地基、水泥攪拌樁復(fù)合地基、CFG樁復(fù)合地基等，其中CFG樁復(fù)合地基是由我國建筑科學(xué)研究院地基所于20世紀(jì)80年代末開發(fā)出來的一種新型技術(shù)，目前在地基處理中得到廣泛應(yīng)用，適于處理黏性土、粉土、砂土和已固結(jié)的素填土地基。為了更好地理解和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，本文對CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理、技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理及技術(shù)特點(diǎn)

1.1GFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理。CFG樁復(fù)合地基是由CFG樁、樁間土、褥墊層和基礎(chǔ)構(gòu)成的復(fù)合地基。CFG樁采用了水泥、粉煤灰、粗骨料（卵石、碎石或兩者混合料）、細(xì)骨料（砂或石屑）和水混合攪拌后灌注而成，可采用振動(dòng)沉管打樁機(jī)或長螺旋鉆管樁機(jī)成樁，后者為了改善混合料的泵送性能可加入適量泵送劑。CFG樁的受力特性與素混凝土樁類似，屬高粘結(jié)強(qiáng)度樁（樁體強(qiáng)度一般C5～C25）。在荷載作用下，CFG樁的壓縮性遠(yuǎn)低于樁間土，表現(xiàn)為剛性樁特征，其樁側(cè)和樁端可以分別發(fā)揮摩擦樁、端承樁的效果，同時(shí)樁間土受到置換或擠密置換作用也提高了承載力。褥墊層由級配良好的顆粒狀松散材料（5～20mm碎石或粗砂、中砂等配合而成）構(gòu)成，其將上部荷載分配給CFG樁和樁間土，使樁和土共同承擔(dān)上部傳遞的荷載。荷載較小時(shí)，樁間土承擔(dān)了大部分荷載。隨著荷載的增加，CFG樁承擔(dān)荷載的比例逐步增加并超過了樁間土，可見CFG樁的加入使復(fù)合地基的承載力提高了，而CFG樁的低壓縮性又使地基沉降變形減小，因此CFG樁具有加固地基的作用。

1.2 GFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)。CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)就是依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告、場地環(huán)境條件及建筑物的平面布置圖，計(jì)算復(fù)合地基的承載力，確定樁長、樁徑、樁間距、樁身強(qiáng)度、褥墊層厚度及材料等參數(shù)，最后驗(yàn)算復(fù)合地基變形。

初步設(shè)計(jì)時(shí)，CFG樁復(fù)合地基承載力可按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）對有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體的復(fù)合地基公式7.1.5-2進(jìn)行計(jì)算，該式反映了單樁承載力與樁間土承載力按面積分配，再結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)揮系數(shù)的疊加。單樁承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗(yàn)取得，沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)可按公式7.1.5-3進(jìn)行估算。但這樣計(jì)算的結(jié)果通常仍需按基礎(chǔ)寬度和埋深進(jìn)行修正，因?yàn)榘础督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）5.2.4條規(guī)定，基礎(chǔ)寬大于3m或埋深大于0.5m時(shí)，根據(jù)載荷試驗(yàn)或原位測試、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按公式5.2.4進(jìn)行修正。經(jīng)修正后的復(fù)合地基承載力特征值往往比公式7.1.5-3計(jì)算的結(jié)果要大得多。其實(shí)，這只是一個(gè)方面，天然地基修正后也具有這樣結(jié)果。在特定條件下，例如土層為粉土、黏性土、粉細(xì)砂且基礎(chǔ)寬深較大時(shí)，有可能經(jīng)CFG樁處理的復(fù)合地基承載力尚不如沒有處理的天然地基承載力。之所以會出現(xiàn)這樣的結(jié)果，反映現(xiàn)行規(guī)范的公式不完善，安全系數(shù)取值偏于保守，因此有不少學(xué)者提出了不同的承載力計(jì)算公式或修正系數(shù)。

設(shè)計(jì)參數(shù)的確定。樁長主要取決于CFG樁以哪個(gè)土層作為持力層，通常選擇勘察報(bào)告中承載力較高的土層作為持力層，這樣樁長就可以確定了。樁徑主要取決于成樁設(shè)備，通常可在350～600mm之間選擇。樁間距一般按樁徑的3～6倍選取，承載力大時(shí)應(yīng)取小值，但樁間距過小時(shí)新樁可能對相鄰已打樁造成影響。樁身強(qiáng)度可按JGJ79-2012公式7.1.6-1及7.1.6-2（基礎(chǔ)埋深修正）計(jì)算。褥墊層厚度一般取樁徑的0.45～0.50倍或5～20mm，樁間距較大時(shí)可取較大的厚度值。

復(fù)合地基的變形計(jì)算主要有解析法、數(shù)值解法和經(jīng)驗(yàn)公式法，通常多采用經(jīng)驗(yàn)法。規(guī)范JGJ79-2012第7.1.7條規(guī)定復(fù)合地基變形計(jì)算采用復(fù)合模量法，即復(fù)合土層（加固區(qū)）的模量等于天然地基（下臥層）模量的倍，而天然地基的最終變形量按GB50007-2011第5.3.5條公式計(jì)算，即地基變形時(shí)的最終變形量，根據(jù)各層土體的應(yīng)力分布按各向同性均質(zhì)線性變形體理論計(jì)算。此外，變形計(jì)算還應(yīng)合理確定附加應(yīng)力取值，作用于基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力為準(zhǔn)永久組合，故不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震效應(yīng)。同時(shí)還要考慮地下水浮力的影響，若計(jì)算基底壓力時(shí)已扣除地下水浮力的影響，則計(jì)算地基土附加應(yīng)力時(shí)地下水位以下的土層重度應(yīng)采用浮重度，否則應(yīng)采用天然重度。

1.3GFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用場合。根據(jù)GB50007-2011第3.0.1條的規(guī)定，30層以上高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，采用復(fù)合地基方案須經(jīng)專門研究并經(jīng)專項(xiàng)論證以后才能實(shí)施，目前CFG樁復(fù)合地基已在4 5層（地上43層，地下2層）高層建筑地基處理中得到成功應(yīng)用。此外，多樁型復(fù)合地基也在一些地區(qū)得到應(yīng)用，例如灰土擠密樁與CFG樁的復(fù)合地基應(yīng)用。

2 CFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用

2.1工程概況。某高層建筑地上34層，地下2層，地下室基底埋深8.6m，采用剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)勘察報(bào)告，場地地層由雜填土、粉質(zhì)黏土（有2個(gè)亞層）、強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖和中風(fēng)化混合花崗巖構(gòu)成?？辈焐疃葍?nèi)有2個(gè)含水層，第l層為上層滯水，第2層為承壓水，穩(wěn)定水位在花崗巖頂面之上1.0m處。經(jīng)方案比選，選用筏板基礎(chǔ)，地基處理采用CFG樁復(fù)合地基方案，要求處理后的地基承載力特征值≥560 kPa。CFG樁的持力層選擇強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，要求樁端進(jìn)入巖層至少0.5m，所以確定樁長為11m，該層地基承載力fak=500kPa，樁端端阻力特征值q=1100k a。

2.2 GFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)。根據(jù)施工設(shè)備條件，擬定樁型為長螺旋鉆管內(nèi)壓CFG樁，樁徑定為400mm，設(shè)計(jì)樁身砼強(qiáng)度為C25，單樁承載力特征值≥600kN。利用JGJ79-2012公式7.1.5-2反算出面積置換率為8.7%。再根據(jù)樁徑和面積置換率計(jì)算樁間距為1200mmx1200mm，布樁采用正方形網(wǎng)格形式，基礎(chǔ)基底外圍布置2排樁，總樁數(shù)為467根。又根據(jù)JGJ79-2012第3.0.4條關(guān)于基礎(chǔ)寬深的修正系數(shù)取值規(guī)定，核算CFG樁復(fù)合地基承載力特征值f=625.8kP>560kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算復(fù)合地基最終沉降量為3 5.2m m<2 00m m，滿足規(guī)范要求。CFG樁身砼配比為：水泥324kg、粉煤灰50kg、碎石1050kg、中砂781kg、水190kg、泵送劑4.21kg，砼坍落度為160～200mm。褥墊層定為200mm厚，鋪設(shè)寬度每邊超出基礎(chǔ)邊緣至少200mm，材料采用5～16mm的碎石。

2.3 GFG樁復(fù)合地基施工。施工工藝流程為：樁機(jī)就位一鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高一砼備料、攪拌一泵送至鉆管內(nèi)一成樁養(yǎng)護(hù)一樁體檢測一清理鉆孔棄土及樁間保護(hù)土一樁頭處理一鋪設(shè)褥墊層。

2.4 GFG樁復(fù)合地基檢測。施工28d齡期后，抽取5根單樁及5點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，同時(shí)選取不少于10%樁數(shù)的單樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)測，結(jié)果單樁復(fù)合地基承載力特征值不低于560kP a，樁身完整。竣工1年后最大沉降量為27.9mm。結(jié)語：CFG樁復(fù)合地基作為一項(xiàng)新型地基處理技術(shù)，雖然開發(fā)時(shí)間不過30年時(shí)間，但在實(shí)踐中已獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但其實(shí)踐領(lǐng)先于理論的發(fā)展，按規(guī)范設(shè)計(jì)安全裕度偏大，施工中也確有控制不周之處，然而這些不足無礙該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，未來將會不斷完善。