CFG樁復(fù)合地基在鄭州逸泉國貿(mào)酒店高層建筑中的應(yīng)用

諶 霞,劉建濤

(1.河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450053； 2.河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院，河南 鄭州 450007)

0 引言

在鄭州地區(qū)建造高層建筑，天然地基往往難以滿足變形、承載力等要求。高層建筑的地基處理，一般情況下采用樁基礎(chǔ)，雖然樁基礎(chǔ)具備明確的應(yīng)力傳遞路徑、承載力高、地基變形不大等優(yōu)勢，但也存在造價較高、施工效率較低、易造成沉渣過多等缺點。尤其是基礎(chǔ)埋深較深且天然地基土具備較高強度時，樁間土承載力往往難以被發(fā)揮，另外在基礎(chǔ)承臺埋深增大的同時，樁基承載力并不增大，工程造價也因此明顯提高。

CFG樁是近年來得到快速發(fā)展的一種復(fù)合地基處理技術(shù)，在多層及小高層建筑地基處理中普遍應(yīng)用，且逐步開始運用于高層、超高層建筑地基處理之中。在逸泉國貿(mào)酒店工程地基處理中，設(shè)計運用了CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)，驗證了其在鄭州地區(qū)高層建筑應(yīng)用的可行性。

1 工程概況

地處鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)的逸泉國貿(mào)酒店，規(guī)劃建設(shè)高度達(dá)95.9 m。擬建建筑地上、地下分別為22層、2層，剪力墻結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)，以42 m×20 m作為建筑底面尺寸，基礎(chǔ)埋深為自然地面下13.0 m，基底壓力Pk約為470 kPa，因基底下部地基持力層⑦、⑧層分別約為200、150 kPa的承載力特征值，若采用天然地基，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007-2011)第5.2.4條公式fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5) 對天然地基持力層強度驗算，承載力修正值fa<基底壓力Pk，天然地基不能滿足要求，需進(jìn)行地基處理。擬采用CFG樁復(fù)合地基或鉆孔灌注樁方案。結(jié)合工期、造價等因素考慮，確定選用CFG樁復(fù)合地基方案。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

擬建工程場地位于豫皖斷塊的西北部，鄭汴坳陷與太康隆起的結(jié)合部位。從巖土工程勘察報告來看，此處地處黃河沖積形成的波狀平原，具有相對規(guī)律的地層分布，各土層工程力學(xué)性質(zhì)見表1。場地地下水位埋深6.50 m(從自然地面算起)。

表1 場地地基土工程力學(xué)性質(zhì)

3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計

3.1 CFG樁加固原理

CFG樁是一種高粘結(jié)強度的剛性樁，樁身強度等級一般為C15～C25。通過砂石褥墊層、樁等的作用，復(fù)合地基隨之形成，以置換作用作為加固機(jī)理。因CFG樁自身具備較高強度，可基于樁端阻力、樁周邊摩阻力，使得深層地基土能夠接收到樁承載的荷載，帶有剛性樁特性，且具備近似的工作原理。對比柔性樁而言，可由此來調(diào)節(jié)單樁承載力，因褥墊層的存在，CFG樁可確保外荷載由樁間土、樁來承擔(dān)，并可針對垂直荷載分擔(dān)比進(jìn)行調(diào)整，以此保障地基承載力與設(shè)計需求相符。

3.2 復(fù)合地基設(shè)計方案

CFG樁參數(shù)：樁徑d設(shè)定為400 mm，樁入土深度28.0 m，樁間距1.3 m，滿堂鋪設(shè)。樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β取0.90，樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)αp取1.0，單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ取0.85，進(jìn)入第層粉質(zhì)粘土不小于0.5 m。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)式7.1.5-3，單樁豎向承載力特征值可按下式估算：

Ra=up∑qsilsi+apqpAp≈735 kPa

式中：up——樁的周長；Ap——樁的截面積。以20號孔為例,有效樁長19.8 m。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)式7.1.5-1，面積置換率為：

m=d2/de2=7.41%

式中：d——樁徑，0.40 m；de——一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，采用正方形布樁，樁中心距s=1.3 m，de=1.13s。

復(fù)合地基承載力特征值由《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)式7.1.5-2 估算：

fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk≈485 kPa

(fsk按第⑥單元層140 kPa考慮)

另一方面，應(yīng)推進(jìn)習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想的生活化融入，既要對當(dāng)代政治經(jīng)濟(jì)文化等熱點問題給予關(guān)注，也要對學(xué)生的所思所想所需給予關(guān)注，從一個一個的故事、常識、具體事例講起，從中引出深刻的道理。同時，應(yīng)加快構(gòu)建習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想課程體系，將中共十九大提出的新思想、新論斷、新戰(zhàn)略、新布局寫入教材，做好教育部統(tǒng)編教材與自編教材彼此的融入，以提升學(xué)生對理論的認(rèn)知和接受效果。

當(dāng)復(fù)合地基承載力進(jìn)行基礎(chǔ)埋深的深度修正時，樁身強度應(yīng)滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)式7.1.6-1，即樁身強度fcu≥4λRa/Ap≈20 MPa,設(shè)計時樁身強度fcu按C25考慮，樁身混凝土強度滿足規(guī)范要求。

將厚度為250 mm的級配砂石褥墊層鋪設(shè)于樁頂位置，且為滿堂鋪設(shè)。

4 CFG樁復(fù)合地基施工工藝

4.1 施工設(shè)備

本場地CFG樁樁長范圍內(nèi)地層主要為第四系沖積的中密-密實粉土及可塑—硬塑狀粉質(zhì)粘土，根據(jù)該工程地層條件以及樁深度，選用YTZ-30型步履式長螺旋鉆孔機(jī)以及HBT60A型混凝土輸送泵進(jìn)行施工。

4.2 施工工藝流程

測量放線→鉆機(jī)就位、對中→鉆進(jìn)成孔→灌注混凝土成樁→樁頭養(yǎng)護(hù)。

4.3 施工技術(shù)要點

(1)樁機(jī)就位做到水平、穩(wěn)固，保證鉆孔垂直度控制在1%以內(nèi)，鉆尖與樁點偏移≯1 cm，并將鉆尖開啟閥門關(guān)閉，確?；铋T內(nèi)不進(jìn)土。

(2)由于該工程樁間距較小，為保證成樁質(zhì)量，采用隔樁跳打施工。

(3)根據(jù)本場地地質(zhì)情況，合理選擇和調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)：開始鉆進(jìn)時1.0～3.0 m要用慢速，控制鉆桿跳動與機(jī)架搖晃，以免造成擴(kuò)孔及偏斜；以下鉆進(jìn)速度控制在3.0～4.0 m/min，直至孔底。穿過軟硬土層交界處時，應(yīng)緩慢進(jìn)尺，保持鉆具垂直。

(4)開始泵送混凝土后，需要滿足兩個條件方可提鉆：泵壓力為4 MPa，中心管頂部泄氣閥泄氣。提升速度控制在2.0～3.0 m/min，成樁時間一般為10 min，超灌高度控制在0.5 m。

5 復(fù)合地基質(zhì)量保證措施

5.1 樁位及樁頂標(biāo)高控制

測量工程師根據(jù)測量方案的矩形控制點放樣出各軸線控制點，各軸線控制點埋設(shè)永久性混凝土樁，且四周用混凝土固化30 cm深。然后依據(jù)軸線控制網(wǎng)，放樣出每個樁位。對樁位采用鋼管打眼灌白灰并插筷子為標(biāo)志，深度≮300 mm。主軸、軸線控制網(wǎng)允許偏差≤20 mm；樁位允許偏差≤20 mm。

5.2 混凝土的級配與強度控制

本工程采用商品混凝土，坍落度16～18 cm。嚴(yán)格控制混凝土的配合比和攪拌時間。每根樁測量混凝土坍落度3次，每臺班做2組試塊，達(dá)到齡期后送檢強度。運輸要求快而及時，運輸容器要干凈無雜物，嚴(yán)格控制灌注前等待時間，嚴(yán)禁使用超過初凝時間的混凝土。

5.3 防止出現(xiàn)縮頸、夾泥、斷樁的措施

(1)為防止CFG樁出現(xiàn)斷樁、夾泥的現(xiàn)象，在施工過程中，待混凝土埋住鉆頭時才可提鉆，提鉆采用慢速。

(2)基于本工程地質(zhì)情況，一般縮徑發(fā)生在上部地層，要求鉆機(jī)操作人員在鉆進(jìn)該段地層時，用低速擋穩(wěn)定鉆進(jìn)。

(3)每50根樁檢查一下鉆頭直徑，保證施工后的CFG樁樁徑≮400 mm。

(4)若發(fā)生堵管重新泵送混凝土?xí)r，鉆頭要深入混凝土面以下≮1.0 m，以防止斷樁。

5.4 開挖樁頭的保護(hù)措施

在成樁后進(jìn)行樁間土開挖的時候，往往由于操作人員的疏忽大意造成部分樁頭甚至樁身斷裂。為避免人為的破壞，可采取小型挖掘設(shè)備進(jìn)行樁間土開挖以及浮漿清運，特別是樁間距太近時，采取小型設(shè)備配合人工進(jìn)行開挖樁間土，然后進(jìn)行樁頭截取。

6 CFG樁復(fù)合地基施工檢測

為對工程質(zhì)量加以保障，甲方委托相關(guān)樁基檢測單位對樁身質(zhì)量做了檢測。試驗采用壓重平臺裝置，靜載試驗現(xiàn)場布置如圖1。

圖1 載荷試驗現(xiàn)場布置示意圖

整個測試過程由JCQ-503型靜力載荷測試儀自動完成。荷載由負(fù)荷傳感器測量，沉降量由位移傳感器測量。

現(xiàn)場檢測時，被測樁鑿去樁頭浮漿，平整樁頭，傳感器穩(wěn)固地安置在樁頭上距樁中心2/3半徑處，激振點位置在樁中心，嚴(yán)格按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，低應(yīng)變法現(xiàn)場檢測示意圖如圖2，樁身完整性檢測如圖3。

圖2 低應(yīng)變法現(xiàn)場檢測示意圖

該工程場地總樁數(shù)528根，共進(jìn)行低應(yīng)變法檢測樁106根，其中Ⅰ類樁94根占抽檢總數(shù)的88.7%，Ⅱ類樁12根占抽檢總數(shù)的11.3%，無Ⅲ、Ⅳ類樁。以 D1(樁號240)為例：最大加載量1470 kN，加載10級，卸載5級，累計時間1680 min，最大沉降量為11.01 mm，最大回彈量2.63 mm。具體試驗結(jié)果見圖4。

圖4 240號樁單樁檢測曲線

復(fù)合地基承載力特征值依據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 340-2015)“復(fù)合地基載荷試驗”的有關(guān)規(guī)定綜合分析確定。本次試驗壓力-沉降曲線均為平緩光滑曲線，取其平均值為復(fù)合地基承載力特征值，即場地復(fù)合地基承載力特征值為485 kPa。整個場地檢測過程中，符合規(guī)范要求，滿足設(shè)計要求。

7 結(jié)語

從該工程的施工結(jié)果來看，CFG樁復(fù)合地基在保證施工質(zhì)量的前提下，可令地基土體的強度潛能得到顯著發(fā)揮，承載力隨之得到明顯提升，屬于較為有效的一類地基處理方法。特別是運用于高層建筑物地基加固處理方面，其優(yōu)勢更為突出。