高層建筑灰土擠密樁+CFG復合地基在濕陷性黃土場地的應用

范帥朋 崔喆林

【摘要】隨著社會的發(fā)展和城市化進程的加快，土地資源緊張的矛盾日益突出，為了有效地利用土地資源，高層建筑的發(fā)展迅速，對樁基礎的要求也越來越高，尤其是在具有濕陷性的黃土場地，合理選擇樁基礎直接關系到工程質量及經(jīng)濟效益。本文根據(jù)工程實際灰土擠密樁+CFG復合地基在濕陷性黃土場地的應用情況，對灰土擠密樁+CFG復合地基的施工工藝、施工要點及質量控制措施進行闡述，希望能為類似項目提供可參考的案例。

【關鍵詞】高層建筑;灰土擠密樁+CFG復合地基;濕陷性黃土

1、工程概況

1.1項目概況

擬建工程位于某市中原區(qū)通達路以南服裝三街以東，包括11棟23～33F住宅及通體1F地下車庫（局部2F地下車庫），本地塊基坑大致呈梯形，東西長約272m，南北寬約212m。

1.2工程地質

場地地貌單元為黃河沖積二級階地。根據(jù)勘察報告，地表高差約為2.1m，場地內的地質情況自上向下簡述如下：

第1-1層：雜填土，雜色，松散，稍濕，不均勻，含建筑垃圾，以粉土為主。該層僅分布在場地西南端;

第1層：粉土，褐黃色，稍濕，中密，搖振反應中等，局部層底夾薄層粉砂、粉質黏土;

第2層：粉土，褐黃色，稍濕，中密，偶見小粒徑姜石;

第3層：粉土，黃褐色，稍濕，稍密～中密，黏粒含量高，含有少量鈣質結核，含量約占2～5%;

第4層：粉土：黃褐色，稍濕，中密，黏粒含量高，含鐵質錳質氧化物、白色鈣質條紋，含有少量鈣質結核;

第5層：粉土，褐黃色，稍濕，中密，黏粒含量高，含鐵質錳質氧化物，偶見少量鈣質結核，局部夾薄層粉質黏土 。

第6層：粉土，棕黃色、黃褐色，稍濕，中密，黏粒含量高，含灰斑、鐵錳質黑斑，有針孔，含少量鈣質結核，含量約占1～5%，粒徑φ=0.2～3.0cm。局部夾薄層粉質黏土;

第7層：粉土，棕黃色、黃褐色，稍濕，中密，黏粒含量高，含灰斑、鐵錳質黑斑，有針孔，含少量鈣質結核，含量約占1～5%，粒徑φ=0.2～3.0cm。局部夾薄層粉質黏土。

根據(jù)地勘報告，在實際壓力下（500KPa、600KPa），基底下②～⑤層粉土具濕陷性，基底下土層濕陷系數(shù)最大值為0.025，濕陷量為1.5～115.25mm，濕陷土層厚度最大值為6.02m，最大深度為14.5m。11個探井中有4個探井的濕陷量小于50mm，其余7個大于50mm。自重濕陷系數(shù)均小于0.015，自重濕陷量為0mm。結合區(qū)域資料，判定本場地為Ⅰ級（輕微）非自重濕陷性場地，高壓下濕陷土層為②、③、④、⑤層。

1.3水文地質條件

勘察期間，付莊02地塊實測穩(wěn)定水位位于32.16～33.55m之間，絕對標高為90.35～91.64m;水位年變化幅度約為2.0m。

1.4設計概況

本場地為Ⅰ級（輕微）非自重濕陷性場地，高壓下濕陷土層為②、③、④、⑤層。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》6.1.1條第1款、6.1.3條[1]，結合本場地地質條件，可采用灰土擠密樁方案，采用振動沉管成孔后，樁端進入非濕陷土層，將其中的濕陷性土置換為灰土，并對灰土進行夯實，以達到擠密周圍濕陷性土體、降低濕陷系數(shù)、消除濕陷性的目的[2]，然后進行CFG樁施工，最終使地基承載力滿足上部荷載要求。

1.4.1 灰土擠密樁

（1） 樁間距均為1.2m（正方形布置），有效樁長≥14.0m，鉆孔直徑d=400mm（沉管成孔，成孔夯實后直徑d≥500mm），消除地基土全部濕陷性[3];

（2） 處理范圍：超出主樓筏板邊緣的寬度，每邊不應小于7.0m。

（3） 場地內的雜填土、坑、墓、穴等不利因素，可將其全部清除后用素土分層夯填，每層虛填厚度不大于250mm，壓實系數(shù)≥0.97，且每層土夯實后均需環(huán)切取樣檢測壓實系數(shù)，滿足要求后方可進行下層回填，直至基底設計標高，回填完成后再按設計施工，灰土擠密樁和CFG樁，最后施工基礎筏板。

（4） 灰土的配合比采用2：8（體積比），含水量應控制在最優(yōu)含量±2%以內，石灰應為熟石灰。

（5） 填料前孔底必須夯實，孔內填料應分層回填夯實，填料的平均壓實系數(shù)不應低于0.97，其中最小壓實系數(shù)不應低于0.93。

（6） 素土擠密樁頂均鋪設500mm厚灰土褥墊層。墊層材料采用2：8灰土分層夯填，其壓實系數(shù)≥0.95。

（7） 樁孔質量檢驗應在成孔后及時進行，所有樁孔均需檢驗并做出記錄，檢驗合格或經(jīng)處理后方可進行夯填施工。隨機抽樣檢測夯后樁長范圍內填料的平均壓實系數(shù)λc，抽檢數(shù)量不應小于總樁數(shù)的1%，且不少于9根。應抽檢處理深度內樁間土的平均擠密系數(shù)ηc，檢測探井不應少于總樁數(shù)的0.3%，且不得少于3個。應進行現(xiàn)場浸水靜載荷試驗，試驗方法應符合《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004的規(guī)定[1]。承載力檢驗應在成樁后14d～28d進行，檢測數(shù)量不應少于總樁數(shù)的1%，復合地基靜載荷試驗不少于3點[4]。

（8） 素土擠密樁處理后，經(jīng)檢驗復合地基承載力特征值為：fspk=200kpa，并通過現(xiàn)場浸水靜荷載試驗證明已消除黃土濕陷性。

1.4.2 CFG樁復合地基

（1） 本工程采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）加固處理地基，樁徑400，設計樁長17000mm，樁數(shù)672根。

（2） 樁身強度等級為C25。單樁承載力特征值為700kN，復合地基承載力特征值不小于545kPa。

（3） 樁頂鋪填200厚級配3：7砂石褥墊層，砂石最大粒徑不大于30mm，夯填度不大于0.9，褥墊層每邊伸出基礎邊緣不小于300mm。

（4） 施工樁頂標高應高出設計標高不少于0.5m，且必須保證暴露的樁頂混凝土達到強度設計值。

（5） 承載力檢驗宜在施工結束28d后進行，其樁身強度應滿足試驗荷載條件;復合地基靜載試驗和單樁靜載試驗的數(shù)量不應少于總樁數(shù)的1.0%，且每個單體工程的復合地基靜載試驗和單樁靜載試驗的試驗數(shù)量各不應少于3點。采用低應變法檢測樁身的完整性，抽檢數(shù)量為總樁數(shù)的20%，且應滿足《建筑地基處理技術規(guī)范》要求[4]。

2、施工工藝

2.1 ?工藝特點

2.1.1 利用CFG樁與灰土擠密樁結合，灰土擠密樁處理黃土的濕陷性，同時利用CFG樁提高了地基承載力，既能解決黃土場地的濕陷性問題，又能保證基礎的承載力。

2.1.2 灰土擠密樁+CFG樁施工工藝簡單，材料來源廣泛，整體造價低。

2.2 ?工藝流程

2.2.1灰土擠密樁及CFG樁基施工前，要進行成樁試驗，用于指導大面積施工。

2.2.2工程樁施工工藝流程如下：

2.3 ?操作要點

2.3.1 原地面處理

對施工范圍內的原地面進行清表處理，開挖至路基填土標高部位，地表清理要做到無草皮、樹根等雜物，且無積水。

2.3.2 樁位測量放樣

根據(jù)確定各個樁位的位置及關系，采用全站儀測量放線，定出控制軸線，打樁場地邊線并標識。

2.3.3 設備就位

樁機就位，使沉管尖對準樁位，調整擴樁機架，保持樁管垂直，用線錘吊線復核垂直度，偏差不大于1.0%。

2.3.4 灰土擠密樁成孔

根據(jù)定位孔位，采用鉆機下鉆，灰土擠密樁要穿透濕陷性黃土，可根據(jù)錘擊樁尖帶出的顆粒進行判斷，以現(xiàn)場實際土樣判斷為主，設計樁長判斷為輔。成孔后要及時對樁孔進行檢查驗收。檢查的內容有：樁徑、孔深、垂直度、有無縮徑、塌孔、回淤等現(xiàn)象。如遇塌孔或縮徑現(xiàn)象，則采用回填灰土復打處理。

填樁孔用的土料和石灰應符合下列要求：

（1）土料：樁身灰土用料采用就地挖取的粉質粘土，嚴禁用鹽漬、膨脹土、凍土、有機質含量大于5%的不良土料及粗顆粒（砂、石）的透水性材料作填料，并根據(jù)土的情況采取過篩進行篩分或進行機械粉碎等方式進行處理，保證土的粒徑不超過15mm，土性及有機質含量應符合規(guī)范要求。

（2）石灰：按設計要求，運抵現(xiàn)場的石灰需經(jīng)見證取樣合格后方可投入使用。在使用前1～2d進行消解并過篩，其顆粒不得大于5mm，消石灰的質量應合格，有效Cao+Mgo含量不得低于60%。

（3）灰土混合料的拌制：灰土的體積配合比為3：7（2：8），采用機械拌合，素土采用粉質粘土，嚴禁采用耕種土、雜填土、淤泥質土，同時土料中不得夾有磚塊、瓦礫、生活垃圾等，填土含水量應接近最優(yōu)含水量，含水量由擊實試驗確定。每天施工前核定土的含水率是否為合理值，以保證拌合后灰土的含水率接近最佳含水量。根據(jù)回填要求隨拌隨用，已拌成灰土不得隔夜使用;被雨淋濕、浸泡的灰土嚴禁使用，按作廢處理。下雨期間不進行灰土拌制。

2.3.5 樁體分層夯填

成孔后及時夯填，在向孔內填料前先夯實孔底?；彝练謱舆M行回填夯實，逐層定量向樁孔內下料，采用夯實機和吊錘分層夯實。夯填施工前應進行夯填試驗，以確定每次合理的填料量、夯擊次數(shù)、落距等，灰土夯填采用連續(xù)施工，每個孔樁一次性分層回填夯實，不得間隔停頓或隔日施工。

2.3.6 灰土擠密樁成樁質量檢測

灰土擠密樁施工結束7～14天后，樁身質量進行檢查。在樁心附近采用鉆機取樣，每2m采用試樣測定干密度。

2.3.7 CFG樁孔位放樣

對已施工的灰土擠密樁場地清理平整，按樁位點設計布置圖放樣布點。以1#樓為例，灰土擠密樁與CFG樁位置關系如下圖（灰土擠密樁、CFG樁間距均為1.2m，灰土擠密樁處理范圍超出主樓筏板邊緣不小于7m）：

2.3.8 CFG樁成孔

使鉆機就位，保證鉆桿垂直度，偏差不大于5cm，垂直度控制在1%之內。關閉鉆頭閥門，移動鉆桿至鉆頭觸及地面。啟動先慢后快鉆進，減少鉆桿晃動。

2.3.9 提管灌注混凝土

鉆孔完畢滿足入巖要求后進行灌注，混合料的泵送量應與拔管速度相匹配。成樁過程須連續(xù)進行，施工樁頂標高高于設計高程50cm，確保有效保護狀體。拌合料的原材料需進行進廠檢驗，合格后方可進行拌和。

2.3.10 CFG樁基檢測

28天成樁之后進行樁頭切割，切割前做好樁頭抄平準備，之后使用切割機對樁帽進行切割，切割面平整順滑，樁身高程控制更精確。因實際樁頂標高比設計標高+0.5m，在清除樁間土時使用小挖機配合人工進行清理，施工時嚴禁使用大型、重型機械進入，避免出現(xiàn)因機械碾壓造成斷樁現(xiàn)象。

采用低應變法對樁身完整性進行檢測，確定樁身完整長度滿足設計要求后采用堆載法檢測樁身承載力。

2.3.11 復合地基承載力檢測

樁基全部施工完畢后，選取樁周圍的地質情況，對處理后的復合地基承載力進行檢測，以滿足設計要求。

2.3.12 褥墊層施工

褥墊層為大面積砂石墊層，20cm厚3：7砂石褥墊層，要求砂石最大粒徑不得大于3cm，夯填度不大于0.9，無需進行分層鋪筑，直接虛鋪約230mm厚的碎石墊層（200/0.9=222mm，取230mm），褥墊層每邊延伸出基礎邊緣不小于300mm。

3、質量控制

3.1質量保證措施

3.1.1 嚴格執(zhí)行國家標準、規(guī)范、規(guī)程。

3.1.2 嚴格進行圖紙會審，領會設計意圖，抓好技術操作質量標準，制定關鍵部位的施工方法并編寫技術交底記錄。以技術指導工作，從而保證工程質量。

3.1.3 嚴格掌握好樁長、樁端持力層、樁徑和樁體砼強度的控制，實行科學管理，認真執(zhí)行操作程序。

3.2質量控制標準

3.2.1 本工程將嚴格按照《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-2008、《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ79-2012、《建筑樁基檢測技術規(guī)范》JGJ106-2014、《建筑地基工程施工質量驗收標準》GB50202-2018、《建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準》GB50300-2013、《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004等國家現(xiàn)行規(guī)范、標準進行施工驗收。

3.2.2 灰土體積比為3：7（2：8），灰土拌和時要滿足設計要求，商品水泥粉煤灰碎石配合比應符合設計要求。加強對原材料的質量控制，不合格品嚴禁使用，做好灰土攪拌及存儲工作。

3.2.3 施工中應檢查樁身商品混合料的配合比、坍落度和提拔鉆桿速度、成孔深度、商品混合料灌入量等。

3.2.4 施工結束后，應對樁頂標高、樁位、樁體質量、地基承載力的質量做檢查。

3.2.5 灰土擠密樁、CFG樁復合地基的質量檢驗標準應符合下表的規(guī)定。

3.2.6 施工前，技術員對各施工工序人員進行技術交底，施工過程中，每天按照施工樁數(shù)對以上的施工技術要求指標進行抽檢，確保施工質量滿足設計和施工規(guī)范要求。施工結束后，做好質量檢驗及工程質量評定。

結論：

通過灰土擠密樁+CFG復合地基在濕陷性黃土場地的應用，可以發(fā)現(xiàn)與較常見的混凝土樁基相比，具有施工速度快、質量易控制、成本造價低的特點，具備較好的經(jīng)濟和社會效益。另外本文通過灰土擠密樁+CFG復合地基施工工藝介紹，為今后類似的工程提供了可供借鑒的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004）[M].中國建筑工業(yè)出版社.

[2]張志新.灰土擠密樁+CFG樁處理濕陷性的體會[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟.2009.11期.

[3]藤延京.建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2012）[M].中國建筑工業(yè)出版社.

[4]建筑基樁檢測技術規(guī)范（JGJ106-2014）[M].中國建筑工業(yè)出版社.