CFG樁復合地基現場載荷試驗研究

姚 勇,張玲玲,胡進勇

(1.西南科技大學土木工程與建筑學院,四川綿陽 621010;2.綿陽市建設工程質量監督站,四川綿陽 621010)

1 概述

CFG樁復合地基是我國 20世紀80年代自行研發的一項地基加固技術,已列為國家級工法。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁 Cement Fly-ash Gravel Pile的簡稱。其復合地基是由樁、樁間土及褥墊層三部分組成。受力機理為褥墊層受上部基礎荷載作用產生變形后以一定的比例將荷載分攤給樁及樁間土,使二者共同受力。同時,土體受到樁的擠密而提高承載力,樁又由于周圍土的側應力的增加而改善了受力性能,二者共同工作,形成了一個復合地基的受力整體,共同承擔上部基礎傳來的荷載。

CFG樁復合地基處理技術雖已得到了廣泛的應用,但由于 CFG樁復合地基上部結構特點不同,對CFG樁復合地基的設計要求亦不同。因而本文結合四川省某工程實例,通過現場載荷試驗對 CFG樁復合地基進行檢測,以此來評價該工程中 CFG樁復合地基的承載能力,驗證應用 CFG樁進行地基加固處理的可行性和有效性。

2 工程概況

四川某工程,場地從上自下地基土的分布情況如下:①雜填土:場地內均有分布,濕～很濕,松散狀,層厚 0.4～4.4 m。②粉質黏土:場地內主要呈層狀分布,可塑～軟塑狀,濕～飽和,層厚 0.3～3.1m,厚度變化大。③含粉質黏土角礫層:場地內局部呈透鏡狀分布于粉質黏土之間或伏于卵石層之上;濕～飽和,稍密狀,層厚 1.0～5.6m。④泥炭:場地內呈層狀或透鏡狀分布于粉質黏土之間,局部缺失,層厚 0.5～5.3 m。⑤卵石:場地廣布;濕～飽和,稍密～密實。

由于場地內的土層承載力不能滿足設計要求,地基基礎處理方案采用 CFG樁復合地基進行地基加固處理。其中,樁徑為 400mm,樁距取 1.2m,按正方形布置,以稍密角礫層或卵石層作為持力層,處理深度為10.00～15.00 m,總根數 717根。設計要求處理后的CFG樁復合地基承載力特征值大于等于 150 kPa,壓縮模量大于 14MPa。

3 現場載荷試驗方案

3.1 試驗依據

由于目前還沒有專門針對 CFG樁復合地基的試驗標準和規范,根據以往施工經驗,最后確定該項目現場載荷試驗主要依據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79—2002)進行。

3.2 試驗方案

根據規范規定,對 CFG樁進行單樁復合地基載荷試驗。試驗數量取 CFG樁總數的 0.5%～1.0%,但不少于 3點。因此,本次試驗數量為 8個點。

3.3 加壓方式

采用油壓千斤頂加載荷堆載平臺反力裝置。試驗由鋼性承壓板、加載系統、反力系統和觀測系統組成(CFG單樁復合地基載荷試驗布置如圖1所示)。承壓板采用 1.2m×1.2m,壓板下鋪設 5～10 cm砂墊層。

圖1 CFG單樁復合地基載荷試驗布置

3.4 試驗方法

3.4.1 加、卸載等級劃分

根據規范要求,加載等級可分為 8～12級。最大加載壓力不應小于設計要求壓力值的 2倍。本次檢測分 8級加載和 4級卸載,總加載量為 312 kPa,大于設計要求值的兩倍(300 kPa)。

3.4.2 沉降觀測

每加一級荷載,按 10、10、10、15、15min讀記壓板沉降 1次,以后按每 0.5 h讀記 1次;當 1 h內沉降量小于 0.1mm時,并連續出現兩次,認為該級已達到相對穩定,可進行下一級加載。

3.4.3 終止加載條件

當出現下列情況之一時,即可終止加載。

(1)沉降急劇增大,土被擠出或承壓板周圍出現明顯的隆起;

(2)承壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%;

(3)當達不到極限荷載,而最大加載壓力已大于設計要求壓力值的 2倍。

4 現場載荷試驗結果分析

4.1 現場載荷試驗結果

現場載荷試驗結果如表1所示。

表1 現場載荷試驗結果

現場載荷試驗 p-s曲線如圖2所示。

圖2 靜載試驗典型p-s曲線

4.2 現場載荷試驗結果分析

4.2.1 CFG單樁復合地基承載力特征值的確定

綜合分析本試驗研究項目 8組 CFG單樁復合地基的沉降觀測數據和依據測試數據繪制的 p-s曲線(圖2)可知,該項目所檢測的 CFG單樁復合地基載荷試驗 p-s曲線均為緩變形,則各點的 CFG單樁復合地基承載力特征值應按照相對變形量值進行取值,即分別取 s/b等于 0.008時所對應的壓力(s為沉降量,b為承壓板寬度)。但是由于該項目各點按相對變形值確定的承載力特征值均超過了最大加載壓力的一半,根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79—2002)要求,當復合地基承載力特征值超過最大加載壓力一半時,取最大加載壓力的一半作為 CFG單樁復合地基承載力特征值。則該項目 8個試驗點的 CFG單樁復合地基承載力特征值均為最大加載量 312 kPa的一半,即156 kPa。滿足設計要求。

4.2.2 CFG單樁復合地基壓縮模量的確定

各點 CFG單樁復合地基壓縮模量 Es可按下式計算

式中,E0為 CFG單樁復合地基的變形模量,MPa,E0=0.886(1-μ2)bΔp/Δs(方壓板 ),μ為泊松比取 0.38(粉質黏土);b為壓板邊長,m;Δp為 p-s曲線線性段荷載增量,kPa;Δs為與線性段相對應的沉降增量,mm。

則根據上述公式,可得各點 CFG單樁復合地基的變形模量和壓縮模量,見表2。

表2 CFG單樁復合地基壓縮模量結果

由表2可以看出,該項目 CFG單樁復合地基壓縮模量的平均值為 33.71MPa,級差 37.5%。由于 CFG樁復合地基壓縮模量的級差超過 30%,所以取其最低值 28.22MPa作為該工程 CFG樁復合地基壓縮模量。滿足設計要求。

5 結論

通過對四川某工程 CFG樁復合地基進行現場載荷試驗研究,得出如下結論。

(1)現場載荷試驗研究表明,利用 CFG樁進行地基加固處理是可行、有效的。

(2)通過現場試驗和數據分析,總結出了測試CFG樁復合地基承載力和壓縮模量的試驗方法和數據分析方法。

(3)因目前尚沒有關于 CFG樁及單樁復合地基的詳細檢測規范,各個地區進行 CFG樁及單樁復合地基的檢測,只能依據各個地方制定的地方標準以及《建筑地基處理技術規范》(JGJ79—2002)中有關載荷試驗的簡短規定進行,故而試驗結果差別比較大。尤其是對于壓縮模量的測定和計算,更是沒有詳細的規定和統一的標準。建議專門制定針對 CFG樁及單樁復合地基的詳細檢測規范和標準。

(4)該項目中717根樁中隨機選取的檢測樁具有一定的代表性,試驗結果在一定程度上能反映出施工質量的優劣,試驗結果對 CFG樁復合地基在土木工程中的推廣應用具有一定的實際意義。

[1]JGJ79—2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2]GB50007— 2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[3]GB50202— 2002,建筑地基驗收規范[S].

[4]川建廳[2004]66號,四川省建筑地基基礎質量檢測若干規定[S].

[5]安 明.應用靜載荷試驗成果反演地基土壓縮模量指標[J].建筑施工,27(8):14-15.

[6]張泰安,王軍琪.CFG單樁及單樁復合地基承載力試驗研究[J].鐵道工程學報,2009(7):20-24.

[7]羅明遠.四川某工程 CFG樁復合地基承載力及變形問題[J].西部探礦工程,2007(7):17-21.