剛—柔樁二元復合地基在雜填土地基中的應用

李曉光

近年來,復合地基技術隨著工程建設的飛速發展得到廣泛應用,而城市土地日益緊張,在大面積深厚雜填土地基上進行的建設也越來越多。雜填土成分不均勻,且壓縮性高、孔隙比高、強度低,往往還具有濕陷性,是較難處理的土層之一。剛—柔性樁二元復合地基就是將承載力較高的剛性樁與造價較低的柔性樁結合在一起對雜填土進行處理,從而滿足高層建筑承載力及變形的要求。本文將從碎石樁—CFG樁復合地基的設計計算出發,結合工程實例對其在雜填土地基中的應用進行分析和研究。

1 設計思路

剛—柔性復合地基一般由剛性樁主要控制沉降,并提供大部分承載力,柔性樁提供剩余不足的承載力并協同控制沉降。柔性樁應選擇充分發揮和提高樁間土作用的施工方法,提高加固土層的壓縮模量、降低孔隙比,在一定程度上提高加固土層的承載力;剛性樁的樁端應該置于較好的土層上,對地基承載力及沉降的控制起主要作用。對剛性樁選擇施工工藝比較成熟的CFG樁,柔性樁選用擠密碎石樁。

2 設計計算

2.1 承載力計算

因為剛性樁和柔性樁在復合地基中的作用不同,通常將剛性樁作為主樁,將柔性樁作為輔樁。由于雜填土的特殊性,相對剛性樁,通常對柔性樁處理后復合地基承載力按地區經驗取值,主要對剛性樁進行最終的復合地基承載力特征值 fspk計算。計算公式如下:

其中,β為輔樁處理后的復合地基承載力發揮系數;Ap為主樁單樁承載力;m為面積置換率;fsk為輔樁處理后復合地基承載力。

2.2 沉降計算

復合地基的沉降包括3部分:褥墊層的沉降 S1,加固區的沉降S2和下臥層的沉降S3。一般而言,褥墊層在施工前已經壓密,其最終沉降很小,即S1可忽略不計。S2和 S3可按JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范的要求進行計算。

根據樁體壓縮模量和樁間土的壓縮模量采用面積加權平均法按置換率來確定復合地基的壓縮模量:

其中,Esp為復合地基的壓縮模量;Ess為輔樁處理后的復合地基壓縮模量,由于雜填土的特殊性,通常按地區經驗取值;Eps為樁體壓縮模量,可根據樁體試塊通過試驗取得。

最終沉降按下式計算:

其中,S為最終沉降量;ψs為沉降計算經驗系數;P0為基底附加壓力標準值;Ei為第i層土的壓縮模量;Es為復合土層的壓縮模量;Zi,Zi-1分別為基礎底面至第 i層土、第 i-1層土底面的距離分別為基礎底面計算點距離第i層土,第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數。

3 工程實例

3.1 工程概況

某工程所建建筑物為鋼筋混凝土框架結構,地上18層,地下1層,采用現澆鋼筋混凝土筏板基礎。天然地基持力層為雜填土,由于雜填土結構松散,物理力學性質不均勻,不經處理不宜作為天然地基持力層,故需要進行地基加固處理。要求處理后的復合地基承載力特征值不小于380 kPa,最終沉降量不大于100 mm,地基變形傾斜度不大于0.15%。地層分布如下:①雜填土,雜色、稍濕,松散,以碎石、碎磚和灰渣為主,粉土充填。層厚為8 m～10 m。承載力特征值為80 kPa。②粉質黏土,黃褐色,可塑～硬塑。層厚為6m～10 m。③粉質黏土,黃褐色,硬塑。層厚為5 m～7 m。④粉質黏土,褐紅色,可塑～硬塑。層厚為10 m～15 m。⑤粉質黏土,褐紅色,可塑。層厚為10 m～13 m?？辈旆秶鷥任匆妶龅氐叵滤?。

3.2 地基設計方案

根據上部結構要求及場地的工程地質條件,本工程采用CFG樁結合擠密碎石樁的地基處理方案。③層粉質黏土為硬塑狀態,作為CFG樁樁端持力層,②層粉質黏土為可塑～硬塑狀態,作為擠密碎石樁的持力層。

具體設計參數如下:擠密碎石樁:有效樁長 L2=5m,樁徑d2=400 mm,正三角形布樁,樁體材料采用碎石,含泥量小于5%,處理后復合地基承載力特征值按提高40%考慮,取110 kPa。CFG樁:有效樁長 L1=13 m,樁徑 d1=400 mm,正三角形布樁,單樁承載力特征值 Ra=420 kN,置換率 m1=0.101,樁體材料采用商品混凝土,強度C20。

經計算,復合地基承載力為410 kPa。

3.3 施工控制

1)試樁:為了保證CFG和擠密碎石樁的施工質量,設備進場后先進行試樁,以確定工藝參數及施工可行性,并驗證復合地基承載力能否達到設計要求。2)施工順序:先進行擠密碎石樁施工,再進行CFG樁施工。

3.4 復合地基檢測

由于雜填土的特殊性,本工程進行了5組復合地基靜載荷試驗。承壓板為圓形,面積1.25 m2,加載總荷載按設計復合地基承載力的2倍考慮,即410×1.25×2=1 025 kN,試驗按1 200 kN加壓,每級加載120 kN。卸載級數為加載級數的一半,等量進行。

經試樁檢測,5組復合地基載荷試驗承載力特征值分別為450 kPa,422 kPa,437 kPa,485 kPa,464 kPa,最大沉降量 58 mm,可見其控制沉降的效果比較明顯。

低應變試驗用于檢測CFG樁的樁身完整性,經檢測,所檢測試樁全部為Ⅰ類樁。

4 結語

1)剛—柔性樁復合地基能最大限度的發揮剛性樁和柔性樁各自的優點,使復合地基承載力得到較大幅度的提高,地基變形得以降低和控制。2)用剛—柔性樁處理雜填土,可以改善雜填土的物理力學性質,提高雜填土的承載力,降低雜填土的沉降變形,對于雜填土而言是一種較好的地基處理方法。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2] 閻明禮,王明山,閆雪峰.多樁型復合地基設計計算方法探討[J].巖土工程學報,2003,25(3):352-355.

[3] 黃光明.復合地基應用進展[J].山西建筑,2007,33(12):103-105.