用CFG樁復合地基處理水利工程中軟土地基的應用

王 誼 陳邱云 常 俊

（1、長江勘測規劃設計研究院上海分院 上海 200439；2、交通運輸部東海救助局 上海 200090）

水泥粉煤灰碎石樁 （以下簡稱CFG樁）是近年發展的一種新樁型，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成黏結強度較高的樁體，它和樁間土、褥墊層一起形成復合地基［1］。CFG樁復合地基法吸收了振沖碎石樁法、砂樁法和水泥攪拌樁法的優點，具有以下優點：1）施工簡單；2）水泥用量少，便于就地取材，能夠有效利用工業廢渣；3）成樁質量較水泥攪拌樁受地層影響小［5］。

我國在二十世紀80年代開始CFG樁技術的試驗研究，二十世紀90年代被列為建設部全國重點推廣技術［1］。近年來，CFG樁在高層建筑、工業與民用建筑和高速公路等地基處理方面得到了廣泛應用，取得了良好的經濟和社會效益。CFG樁復合地基處理水利工程建筑物中的軟土地基應用相對較少，本文以安徽省無為經濟開發區煤化工基地長安大河排澇泵站地基處理為例，介紹了CFG樁在此工程中設計方案、技術參數、檢測評價等，為在軟土地基上應用CFG樁處理水利工程建筑物基礎提供了一個成功的案例。

1 工程概述

根據煤化工基地的規劃要求，基地內的澇水經各內河匯入長安大河后，由長安大河泵站將澇水抽入裕溪河。泵站布置在堤外坡碼頭的上游側 （南側）。泵站中軸線走向NE45°，與該處的裕溪河河堤基本垂直。泵站設計排澇標準為100年一遇，設計排水量為20m3／s，設計總裝機容量2840kW×4臺。工程主要建設內容包括新建泵站廠房、站前節制閘、前池、壓力水箱、排澇出水涵及防洪閘、變電所、管理處等。本文僅介紹CFG樁復合地基應用于泵室基礎處理的情況。

2 工程地質條件

2.1 泵室地基情況

泵站所在場地地形較平坦，地貌單元屬于長江河漫灘。場地內的地層分布情況如下。

①層素填土 （Q4ml）：灰黃、灰白色，松散，稍濕～濕，主要由粘性土組成，層厚約0.90～6.00m。該層在場地內分布普遍。

②層淤泥質壤土夾淤泥 （Q4al）：灰青、灰黑等色，流塑狀態，含少量Fe、Mn質結核氧化物，偶夾小貝殼等雜物，層頂埋深0.00～6.00m，層厚22.10～25.80m，層頂高程2.20～5.64m。該層在場地內分布普遍。

③細砂 （Q4al）：灰色、青灰色，上部較松散，中下部為稍密狀，飽和。層頂高程－18.56～－20.95m。該層在場地內分布普遍。

④層細砂 （Q4al）：青灰、灰黃色，中密～密實狀，飽和。層頂高程－28.02～－29.20m。該層在場地內分布普遍。

⑤層圓礫 （Q4al）：灰黃、褐黃等色，濕，顆粒形狀呈次圓，圓形。呈密實狀，夾有粗砂。層頂埋深44.30～52.90m，層厚1.70～2.30m，層頂高程－41.15～－42.40。該層在場地內分布普遍。

⑥層卵石夾礫砂 （Q4al）：灰黃、灰青、黃褐色，飽和，顆粒形狀多為圓形，次圓形。呈中密狀，充填物為礫砂，粗砂。母巖成分主要為石英巖、閃長巖等。該層未揭穿，在場地內分布普遍。

2.2 泵室基底應力和沉降情況

下表為各工況下泵室抗滑穩定及地基應力計算結果。

表1 泵房抗滑穩定和地基應力計算結果表

根據地質報告，泵室座落在②層淤泥質壤土夾淤泥層上，該層土處于流塑態，含粉細砂，淤泥質土、朽木等，極為軟弱，承載力特征值僅為50kPa。基底壓應力不均勻系數容許值η在基本荷載下取1.5，在特殊荷載組合取2.00。

另一方面，經計算，完建期泵室底板的最大沉降量291.2mm，最小沉降量137.2mm。最大沉降量和沉降差均偏大，表明泵室基礎地基軟弱，壓縮性大。

3 技術參數和設計方案

由于站址處淤泥質土層深達20m，不適合采用水泥土攪拌樁進行地基處理。根據工程實踐及同類地基處理成功經驗，通過對CFG樁、灌注樁、鋼筋混凝土預制樁三種基礎處理方案進行比較，最終采用CFG樁復合地基形式。

3.1 CFG樁布置

CFG樁采用正方形塊狀布置，均勻布滿泵室底板。樁端持力層選用③層細砂，該層地基承載力特征值（fak）為80kPa。因此，確定樁長為20m，樁底進入粉細砂層（中的）1～2m。樁徑取決于設計時所選用的施工設備：采用長螺旋鉆管內泵壓CFG樁施工工藝，確定樁徑為0.4m。在樁長、樁徑確定后，根據天然地基承載力和設計要求的復合地基承載力求樁間距。樁間距一般要求在（3～5）d范圍內。在樁徑選定的情況下，樁長和樁間距是確定CFG樁復合地基承載力及估算加固區和下臥層變形量的重要參數［1］。經計算不同樁間距復合地基承載力標準值，如圖1所示。從圖中可知，當樁間距小于等于1.55m時，復合地基承載力均能滿足設計要求，考慮造價及施工過程中的諸多不確定因素，確定樁距為1.5m，總共布置樁數637根，面積置換率5.58%。

圖1 復合地基承載力和樁間距的關系

3.2 CFG樁復合地基承載力計算

泵室底板基底標高為－3.50m，坐落在②層淤泥質壤土夾淤泥層上，該層承載力特征值為50kPa。樁周土側阻力特征值建議如下：②層為4kPa，③層為12kPa，樁端落在細砂③層，極限端阻力標準值取1500kPa。單樁豎向承載力特征值為223.57kN；復合地基承載力為134.77kPa。

由計算結果可知，處理后的復合地基承載力標準值已大于泵室基底平均應力，且復合地基承載力標準值的1.2倍（為162kPa）也超過泵室基底的最大應力（158.3kPa），滿足要求。

處理后的復合地基已相當于中等堅實地基，其允許基底壓應力不均勻系數在基本荷載下可達2.0，在特殊荷載下可達2.5，對照表1，可知基底壓應力不均勻系數也已滿足要求。

3.3 加固后泵房沉降量計算

復合地基承受上部結構傳遞的垂直荷載后，所產生的沉降是由樁土復合層本身的沉降和樁土復合層底面以下土的沉降量組成。經CFG樁處理后，完建期泵室底板的最大沉降量98.3mm，最小沉降量48.9mm，最大沉降量和沉降差均已滿足設計要求。

4 CFG樁復合地基加固效果及其評價

CFG樁施工完畢后，由有檢測資質的單位進行施工質量檢測。

在本次檢測中，共對3根CFG單樁和3臺單樁復合地基靜載荷進行了試驗檢測。

圖2 單樁載荷試驗Q－s曲線

圖3 單樁載荷試驗s－lgt曲線

4.1 CFG單樁靜載荷試驗檢測

3根CFG單樁Q－s曲線和s－lgt曲線如圖2～3所示。

從單樁靜載荷試驗數據和關系曲線分析，其結果統計如下表2。

表2 單樁靜載荷試驗結果統計表

3～50＃單樁承載力特征值可取240kN，4－81＃、5～110＃兩根單樁承載力特征值可取300kN；場地單樁豎向抗壓極限承載力統計值為580kN，場地單樁豎向抗壓承載力特征值為280kN。而在CFG樁復合地基設計時，計算的CFG單樁極限承載力為223.75kN，比實測值小，說明施工質量已得到保證，計算值偏于安全。

4.2 單樁復合地基靜載試驗檢測

3臺CFG單樁復合地基靜載試驗p－s曲線如圖4所示。

圖4 單樁復合地基載荷試驗p－s曲線

從p－s曲線可以看出，復合地基載荷試驗曲線是漸進型的光滑曲線，不存在極限荷載，取s／b＝0.015對應的荷載作為CFG樁復合地基承載力。3根單樁處單樁復合地基承載力分別為（見表3）：3～50＃樁處194kPa，4～81＃樁處202kPa，5～110＃樁處188kPa，場地單樁復合地基承載力特征值為192.7kPa。

表3 單樁復合地基承載力靜載荷試驗結果統計表

4.3 結論

從檢測結果看，加固后單樁及單樁復合地基承載力特征值和沉降變形均能滿足設計要求。

5 結語

長安大河排澇泵站工程已經建成，經過靜載試驗檢測，CFG樁復合地基承載力滿足設計地基承載力要求，至今運行已有兩年多，泵室的沉降量在設計范圍內。在軟土地基上施工水利工程建筑物，地基處理至關重要，必須認真調查地質情況，綜合分析各種地基處理方法，通過論證，確認優化的處理方法保證其達到設計要求。CFG樁具有剛性樁的性狀特征，具有明顯的端承和側阻作用，可大幅增強地基承載力，減少地基變形沉降，適用于多種土層施工。該工程利用CFG樁處理軟土地基的成功實踐，為今后類似工程提供了一個成功的實例。

1 閆禮明；張東綱.CFG樁復合地基技術及工程實踐.2006

2 GB 50007－2001.建筑地基基礎設計規范

3 袁志明.CFG樁在水利工程軟基處理中的應用 .水利規劃與設計.2009（6）：51－53

4 鄭俊杰。張建平.CFG樁與石灰樁聯合處理不均勻地基施工技術.2000（9）：31－32

5 高峰.CFG樁軟土地基應用與分析［J］.山西建筑，2008，34（36）：99－100