某工程CFG 樁地基設(shè)計方案優(yōu)選

張永征

(中國葛洲壩集團(tuán)第五工程有限公司，湖北宜昌 443002)

CFG樁(Cement Fly-ash Gravel Pile)即水泥粉煤灰碎石樁，是專門進(jìn)行復(fù)合地基處理的建筑新技術(shù)。CFG樁復(fù)合地基(Cement Fly-ash Gravel Piles and Composite Foundation)通過褥墊層與基礎(chǔ)連接，充分利用了天然地基和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的潛能，因此理論和實(shí)踐的研究日益得到重視［1］，CFG樁復(fù)合地基以其堅(jiān)固耐用、穩(wěn)定性強(qiáng)、技術(shù)先進(jìn)、成本較低、施工速度快等優(yōu)越性引起了工程界人士的關(guān)注，其應(yīng)用前景非常廣闊［2］。

1 工程概況

本工程為項(xiàng)城市某小區(qū)高層住宅樓工程，擬建建筑物工程概況見表1。擬建場地地貌單元屬黃淮沖積平原，地形平坦，建筑場地原為農(nóng)田，距周圍建筑物較遠(yuǎn)，周圍環(huán)境對施工沒有影響，四周臨路，交通便利，適宜建設(shè)。

表1 擬建建筑物工程一覽表

2 場地水文地質(zhì)條件

擬建場地屬暖溫帶季風(fēng)氣候。本區(qū)淺層地下水補(bǔ)給主要為降水滲入補(bǔ)給，排泄水的方式主要為蒸發(fā)和人工開采。

實(shí)測孔內(nèi)穩(wěn)定水位埋深距自然地面2.30 m～2.50 m，屬第四紀(jì)松散巖類孔隙潛水，下部地層中的地下水具有相對承壓性質(zhì)，地下水流向由北向東南，受區(qū)域地下水動態(tài)影響及季節(jié)變化控制，場地下水水位變化幅度較大，變幅1.50 m左右。

據(jù)搜集資料，場地土滲透系數(shù)2.00×10-6cm/s～2.00× 10-3cm/s，一般單井涌水量25 m3/hm～30 m3/hm，單位涌水量2.0 m3/hm～3.0 m3/hm。

3 地層結(jié)構(gòu)

場區(qū)在勘探深度30 m范圍內(nèi)均為第四系沖洪積地層，根據(jù)鉆探取芯、原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)綜合分析，該場地地層在鉆探深度內(nèi)共劃分為4層，地層及相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 場地土的物理力學(xué)性質(zhì)

4 CFG樁地基處理方案

通過對地基持力層強(qiáng)度的驗(yàn)算，可得擬建建筑物高度為6層，7層的可以采用天然地基，選擇①號土層為地基持力層，上部結(jié)構(gòu)適當(dāng)采取措施，防止不均勻沉降。擬建建筑物高度為11層的天然地基不能滿足設(shè)計要求，即10號，11號，15號，16號，考慮到本場地巖土工程特性、埋藏條件及以上諸多因素，選擇CFG樁復(fù)合地基方案為地基處理方案，且CFG樁復(fù)合地基法在本地區(qū)已有工程經(jīng)驗(yàn)可借鑒等優(yōu)勢，具有明顯的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計主要確定樁長l，樁徑d，置換率m，樁間距s，樁身強(qiáng)度、褥墊層厚度及材料6個設(shè)計參數(shù)［3］。

根據(jù)場地的工程地質(zhì)條件及擬建建筑特點(diǎn)，并由巖土工程勘察資料可知:第②層粉質(zhì)粘土、第③層粉砂、第④層粉土，承載力較強(qiáng)，可作持力層。以9號孔揭露的底層情況為依據(jù)，根據(jù)JGJ 79-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范和JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范，以及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定第③層作為樁端持力層。以表2中四組不同的復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)進(jìn)行計算，可初步確定不同方案中的基本設(shè)計參數(shù)，并由此計算CFG樁復(fù)合地基承載力特征值以及修正后的CFG樁復(fù)合地基承載力特征值見表3，且單樁豎向承載力為325 kN，樁體材料強(qiáng)度可取為C20。

表3 不同方案的設(shè)計參數(shù)

由于基底平均壓力Pk=215 kPa，且根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，以上四種方案的計算都可以滿足承載力要求，因此從綜合角度考慮可得當(dāng)樁間距s=4d=1.6 m，采用正方形布樁時，就可以滿足建筑承載力要求，故選擇方案二作為CFG復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)，且按GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［4］，選取有代表性的鉆孔進(jìn)行計算，平均沉降量均小于規(guī)范要求值200 mm，地基變形允許值滿足GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［4］第5.3.4條要求。

4.2 樁的布置及褥墊層設(shè)計

根據(jù)以上方案比較并結(jié)合勘察結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)，本工程場地內(nèi)CFG樁采用正方形布樁形式，面積置換率為0.049，總樁數(shù)為1 162根。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計中，通過在基礎(chǔ)與樁、樁間土之間設(shè)置褥墊層，調(diào)整樁土間的相對變形，從而使樁土共同工作［5］。因而，褥墊層技術(shù)是CFG樁復(fù)合地基的一個核心技術(shù)，復(fù)合地基的許多技術(shù)都與褥墊層有關(guān)［6］。本設(shè)計根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，考慮到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，褥墊層厚度取10 cm～30 cm為宜，對于本工程選取15 cm，褥墊層材料模量在70 MPa～100 MPa之間為優(yōu)，宜用中砂、粗砂、級配砂石或碎石等，粒徑不宜大于30 mm。

5 結(jié)語

本工程為項(xiàng)城市某小區(qū)高層住宅樓CFG樁地基設(shè)計，是在天然地基不滿足建筑物承載力要求和變形要求的情況下，主要對10號，11號，15號，16號采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行了處理。首先根據(jù)場地巖土工程條件初步設(shè)計了地基處理參數(shù)的四種方案，然后分別計算了四種方案下的地基承載力，綜合分析比較后，最終選取了正方形布樁，樁間距s=4.0d，并對這一方案的沉降量進(jìn)行了計算，結(jié)果滿足規(guī)范要求。通過本文實(shí)際工程計算證明，采用CFG樁復(fù)合地基，承載力提高幅度大，并且有很大的可調(diào)性，地基變形也得以很大程度的降低，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］ 傅景輝，宋二祥.剛性樁復(fù)合地基工作特性分析［J］.巖土力學(xué)，2000，21(4)：335-339.

［2］ 龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］ 高均昭，宋 揚(yáng)，袁凌云.CFG樁復(fù)合地基承載力工程應(yīng)用分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007，34(4)：31-35.

［4］ GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］ 李天祺，王寧偉，周太全.CFG樁復(fù)合地基褥墊層三維彈塑性分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，39(2)：47-50.

［6］ 閻明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2001.