CFG樁復(fù)合地基在高層建筑地基處理中的應(yīng)用

賈 瑞 杰

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西 太原 030024)

CFG樁復(fù)合地基在高層建筑地基處理中的應(yīng)用

賈 瑞 杰

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西 太原 030024)

對(duì)CFG樁復(fù)合地基作了簡(jiǎn)單論述，結(jié)合工程實(shí)例，分析了CFG樁設(shè)計(jì)的影響因素，并探討了樁體材料及比例問(wèn)題，深入研究了CFG樁成樁的施工工藝流程，指出CFG樁復(fù)合地基在建筑工程中具有重要的作用，應(yīng)用前景廣闊。

CFG樁復(fù)合地基，建筑物，承載力，材料

1 CFG樁復(fù)合地基概述

CFG樁復(fù)合地基的組成有三部分，分別是CFG 樁體、樁間土及褥墊層，因此，CFG樁復(fù)合地基加固地基主要有三種作用：樁體作用、擠密作用和褥墊層作用。當(dāng)存在一個(gè)豎向的作用力垂直作用于地基時(shí)，在力的作用下，樁與樁間土都會(huì)發(fā)生沉降變形。但是由于樁的模量大于樁間土的模量,當(dāng)土發(fā)生很大形變時(shí)，樁的形變相對(duì)較小,那么本來(lái)全部作用于樁的作用力會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)而聚集到樁頂上。因此在樁體和樁間土之下增添了褥墊層，褥墊層是整個(gè)地基的核心結(jié)構(gòu)，從上述說(shuō)明可以看出樁和樁間土受到了不同的作用力，而褥墊層剛好可以解決這一問(wèn)題，當(dāng)有垂直力和水平力作用于樁時(shí)，褥墊層可以將力分解成兩個(gè)力，而且分配比例合適，這樣使樁和樁間土共同受到平等的力，減少了CFG樁對(duì)基礎(chǔ)的應(yīng)力集中作用，對(duì)CFG樁復(fù)合地基起到了一定的保護(hù)作用。同時(shí),樁對(duì)土有一個(gè)擠密作用，這使得樁的承載力有所提高，而樁周圍土的側(cè)應(yīng)力的增加，使得樁的受力性能得以改善,樁與周圍土共同工作,形成了一個(gè)復(fù)合地基的受力整體,共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來(lái)的荷載，因此CFG樁復(fù)合地基是高粘結(jié)強(qiáng)度復(fù)合地基，它具有加固作用，加固機(jī)理主要是利用化學(xué)反應(yīng)放熱，使各種材料凝固成樁體。當(dāng)粉煤灰與水接觸時(shí)發(fā)生放熱反應(yīng)，放出大量熱量，這些熱量供水泥發(fā)生水解和水化反應(yīng)，以及與粉煤灰的凝硬反應(yīng)，之后凝結(jié)和硬化，與砂、石、粉煤灰等生成穩(wěn)定的豎向增強(qiáng)體，即CFG樁。因此CFG樁復(fù)合地基適用于處理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土地質(zhì)。CFG樁屬于高粘結(jié)強(qiáng)度樁，抗剪強(qiáng)度和變形模量均較高，像剛性樁一樣，在荷載作用下其壓縮性遠(yuǎn)低于樁周土，承擔(dān)了大部分上部荷載，因此，可以較好地發(fā)揮側(cè)阻，而在樁端位于工程地質(zhì)性質(zhì)較好的地基土層上時(shí)則又具有明顯的端承作用；樁間土體得到置換或擠密置換而提高了承載力。

2 工程概況

某地上21層，地下1層的建筑物，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ),尺寸為35 m×30 m。基礎(chǔ)埋深7.0 m,地下水位為2.63 m。經(jīng)勘探該地的土質(zhì)大致可分為6層，第①層為沙粉，平均厚度在2.0 m,物理力學(xué)指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)38,各層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值240 kPa；第②層為素填土，平均厚度在4.5 m,物理力學(xué)指標(biāo)為容重20.0,含水量18.6%；第③層為圓礫，平均厚度在6.0 m,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)95，該層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值350 kPa;第④層為粉質(zhì)粘土，平均厚度在8.0 m,物理力學(xué)指標(biāo)為容重19.0,含水量30.8%，孔隙比為0.88，液性指數(shù)為0.44,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)21,該層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值270 kPa；第⑤層為粉質(zhì)粘土，平均厚度在9.5 m，物理力學(xué)指標(biāo)為容重20.1，含水量22%，孔隙比為0.65，液性指數(shù)為0.21，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)20，該層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值220 kPa；第⑥層為粉質(zhì)粘土，平均厚度在10.0 m，物理力學(xué)指標(biāo)為容重19.9，含水量23.8%，孔隙比為0.70，液性指數(shù)為0.28，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)8，該層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值150 kPa。

3 CFG樁的設(shè)計(jì)

在對(duì)土質(zhì)進(jìn)行勘探，對(duì)工程情況有了大致的了解后，就可以開(kāi)始設(shè)計(jì)CFG樁了。CFG樁作為可變強(qiáng)度的樁體，要設(shè)計(jì)成復(fù)合地基必須確定5個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)：樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁體強(qiáng)度、褥墊層及材料。

1)樁長(zhǎng)L的影響因素有很多，不同的地方，不同的設(shè)備，樁長(zhǎng)的值不等，而建筑物所能承載的力和建筑物變形程度不同，也會(huì)影響樁長(zhǎng)的大小。在本例中根據(jù)實(shí)際情況選取第⑤層落樁，因?yàn)樵搶訛榉圪|(zhì)粘土層，它的物理力學(xué)指標(biāo)說(shuō)明該層土具有可塑、中密、低壓縮性的性質(zhì),該層土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為220 kPa,壓縮模量為17.5 MPa,可作為樁端持力層,根據(jù)土層深度將樁長(zhǎng)取為18.5 m。2)樁徑d的決定因素是成樁設(shè)備的型號(hào),一般最小孔徑為350 mm，最大孔徑為600 mm。在本例中采用長(zhǎng)螺旋鉆管，工藝采用的是排土的長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝,因此將樁徑確定為400 mm。3)樁間距:計(jì)算樁間距之前需確定天然地基承載力，計(jì)算公式為S=Ap/m,由地理勘探可知復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fspk=492.7 kPa，把fspk代入式fspk=mRk/Ap+αβ(1-m)fsk得m≥0.015 8,所以S=Ap/m≤1.557,可以將樁間距初步確定為1.5 m。4)樁體試塊抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求：fcu≥3Rk/Ap，計(jì)算得fcu=20.06,所以將CFG樁樁體強(qiáng)度等級(jí)取為C25。5)褥墊層厚度一般取10 cm～30 cm為宜,但是褥墊層厚度還要根據(jù)實(shí)際情況(樁徑和樁間距)來(lái)加以調(diào)整，當(dāng)樁徑和樁間距過(guò)大時(shí),結(jié)合對(duì)土性的考慮,褥墊層厚度可大于30 mm。

4 樁體材料及比例

CFG樁制樁材料為石子、水泥、石屑、粉煤灰和水;對(duì)粉煤灰的要求是必須要達(dá)到一級(jí)或二級(jí)的要求。碎石的大小要適宜，粒徑在20 mm～40 mm之間,最好粒徑不要超過(guò)50 mm;對(duì)砂(石屑)的要求較高，砂必須是處理過(guò)的，里面混雜的垃圾和雜物必須清除，含砂量不得低于3%。石屑的大小也有要求，一般粒徑在2.5 mm～10 mm之間,干凈堅(jiān)實(shí),含泥量不大于3%。對(duì)水泥的要求不高，只要保水性能好，普通的水泥(如硅酸鹽水泥和礦渣水泥)即可。如果保水性能不好，在用泵輸送混合料的過(guò)程中容易泌水。對(duì)于高層建筑，樁強(qiáng)度等級(jí)要高一些，一般為15～25,其水泥標(biāo)號(hào)一般選用425號(hào)。混合每立方米漿液中含量為：水(190 kg)、水泥(324 kg)、中砂(781 kg)、碎石(1 050 kg)、減水劑(4.21 kg)、粉煤灰(50 kg)，坍落度19。

5 工藝流程

CFG樁成樁的施工工藝與CFG樁復(fù)合地基的質(zhì)量息息相關(guān)，而施工工藝的選擇與場(chǎng)地環(huán)境和地基土的性質(zhì)具有密切關(guān)系，因此要選擇確定合理的施工工藝必須首先深入了解場(chǎng)地環(huán)境和地質(zhì)情況，根據(jù)土質(zhì)情況首先確定施工機(jī)械、需要成樁的位置，將鉆機(jī)放到成樁位置就位，開(kāi)始鉆孔，待鉆桿到達(dá)適當(dāng)高度時(shí)，將鉆桿內(nèi)的材料灌注進(jìn)去，先是由水泥、粉煤灰組成的混凝土，鉆桿提升一定高度后，灌注孔底混凝土，邊灌注邊提升鉆桿，待成樁后，將鉆機(jī)移位，做下一個(gè)樁。需要注意的是，施工時(shí)嚴(yán)格控制提拔鉆桿時(shí)間及拔管速率，拔管速率過(guò)慢易造成水泥漿分布不勻，拔管速率太快又可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁。

[1] 龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 閻明禮,張東剛.樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2012.

[3] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(79—2002)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[4] GB 50007—2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JGJ 79—2002,建筑地基技術(shù)處理規(guī)范[S].

Application of CFG pile composite foundation in high-rise building foundation treatment

Jia Ruijie

(ShanxiInstituteofChemicalIndustryDesign,Taiyuan030024,China)

With a brief discussion on the CFG pile composite foundation, combining with engineering examples, the article analyzes factors influencing CFG pile design, explores pile materials and rate issues, studies CFG pile piling construction technology procedures, and finally points out that: CFG pile composite foundation plays an important role in building engineering, which has wide application prospect.

CFG pile composite foundation, building, bearing capacity, material

1009-6825(2015)30-0073-02

2015-08-19

賈瑞杰(1982- )，男，工程師

TU473

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