壓實(shí)填土與CFG 樁復(fù)合地基綜合應(yīng)用

袁彥華

(大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西大同　037003)

?

壓實(shí)填土與CFG 樁復(fù)合地基綜合應(yīng)用

袁彥華

(大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西大同037003)

摘要:根據(jù)大同煤礦集團(tuán)公司四老溝礦通風(fēng)機(jī)房的基本概況，確定了該通風(fēng)機(jī)房的地基處理方案，并結(jié)合地基處理設(shè)計(jì)依據(jù)，闡述了壓實(shí)填土及CFG樁設(shè)計(jì)方法，使地基設(shè)計(jì)達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)的效果。

關(guān)鍵詞:通風(fēng)機(jī)房，地基處理，壓實(shí)填土，CFG樁

大同煤田地區(qū)呈低山丘陵地貌，地形復(fù)雜，溝谷發(fā)育，地勢(shì)總體為南高北低。礦井的井筒在選址時(shí)一般會(huì)根據(jù)井田分布將井筒布置于井田開(kāi)采開(kāi)拓最適宜的位置，有時(shí)就會(huì)給地面配套建筑物的廠址選擇造成較大的困難，建筑物地基往往會(huì)處于復(fù)雜的地形上，且地質(zhì)的變化真可謂是各有千秋，地基處理就成為建筑物施工中必須要進(jìn)行的一道工序。而如何選擇最適用合理的地基處理方案，對(duì)設(shè)計(jì)人就有一定的經(jīng)驗(yàn)要求。筆者通過(guò)多年工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，希望能為相似類(lèi)型的地基處理提供一些參考。

1　工程基本概況

本工程位于大同煤礦集團(tuán)公司四老溝礦。由于礦井生產(chǎn)需要，回風(fēng)立井處需要新建通風(fēng)機(jī)房一座。通風(fēng)機(jī)房建筑由本體、風(fēng)道和擴(kuò)散塔三部分組成，其中本體尺寸為30．6 m×28．2 m，結(jié)構(gòu)形式為門(mén)鋼結(jié)構(gòu)，風(fēng)道全長(zhǎng)110 m，為鋼筋混凝土風(fēng)道，擴(kuò)散塔為7．0 m×7．0 m，高度18 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。建設(shè)單位提供的本工程巖土工程勘察報(bào)告中顯示，場(chǎng)地內(nèi)第①層土土質(zhì)為雜填土，以粉土為主，含煤屑、磚塊、生活垃圾等雜質(zhì)，地基承載力特征值僅為90 kPa。第②層為粉質(zhì)粘土，但其厚度不均勻，地基承載力特征值僅為110 kPa。以上兩層均不能作為地基的持力層。而第③層為泥巖，地基承載力特征值為250 kPa，可以作為建筑物地基的持力層。通風(fēng)機(jī)房所處位置為一山坡，風(fēng)道及本體建筑物大部分位于坡頂，而東南角局部位于山坡坡面之上，擴(kuò)散塔位于坡底。根據(jù)機(jī)電安裝專(zhuān)業(yè)提供的圖紙要求，本工程設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)以立井井筒出口標(biāo)高作為0．000標(biāo)高，而山坡坡底現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高低12 m左右。綜上所述，通風(fēng)機(jī)房需要進(jìn)行地基處理，以滿(mǎn)足建筑物的施建。

2　地基處理方案確定

地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)本著安全、適用、經(jīng)濟(jì)的原則，選取最佳的地基處理形式，目的就是為工程建設(shè)縮短工期，減少投資?？辈靾?bào)告中建議選用灰土樁作為地基處理方案，但建筑物所處地形高低起伏太大，無(wú)法使用單一的地基處理方式。經(jīng)過(guò)多次的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及開(kāi)專(zhuān)題會(huì)研究，決定選用先填土后進(jìn)行CFG樁擠密的方法進(jìn)行地基處理。首先將第①層平均厚度為1．3 m雜填土層全部挖除。然后對(duì)建筑物東南角進(jìn)行大面積壓實(shí)填土，壓實(shí)填土后標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)室外標(biāo)高。最后用CFG樁對(duì)壓實(shí)填土層進(jìn)行擠密和加固。為了保證安全，坡底設(shè)計(jì)鋼筋混凝土扶壁式擋墻進(jìn)行支護(hù)。填土后坡面采用毛石砌筑護(hù)坡進(jìn)行保護(hù)。

3　地基處理設(shè)計(jì)依據(jù)

1)GB 50215—2005煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范;2)GB 50592—2010煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范;3)GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范;4)JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范; 5)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范;6)GB/T 50783—2012復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范;7)建設(shè)單位提供的巖土工程勘察報(bào)告。

4　地基處理壓實(shí)填土設(shè)計(jì)

因壓實(shí)填土厚度的不均勻，厚度較大，根據(jù)規(guī)范放坡會(huì)占用相當(dāng)大的土地，而在初步設(shè)計(jì)中，本工程所處的場(chǎng)地已進(jìn)行了購(gòu)地范圍的界定，為了不超出允許的購(gòu)地范圍，故而在場(chǎng)區(qū)邊界線處先設(shè)置一段7 m高鋼筋混凝土扶壁式擋墻，保證不會(huì)侵占土地。在第②層粉質(zhì)粘土上直接填土?xí)r，填土平均厚度達(dá)到了9 m，下層的粉質(zhì)粘土頂面處自重壓力值pcz遠(yuǎn)大于其地基承載力特征值，故先設(shè)置了2．0 m厚3∶7灰土墊層，以承受上層壓實(shí)填土產(chǎn)生的壓力。并對(duì)粉質(zhì)粘土層這層軟弱下臥層進(jìn)行了驗(yàn)算，滿(mǎn)足規(guī)范要求。壓實(shí)填土分為兩階，第一階由坡底填至－7．000，即填至擋土墻墻頂;第二階再放坡填至設(shè)計(jì)室外地坪。擴(kuò)散塔及本體局部將位于第二階壓實(shí)填土上。第二階壓實(shí)填土待全部工程完工后，

5　CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

1)CFG樁復(fù)合地基適用性。本工程所處地基土層為粉質(zhì)粘土，滿(mǎn)足CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土等素填土地基這一范圍。并且設(shè)計(jì)人員多次對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)研，確定了可行性。

2)CFG樁復(fù)合地基的原理。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，它具有一些剛性樁的特點(diǎn)，但它又是通過(guò)褥墊層與建筑物基礎(chǔ)斷開(kāi)，故而樁體只承受豎向荷載。密實(shí)的CFG樁體在地基土層中對(duì)樁間土起到擠密作用，樁體與原地基相互結(jié)合從而形成復(fù)合地基，達(dá)到提高地基承載力、減少沉降和不均勻沉降的作用，共同作用下承受水平荷載。

3)CFG樁復(fù)合地基的特點(diǎn)。CFG樁是針對(duì)碎石樁承載特性的一些不足，加以改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的。特點(diǎn)是能更好地提高地基承載力、技術(shù)可靠、施工速度快、工期短、操作技術(shù)易于掌握、工程造價(jià)低、節(jié)約投資。

4)CFG樁的復(fù)合地基承載力計(jì)算。根據(jù)JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，本工程中CFG樁樁徑取400 mm，按正方形布樁，樁間距取1．7 m，樁的有效長(zhǎng)度取15 m。地基承載力特征值要求達(dá)到220 kPa。CFG樁單樁豎向承載力特征值按下式計(jì)算:

其中，up為樁的周長(zhǎng)，m;qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa;lpi為第i層土的厚度，m;αp為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù);qp為樁端端阻力特征值，kPa;Ap為樁截面面積，m2。

經(jīng)計(jì)算，Ra=609 kN。

復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算公式如下:

其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率;Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為單樁的截面面積，m2;β為樁間土承載力折減系數(shù);fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa。

fsk取110 kPa，λ取0．8，β取0．8，經(jīng)計(jì)算，m=0．043 36。

經(jīng)計(jì)算fspk=252 kPa，滿(mǎn)足要求。

樁體強(qiáng)度按下式計(jì)算:

經(jīng)計(jì)算CFG樁樁身強(qiáng)度取C20。

6　CFG樁的布樁及技術(shù)要求

因本建筑物各部分的占地面積均比較小，且室內(nèi)有大量的設(shè)備基礎(chǔ)，為保證建筑物整體性、防止地基的不均勻沉降，基礎(chǔ)型式均選用筏板基礎(chǔ)。所以布樁形式選擇了正方形布樁。

設(shè)計(jì)中擬選用的施工工藝為長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁，規(guī)范中樁徑建議為350 mm～600 mm，故本工程樁直徑選取400 mm。樁間距規(guī)范中建議取值為3倍～5倍樁徑，本工程樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為1．70 m。樁長(zhǎng)根據(jù)建設(shè)單位提供的地勘資料進(jìn)行設(shè)計(jì)，樁的有效長(zhǎng)度取15 m，且樁身進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖層不應(yīng)小于0．5 m。褥墊層的厚度宜為樁徑的40%～60%，褥墊層材料最大粒徑不宜大于30 mm。本工程設(shè)計(jì)樁頂和基礎(chǔ)之間鋪設(shè)一層厚240 mm的級(jí)配砂石或碎石褥墊層，級(jí)配砂石一般粒徑1 cm～3 cm，最大粒徑不大于3 cm。干容重控制大于2．0 g/cm3。褥墊層施工時(shí)采用靜壓法。樁頭預(yù)留有1．0 m保護(hù)樁段，在基礎(chǔ)施工前挖掉。挖樁時(shí)宜采用小型機(jī)械，不應(yīng)破壞樁頂標(biāo)高以下樁體，并不得擾動(dòng)樁間土層。處理后的地基變形計(jì)算，要根據(jù)建筑物類(lèi)別以及設(shè)計(jì)要求確定是否需要進(jìn)行計(jì)算。如需要計(jì)算的可按規(guī)范中相關(guān)條款進(jìn)行。

7　CFG樁施工過(guò)程中的問(wèn)題

CFG樁施工工藝、樁身混凝土配合比、施工中的質(zhì)量控制，以及相關(guān)問(wèn)題，施工單位應(yīng)進(jìn)行合理有效的施工組織設(shè)計(jì)。

CFG樁的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)符合相關(guān)施工規(guī)范和檢驗(yàn)規(guī)范。

CFG樁施工時(shí)對(duì)于機(jī)具的選擇、施工人員的素質(zhì)也應(yīng)有嚴(yán)格的要求。本工程施工過(guò)程中出現(xiàn)了鉆孔不成功的情況，施工單位反映，鉆孔到一定深度后，機(jī)具無(wú)法繼續(xù)向下工作，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的樁長(zhǎng)。而且通過(guò)在周邊另選孔位也不成功，于是建議設(shè)計(jì)單位另選地基處理方案。設(shè)計(jì)人員與地勘人員現(xiàn)場(chǎng)查看并對(duì)土層取樣，發(fā)現(xiàn)在此位置存在局部泥巖層，而其下部仍是粉質(zhì)粘土，樁端并末能到達(dá)設(shè)計(jì)所需持力層。而施工單位選取的機(jī)具功率較小，不能穿透此層泥巖。建設(shè)單位要求施工單位換機(jī)具后鉆孔成功，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。從中設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，機(jī)具的選擇也是相當(dāng)重要的一環(huán)。

精良的施工人員能通過(guò)大量的施工經(jīng)驗(yàn)，確定樁施工時(shí)是否到達(dá)設(shè)計(jì)所需持力層，以及對(duì)土層的辨識(shí)、對(duì)機(jī)具的掌控都具有良好的素質(zhì)，對(duì)工程保質(zhì)保量的施工起到了很大的保證。

8　結(jié)語(yǔ)

地基是建筑物的根本，地基處理好壞對(duì)上部建筑物的施工起到?jīng)Q定性的作用。地基處理除應(yīng)滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求外，還要做到因地制宜，就地取材、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源等。CFG樁以應(yīng)用范圍廣、造價(jià)相對(duì)低廉已經(jīng)在很多工程實(shí)踐中大量應(yīng)用。本工程的地基處理的運(yùn)用，希望能給相似工程提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn):

［1］GB 50215—2005，煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］GB 50592—2010，煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［3］GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［4］JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［5］GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［6］GB/T 50783—2012，復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范［S］．

中圖分類(lèi)號(hào):TU473．1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-6825(2016)17-0055-02

收稿日期:2016-04-03

作者簡(jiǎn)介:袁彥華(1977-)，男，工程師修筑毛石護(hù)坡進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范6．3條中相應(yīng)條款，壓實(shí)填土的填土材料選用級(jí)配土夾石(碎石占總重的30%)，放坡坡度為1∶1．25。填土?xí)r采用分層機(jī)械碾壓密實(shí)，地基主要受力范圍內(nèi)壓實(shí)系數(shù)不小于0．97，以下為不小于0．95。鋼筋混凝土扶壁式擋墻出露地面7 m，埋深為1．5 m。扶壁每3 m設(shè)置一道，全長(zhǎng)為120 m。其所處位置也需進(jìn)行地基處理，處理方法也選用CFG樁。

Comprehensive application of composite foundation of compacted soil-filling and CFG pile

Yuan Yanhua
(Datong Coal Mine Group Design Academy Co．，Ltd，Datong 037003，China)

Abstract:According to basic conditions of Silaogou mine ventilation room of Datong Coal Mine Group Corporation，the paper determines ventilation room foundation treatment scheme，and describes compacted soil-filling and CFG pile design methods by combining with foundation treatment，so as to make the foundation design safe，applicable and economic．

Key words:ventilation room，foundation treatment，compacted soil-filling，CFG pile