CFG樁地基處理在房屋建筑工程中的應(yīng)用

郭 瑞 靜

(北京中元工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，北京 100048)

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CFG樁地基處理在房屋建筑工程中的應(yīng)用

郭 瑞 靜

(北京中元工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，北京 100048)

結(jié)合太原某公司綜合技術(shù)大樓場(chǎng)地工程的地質(zhì)條件，采取了CFG樁地基處理方案，并從地基承載力設(shè)計(jì)、變形計(jì)算、參數(shù)設(shè)計(jì)等方面，闡述了CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)過(guò)程，提出了CFG樁的施工與質(zhì)量檢測(cè)要求，達(dá)到了良好的地基處理效果。

CFG樁，復(fù)合地基，承載力，質(zhì)量檢測(cè)

1 概述

JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范2.1.12條定義水泥粉煤灰碎石樁為“由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基”，工程界簡(jiǎn)稱其為CFG樁，其和褥墊層、樁間土共同受力支撐基礎(chǔ)，承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。

建設(shè)部將CFG樁復(fù)合地基作為“七五”計(jì)劃課題之一，在20世紀(jì)80年代進(jìn)行試驗(yàn)研究，并逐漸應(yīng)用于工程項(xiàng)目。和傳統(tǒng)樁基相比，CFG樁由于樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、樁身不需配置鋼筋、能夠充分利用原地基土的承載力，因此工程造價(jià)低(僅為一般樁基的1/2甚至1/3)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。CFG樁復(fù)合地基技術(shù)具有施工速度快、工期短、容易控制質(zhì)量、能降低工程造價(jià)等特點(diǎn)，近十幾年來(lái)在全國(guó)范圍多個(gè)地區(qū)得到推廣，尤其在北方地區(qū)的高層建筑地基處理中也得到廣泛應(yīng)用。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

太原某公司綜合技術(shù)大樓，地下1層，使用功能為停車庫(kù)及設(shè)備用房；地上12層，為辦公及會(huì)議。房屋高度48.200 m，抗震設(shè)防烈度8度(0.20g)，建筑物安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年。上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土梁板式筏形基礎(chǔ)，筏板平面尺寸約為18.8 m×71.4 m，基底相對(duì)標(biāo)高-6.500 m，設(shè)計(jì)基底地基承載力特征值不小于360 kPa。

2.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

①素填土：黃褐色，褐黃色，稍濕，稍密，以粉土為主，含少量植物根及灰渣、煤渣等。夾①1層雜填土，雜色、稍濕、松散，以碎石、磚塊、灰渣、煤渣、粉土及少量的生活垃圾為主，厚度為1.80 m。

②層粉土：褐黃色，黃褐色，稍濕～濕，中密～密實(shí)。該層土質(zhì)不純，含云母、氧化鐵等，局部含少量角礫及碎石等，為中等壓縮性粉土。最大層厚3.70 m，最小厚度1.70 m，平均層厚3.12 m。

③層粉土：黃褐色，稍濕～濕，中密～密實(shí)狀態(tài)。該層土質(zhì)不純，含云母及氧化物，局部含少量角礫及碎石等；夾③1層粉質(zhì)粘土，褐黃色、黃褐色，軟塑～硬塑狀態(tài)，含云母及氧化鐵，為中等壓縮性粉土。最大層厚8.70 m，最小層厚1.00 m，平均層厚3.90 m。

④層粉質(zhì)粘土：黃褐色、褐黃色，局部夾灰褐色，可塑狀態(tài)，局部為硬塑。該層土質(zhì)不純，含少量云母及氧化物，局部含少量角礫等；夾④1層粉土，褐黃色、黃褐色，稍濕～濕，密實(shí)，為中等壓縮性粉質(zhì)粘土。最大層厚9.90 m，最小層厚1.40 m，平均層厚4.30 m。

⑤層粉質(zhì)粘土：褐黃色，黃褐色，局部夾灰褐色，可塑～硬塑狀態(tài)。該層土質(zhì)不純，含少量云母及氧化物，局部含少量角礫及碎石等；夾⑤1層粉土，褐黃色、黃褐色，稍濕～濕，密實(shí)狀態(tài)。該層土質(zhì)不純，含云母及氧化物，局部夾⑤2層角礫，為中等壓縮性粉質(zhì)粘土。該層未揭穿，最大層厚10.0 m，最小層厚1.10 m，平均層厚4.93 m。

擬建場(chǎng)地內(nèi)的飽和粉土均不液化，場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8度時(shí)，不存在可能產(chǎn)生震陷影響的軟弱土層，抗震地段屬一般地段，不具有濕陷性。

擬建場(chǎng)地地下水的補(bǔ)給主要為大氣降水，排泄方式以蒸發(fā)為主，地下水類型為第四系孔隙潛水。隨季節(jié)變化地下水位略有波動(dòng)，季節(jié)性水位變幅約0.5 m。勘察期間實(shí)測(cè)地下水靜止水位埋深3.2 m～5.1 m，相應(yīng)水位標(biāo)高813.54 m～815.41 m。綜合評(píng)價(jià)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性等級(jí)為微，在干濕交替條件下地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕性等級(jí)為弱。

物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.3 地基處理方案的選擇

擬建場(chǎng)地自然地面標(biāo)高為818.08 m～819.13 m，建筑物基礎(chǔ)埋深6.5 m(±0.00=825.50 m)，相應(yīng)基底標(biāo)高為818.7 m，場(chǎng)地內(nèi)分布的粉土②層層頂標(biāo)高為816.56 m～818.43 m；若采用天然地基，基底坐落在粉土②層，而擬建綜合技術(shù)大樓上部荷載較大，粉土②層作為基礎(chǔ)持力層時(shí)難以滿足對(duì)地基承載力及變形控制的要求，故不宜采用天然地基。根據(jù)本場(chǎng)地土質(zhì)情況，采用鉆孔灌注樁或預(yù)制樁技術(shù)均可行，但樁徑大，施工周期長(zhǎng)，施工噪聲大，造價(jià)高。而地基處理后的承載力需要有很大幅度提高，后經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基的加固處理，樁端持力層選用粉質(zhì)粘土⑤層。

CFG樁及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 CFG樁及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)表 kPa

2.4 CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)過(guò)程

1)復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)。

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》7.1.5條規(guī)定“復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)，可按下式估算”：

fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk。

本工程根據(jù)勘察報(bào)告提供的各土層物理力學(xué)參數(shù)及CFG樁的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)經(jīng)過(guò)計(jì)算得出單樁豎向承載力特征值Ra=755kN，復(fù)合地基承載力特征值為364kPa。

2)復(fù)合地基的變形計(jì)算。

按規(guī)范要求，變形計(jì)算采用復(fù)合模量法，計(jì)算時(shí)復(fù)合土層的分層與天然地基分層方法相同，復(fù)合土層的模量取該層天然地基模量的ζ倍(即ζ= fspk/fak，fak為基底下天然地基承載力特征值)，下臥層用天然地基壓縮模量。復(fù)合地基變形計(jì)算深度應(yīng)大于復(fù)合土層的厚度。根據(jù)勘察報(bào)告提供的土層參數(shù)，計(jì)算結(jié)果復(fù)合地基最終變形值為46.4，滿足規(guī)范要求。

3)設(shè)計(jì)參數(shù)。

a.樁長(zhǎng)：根據(jù)建筑物對(duì)承載力和變形的要求及土質(zhì)條件，樁端應(yīng)置于承載力、壓縮模量相對(duì)較高，厚度較大的土層上。本工程以粉質(zhì)粘土⑤層作為樁端持力層，樁長(zhǎng)20.5m。

b.樁徑：根據(jù)打樁機(jī)械，長(zhǎng)螺旋鉆中心壓灌設(shè)計(jì)樁徑范圍350mm～600mm，本工程取400mm。

c.樁間距：需綜合考慮工程要求的處理后地基承載力的大小、原地基土性質(zhì)以及施工機(jī)械類型，施工時(shí)相鄰樁之間的影響。一般采用非擠土成樁方法的樁距s取(3～5)d，本工程為1.44m×1.48m，置換率為0.058 8。

d.混凝土強(qiáng)度：樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求:

fcu≥4λRa/Ap。

其中，fcu為樁體試塊(邊長(zhǎng)150mm立方體)在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d的立方體抗壓強(qiáng)度平均值，kPa。

本工程fcu≥4×0.9×750×103/0.125 6=21.5MPa，混凝土采用C25。

e.褥墊層厚度：褥墊層厚度宜為(0.4～0.6)d，本工程采用200mm厚的級(jí)配砂石或碎石，粒徑8mm～20mm，夯填度不大于0.9。不宜選用咬合力弱的卵石，易造成褥墊層薄厚不均勻，質(zhì)量差。褥墊層周邊擴(kuò)出基礎(chǔ)墊層或樁邊200mm且周邊要有原狀土約束，如圖1所示。電梯井坑斜面部位褥墊層鋪設(shè)如圖2所示。

2.5 CFG樁施工與質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

1)CFG樁施工。

樁體施工采用長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓混凝土工藝，成孔到設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)高后，即停止向下鉆進(jìn)，開(kāi)始泵送混合料，當(dāng)混合料充滿鉆桿芯管后再開(kāi)始拔管，嚴(yán)禁先提管后泵料。施工中每根樁的投料量不得少于按設(shè)計(jì)樁體計(jì)算出的灌注量。清理樁頂以上地基土和截樁頭時(shí)不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身的斷裂和對(duì)樁間土的擾動(dòng)，樁頭應(yīng)完整、平整，以利于受力均勻。

2)地基處理效果檢驗(yàn)。

本工程共施工554根CFG樁，施工完成后由建設(shè)方委托有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè)。隨機(jī)抽驗(yàn)56根樁，占總樁數(shù)的1%，進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)檢測(cè)樁身完整性，檢測(cè)結(jié)果Ⅰ類樁50根，占被測(cè)樁總數(shù)89%；Ⅱ類樁6根，占被測(cè)樁總數(shù)11%；未發(fā)現(xiàn)Ⅲ類、Ⅳ類樁，樁身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)隨機(jī)抽取6根樁進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)，在最大荷載1 500 kN時(shí)，累計(jì)沉降量在21 mm～26 mm之間；抽取6根樁進(jìn)行單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，在最大試驗(yàn)荷載720 kPa時(shí)，累計(jì)沉降量在24 mm～28 mm之間。檢驗(yàn)結(jié)果表明，該場(chǎng)地單樁承載力特征值及復(fù)合地基承載力特征值均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

1)處理過(guò)的復(fù)合地基須通過(guò)復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)和單樁靜載荷試驗(yàn)確定地基的承載力特征值作為工程依據(jù)，因此，樁施工完后，必須進(jìn)行驗(yàn)樁，合格后才能進(jìn)行下一步施工。

2)褥墊層的合理設(shè)置對(duì)保證樁、土共同承擔(dān)荷載，減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中起到至關(guān)重要的作用。

3)基坑開(kāi)挖時(shí)要注意保護(hù)樁及樁間土不受擾動(dòng)及破壞。

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

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

[3] 閆明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].第2版.北京：中國(guó)水利水電出版社,2006.

Application of CFG pile foundation treatment in housing building engineering

Guo Ruijing

(BeijingZhongyuanEngineeringDesignConsultingCo.,Ltd,Beijing100048,China)

Combining with geological conditions of the composite technology building engineering in Taiyuan city, applying CFG pile foundation processing scheme, starting from aspects of foundation bearing capacity design, deformation computation and parameter design, the paper describes the CFG pile composite foundation design process, and puts forward CFG pile construction and quality detection demands, and finally achieves good foundation processing effect.

CFG pile, composite foundation, bearing capacity, quality detection

1009-6825(2017)06-0102-03

2016-12-19

郭瑞靜(1973- )，女，工程師

TU473.1

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