高承載力復(fù)合地基探討

朱曉翠+王鴻+田玉中

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.050

摘 要：論文簡單介紹了CFG樁復(fù)合地基的作用機(jī)理，文章通過2個高承載力復(fù)合地基加固處理工程案例分析，說明CFG樁不僅在地基條件較好時適用，也適用于粉土、粉砂等較軟弱地基土的加固處理。地基土層較好的地基通過CFG樁復(fù)核地基加固處理后，可獲得高承載力的復(fù)合地基。

關(guān)鍵詞：承載力 復(fù)合地基 CFG樁

中圖分類號：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0050-03

“水泥粉煤灰碎石樁”（又稱CFG樁），是由砂、碎石、石屑、粉煤灰摻水泥加水，拌和后采取一定施工工藝制成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，通過CFG樁樁體、樁間土、褥墊層共同作用，并共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳遞荷載的復(fù)合地基加固處理方法。CFG樁可充分利用樁間土的承載力及褥墊層共同發(fā)揮作用，并將上部荷載傳遞到深層地基土層中去，因此，CFG樁復(fù)合地基具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。

CFG樁復(fù)合地基適用于處理粘性土、粉土、砂土以及已經(jīng)完成自重固結(jié)的填土地基。CFG樁可用于擠密效果較好的土，也可用于擠密效果較差的土：當(dāng)CFG樁用于擠密效果較好的土?xí)r，地基承載力的提高對地基土既有擠密作用又有置換作用；當(dāng)CFG樁用于擠密效果較差的土?xí)r，地基承載力的提高對地基土只有置換作用。CFG樁與其他復(fù)合地基的樁相比，由于其樁體材料較輕，因此置換作用尤為明顯。

CFG樁復(fù)合地基與其他復(fù)合地基處理方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）CFG樁施工工藝簡單，無場地污染，振動影響也較小。（2）CFG樁樁體材料中加入了工業(yè)廢料——粉煤灰，有效地減少了環(huán)境污染，又能達(dá)到料廢物利用的目的；并且僅需少量水泥，便于就地取材，節(jié)約了建筑材料。（3）CFG樁的受力特性與水泥攪拌樁類似。（4）CFG樁樁體不配筋，能充分發(fā)揮樁間土的承載力，相比普通混凝土樁，樁數(shù)減少，工程造價降低。

CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)具有施工工藝簡單、施工速度快、工期短、施工質(zhì)量容易控制、工程造價低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 案例一

綿陽市某住宅項(xiàng)目擬建建筑物為18F框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)；基底以下由粉質(zhì)黏土、卵石層和強(qiáng)風(fēng)化泥巖組成，上部土層厚度較大，均勻性差，縱、橫向力學(xué)性能及均勻性差異較大，不能滿足上部荷載要求。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求對住宅樓基底以下粉質(zhì)黏土及卵石層進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基加固處理，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，處理后復(fù)合地基承載力特征值：kPa。

1.1 基底地層結(jié)構(gòu)

擬建物基底以下地層結(jié)構(gòu)如以下幾點(diǎn)。

（1）粉質(zhì)黏土：褐黃色、可塑、稍濕、干強(qiáng)度中等，韌性中等，厚1.00～6.10 m。

（2）粉土：黃褐色，稍密～中密，稍濕，干強(qiáng)度低，韌性低，厚0.80～4.20 m。

（3）稍密卵石：卵石含量55%～60%左右，一般直徑2～8 cm。被中粗砂充填，并含少量泥質(zhì)成分。顆粒交錯排列，部分接觸。厚0.70～1.90 m。

中密卵石：卵石含量占60%～70%左右，一般直徑4～8 cm，含少量漂石，被中粗砂和礫砂充填，并含15%左右的圓礫。厚0.70～2.0 m。

密實(shí)卵石：卵石含量>70%，一般直徑10～20 cm，含較多漂石。被中粗砂和礫砂充填，并含10%左右圓礫。

（4）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：紫紅色，其礦物成份為黏土質(zhì)礦物，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，遇水易軟化，厚1.20～2.60 m。

中等風(fēng)化泥巖：紫紅色，其礦物成分為黏土質(zhì)礦物，層理清晰，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巨厚層狀構(gòu)造、局部有強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾層，整體結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度中等，錘擊易碎。巖芯采取率平均約90%。巖石堅(jiān)硬程度為軟巖。

1.2 水文地質(zhì)條件

場地地下水類型為填土層中的上層滯水、砂卵石層中的孔隙潛水和基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于粉質(zhì)黏土和粉土層中，受大氣降水及附近污水的補(bǔ)給；孔隙潛水是該場地主要的地下水類型，微具承壓性，其水位埋藏較深，水量豐富，補(bǔ)給源主要是地下徑流及大氣降水。

1.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)。

CFG樁設(shè)計(jì)樁徑800 mm，樁端伸入持力層800 mm，并在樁頂預(yù)留0.5 m的保護(hù)樁長。需要處理的地層有：粉質(zhì)黏土、稍密卵石、中密卵石、密實(shí)卵石和強(qiáng)風(fēng)化泥巖，樁端持力層為中風(fēng)化泥巖。各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

（2）承載力計(jì)算。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）CFG樁復(fù)合地基承載力特征值可按（1）式計(jì)算：

（1）

（1）式中：fsk為處理后樁間土的承載力特征值，根據(jù)場地土層情況和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)取fsk=140 kPa；Ra為單樁豎向承載力特征值；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取λ=1；m為面積置換率；Ap為樁截面積；β為樁間土承載力折減系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取β=0.8。

單樁豎向承載力特征值可按（2）式估算：

（2）

（2）式中：up為樁周長；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值；qp為樁端阻力特征值；n為樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；Li為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）；ap為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取ap=0.8。

經(jīng)計(jì)算得CFG樁單樁豎向承載力特征值：Ra=600 kN，面積置換率：m=0.32。

（3）樁的布置。

擬建物基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，CFG樁在筏板基礎(chǔ)內(nèi)按正方形布置，樁間距按下式計(jì)算：

de=1.13s

上式中：d為CFG樁直徑；de為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；s為樁間距。

經(jīng)計(jì)算得樁間距：s=1.2 m。

2 案例二

西昌市某項(xiàng)目擬建物為框剪結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)。基底以下為粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、礫石和卵石層。由于上部土層厚度變化大不能滿足上部荷載要求，故要求對基底以下的粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂以及礫石采用CFG樁復(fù)合地基加固處理，樁端持力層為稍密卵石層，要求處理后復(fù)合地基承載力特征值：350 kPa。

2.1 基底地層結(jié)構(gòu)

擬建物基底以下地層結(jié)構(gòu)分述如下：

（1）粉質(zhì)黏土：灰色～灰黑色，可塑～軟塑狀，濕～很濕，厚9.10～17.60 m。

（2）粉土：灰黑色，含少量礫石且不連續(xù)，厚1.40～9.70 m。

（3）粉砂：灰色，很濕～飽和，稍密，厚0.60～6.40 m。

（4）礫石：灰色～灰黑色，很濕～飽和，碎石成份以泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，填充物為粉土和細(xì)砂，磨圓度較差，分布不連續(xù)，厚0.40～3.10 m。

（5）卵石：灰白色，磨圓度較好，卵石含量為55%～65%，充填物以細(xì)砂、粉土為主，夾極少量粘性土，分布不連續(xù)，此次勘察未揭穿該土層。

2.2 水文地質(zhì)條件

工程場地地下水類型為上層滯水，主要賦存于填土層中，受大氣降水和地下水徑流補(bǔ)給，地下水靜止水位約2.55～2.85 m，水量較小。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)。

CFG樁設(shè)計(jì)樁徑800 mm，樁端伸入持力層800 mm，并在樁頂預(yù)留0.5 m的保護(hù)樁長。需要處理的地層有：粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、礫石，樁端持力層為中密卵石。土層物理力學(xué)參數(shù)見表2。

（2）承載力計(jì)算。

根據(jù)案例一中公式（1）、（2）計(jì)算單樁承載力，經(jīng)計(jì)算得單樁豎向承載力特征值：Ra=600 kN，面積置換率：m=0.24。

（3）樁的布置。

擬建物基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，在筏板基礎(chǔ)內(nèi)CFG樁按正方形布置，樁間距按下式計(jì)算：

de=1.13 s

上式中：d為CFG樁直徑；de為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；s為樁間距。

經(jīng)計(jì)算得樁間距：s=1.4 m。

3 處理效果

在工程施工期間和竣工后一年內(nèi)對建筑物進(jìn)行沉降觀測以檢驗(yàn)CFG樁復(fù)合地基處理的效果。根據(jù)觀測資料，以上兩個案例中建筑物在觀測期內(nèi)最大沉降量分別為12 mm和20 mm，CFG樁復(fù)合地基沉降較均勻，建筑物局部傾斜值均小于0.001，均滿足規(guī)范要求，同時也滿足建筑物后期使用要求，CFG樁復(fù)合地基處理效果較好。

4 結(jié)語

論文通過采用CFG樁復(fù)合地基處理得到高承載力復(fù)合地基的工程案例可知：通過大直徑CFG樁復(fù)合地基加固處理，可獲得高承載力的復(fù)合地基，說明大直徑CFG樁在地基處理中是經(jīng)濟(jì)適用的；CFG樁不僅適用于地基土條件較好的地基處理，也適合于粉土、粉砂等較軟弱地基土的加固處理，可為以后高承載力復(fù)合地基加固處理設(shè)計(jì)提供一定的參考。

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