CFG樁在軟土地基加固中的應(yīng)用

劉鼎坤

（山西省第二建筑設(shè)計(jì)院 山西長治 046000）

1 工程概況

某建筑工程位于山西省長治市境內(nèi)，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，通過對地質(zhì)情況進(jìn)行分析，軟土較多，需要對地基進(jìn)行加固處理。對加固方案進(jìn)行綜合比較后，決定在該建筑范圍內(nèi)某部分地區(qū)采用CFG樁進(jìn)行加固處理，持力層作用在黏土層之上，地基承載力為300kPa，要求CFG樁地基承載力不能低于500kPa。

2 CFG樁加固機(jī)理

CFG樁是由石屑、粉煤灰、水泥、碎石和水均勻攪拌后形成的具有高粘度和高結(jié)強(qiáng)度的樁間，形成具有樁間士和褥墊層的復(fù)合形成的地基。CFG樁復(fù)合地基，是經(jīng)過褥墊層與地基的相互連接，在樁端構(gòu)建堅(jiān)硬土層，以保證CFG樁間土始終能夠參與工作。因?yàn)闃扼w的強(qiáng)度和模量度大樁間土，所以在荷載的作用下，樁頂?shù)膽?yīng)力就一定會大于樁間土表面的應(yīng)力。與此同時(shí)，樁所受到的承載力，通過土層傳遞給深土層，以此降低樁間土所承受的荷載。通過這樣的原理，樁的承載力和復(fù)合地基的基承載力獲得提高，而相應(yīng)的CFG樁體積獲得縮小，另外加上CFG樁不需要配筋，并且樁體可以通過工業(yè)廢料或粉煤灰作為混合料，所以在很大程度上縮減了工程成本。

CFG樁具有很高的粘結(jié)強(qiáng)度，在上部荷載的作用下，為充分滿足下樁身壓縮性小于周圍土體的特性，在案例工程施工建設(shè)中，采用了C15～C25混凝土強(qiáng)度。從CFG樁的結(jié)構(gòu)特性而言，其屬于剛性樁，可促使樁和樁土形成一個(gè)有機(jī)整體，從而進(jìn)一步提升地基的承載力。

3 CFG樁在軟土地理加固處理中的應(yīng)用

3.1 CFG樁地基設(shè)計(jì)

3.1.1 樁型和樁徑的選擇

就案例工程而言，CFG樁設(shè)計(jì)和樁基礎(chǔ)工程施工設(shè)計(jì)中，采用了長螺旋鉆管中內(nèi)壓樁基礎(chǔ)工程，實(shí)現(xiàn)對地基加固處理。根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果和該建筑工程對荷載的要求，選擇了樁徑為450mmCFG樁進(jìn)行施工，混凝土強(qiáng)度等級為C25。

3.1.2 CFG樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值和相關(guān)參數(shù)的選擇

CFG樁地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值主要通過現(xiàn)場復(fù)合地基荷載試驗(yàn)來得到，主要計(jì)算公式為：

fspk=λ.m·Ra/AP+β（1-m）fsk

此公式中fspk表示該建筑工程地基加固以后，CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值，單位為kPa；λ表示CFG樁單樁的承載力發(fā)揮系數(shù)，在計(jì)算過程中，其取值一般為1.0；m表示CFG樁面積置換率；β表示CFG樁間土承載力的折減系數(shù)，取值范圍在0.75～0.95之間。Ra表示單根CFG樁的豎向承載力特征值，單位kN；Ap表示CFG樁的截面積，單位為m2；fsk表示原地基加固處理以后，樁間土的承載力特征值，但為kPa。

根據(jù)案例工程地質(zhì)勘探的結(jié)果，要求經(jīng)過CFG樁加固處理后地基承載力特征值不能低于500kPa，單樁豎向承載力的特征值不能低于1000kN，面積置換率為4.89%，因此，為滿足上述要求，CFG樁長為18m。

3.1.3 樁間距和樁數(shù)的確定

由于該工程CFG樁施工中，面積置換率為4.89%，樁長為18m，因此，采用了正方形布置CFG樁的方法，間距為1800mm，在基礎(chǔ)基底中分別布置2排CFG樁，總共布置642根CFG樁。

3.1.4 充填料配合比

在填充料配比中，通過多次試驗(yàn)最終確定了該工程CFG樁中的填充料的配合比：每立方米CFG樁充填料，需要水180kg、水泥324kg、中砂780kg、碎石1020kg、減水劑4.25kg、粉煤灰50kg，采用此種配比，填充料的坍落度在150～180mm之間，可有效實(shí)際要求。

3.1.5 褥墊層

為最大限度上提升CFG樁施工質(zhì)量，確保地基基礎(chǔ)的承載力能滿足實(shí)際需求，褥墊層的厚度為200mm，超出邊緣基礎(chǔ)150～200mm，選擇粒徑為5～14mm的破碎碎石作為褥墊層鋪設(shè)的主要材料，并進(jìn)行全方位夯實(shí)處理。

3.2 CFG樁在軟土地基加固設(shè)計(jì)過程中需要注意的事項(xiàng)

（1）在CFG樁設(shè)計(jì)時(shí)，其寬度的參考系數(shù)取值±0，深度的參考系數(shù)取+1至0。采用這種取值方式，能夠避免在計(jì)算地基的各項(xiàng)數(shù)值時(shí)，進(jìn)行反復(fù)的參考對比修正。

（2）在CFG樁設(shè)計(jì)時(shí)，需要在計(jì)算荷載力的時(shí)候，充分考慮CFG樁在理論中的設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際的CFG樁數(shù)據(jù)存在的誤差，防止在計(jì)算過程中出現(xiàn)數(shù)值不準(zhǔn)確的現(xiàn)象發(fā)生。

（3）在CFG樁設(shè)計(jì)時(shí)，地基內(nèi)的土層結(jié)構(gòu)條件、結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)度，都是需要在設(shè)計(jì)梁板式筏基梁情況下，所需要進(jìn)行考慮的因素。

（4）在CFG樁設(shè)計(jì)時(shí)，出現(xiàn)地基出現(xiàn)非線性狀況，如果在這樣的情況下繼續(xù)采用CFG樁復(fù)合地基的原設(shè)計(jì)，那么在實(shí)際的施工過程中，就會因?yàn)榈鼗膶?shí)際壓力大于理論的地基壓力，而導(dǎo)致CFG樁復(fù)合地基出現(xiàn)安全隱患。

（5）在CFG樁設(shè)計(jì)時(shí)，樁距和褥墊層不能過小或過厚，因?yàn)樵跇毒噙^小的情況下，非常容易出現(xiàn)竄孔狀況。另外，褥墊層只有在一定的厚度范圍內(nèi)，才能夠發(fā)揮其承載力的優(yōu)化作用。而在過厚的情況下，不僅影響褥墊層發(fā)揮作用，而且還造成原材料的浪費(fèi)。還有一點(diǎn)就是，褥墊層不需要在斜坡處設(shè)計(jì)。在斜坡處設(shè)計(jì)褥墊層是不合理以及錯(cuò)誤的考慮。

（6）在CFG樁設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)樵诶碚撛O(shè)計(jì)階段對CFG樁復(fù)合地基的所有計(jì)算數(shù)值皆為極限數(shù)值，這樣的設(shè)計(jì)數(shù)值可以衡量施工原料的使用基數(shù)和施工成本。不過，在對CFG樁復(fù)合地基的實(shí)際施工作業(yè)中，如果完全按照設(shè)計(jì)數(shù)值來使用建筑材料，那么建筑的承載力就會出現(xiàn)偏低現(xiàn)象，造成安全隱患。

（7）在CFG樁設(shè)計(jì)中的布樁設(shè)計(jì)，需要根據(jù)施工環(huán)境的具體地質(zhì)條件，進(jìn)行因地制宜的布樁設(shè)計(jì)。具體分析是，需要注意樁間與樁側(cè)產(chǎn)生的相互作用力。在對建筑外強(qiáng)開始布樁時(shí)，需要考慮獨(dú)立基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)邊緣的最小間距。在不均勻的荷載情況下，布樁設(shè)計(jì)需要計(jì)算變樁樁距和變樁樁長。變樁長度的出現(xiàn)，主要是因?yàn)椴紭对O(shè)計(jì)時(shí)，樁的基礎(chǔ)深度不足造成。這種情況下是在考慮主樓設(shè)計(jì)的同時(shí)，也要考慮裙樓對基底的影響因素。

3.3 CFG復(fù)合地基檢測

3.3.1 CFG樁身完整性檢測

根據(jù)CFG樁施工相關(guān)的檢測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對CFG樁進(jìn)行完整性檢測，就案例工程后，抽檢了75根CFG樁，進(jìn)行低應(yīng)變反射波法檢測，檢測結(jié)果顯示，75根CFG樁全部為Ⅰ類樁，質(zhì)量、強(qiáng)度、硬度、規(guī)格、尺寸等都滿足實(shí)際要求。

3.3.2 地基承載力檢測

通過樁基檢測技術(shù)和規(guī)范的要求，當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)施工完成以后，同時(shí)進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測，選擇5個(gè)CFG樁單樁進(jìn)行全面檢測，檢測結(jié)果顯示，所有復(fù)合地基的承載力特征值都在580kPa以上，有效滿足了實(shí)際需要。

3.4 CFG樁質(zhì)量控制措施

3.4.1 根據(jù)環(huán)境和地質(zhì)實(shí)際情況，選擇合理的成樁工藝

CFG樁在應(yīng)用過程中，成樁施工工藝是重中之重，任何一個(gè)細(xì)微的環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會引發(fā)嚴(yán)重的質(zhì)量通病。不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不同的環(huán)境條件，所適用的成樁施工工藝也不盡相同。因此，要想確保成樁施工工藝選擇的合理性，就必須確保地質(zhì)勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4.2 嚴(yán)格控制褥墊層質(zhì)量

褥墊層的主要作用是保護(hù)CFG樁，并和CFG樁一起承擔(dān)在上部荷載，從而提升樁間土的承載力，以便更好的滿足施工要求。在褥墊層施工時(shí)，要盡量采用中砂、粗砂、級配砂等質(zhì)地相對堅(jiān)硬的材料，嚴(yán)禁采用卵石，并且最大粒徑不能超過3cm，褥墊層的厚度應(yīng)當(dāng)為樁徑的40～60%，虛鋪完成后，再進(jìn)行靜力壓實(shí)處理，以便最大限度保證褥墊層鋪設(shè)的均勻性。

3.4.3 嚴(yán)格控制提鉆時(shí)間和拔管速率

大量CFG樁施工實(shí)例表明，如果拔管速率過慢，則容易造成水泥漿液分布不均勻，而拔管速率過快，則會引發(fā)樁徑過小或者縮頸斷樁的現(xiàn)象發(fā)生。通常情況下，拔管速率控制在1.2～1.5m/min即可滿足實(shí)際需求。在進(jìn)行長螺旋鉆灌樁成孔操作時(shí)，要確?；旌狭媳盟秃桶喂芩俾实囊恢滦?，嚴(yán)格杜絕泵送混合料前就進(jìn)行提拔鉆桿。

4 結(jié)束語

綜上所述，水泥粉煤灰碎石樁（CFG）在軟土地理中加固中的應(yīng)用，雖然具有造價(jià)低、承載力高等特點(diǎn)，但是對施工質(zhì)量的要求很高，要求地質(zhì)調(diào)查做到準(zhǔn)確無誤，要做好相應(yīng)的檢測工作和質(zhì)量控制措施，才能有效達(dá)到預(yù)期的要求。經(jīng)檢測，本工程完工后質(zhì)量完全達(dá)到了預(yù)期的要求，有效的提高了軟土地基的穩(wěn)定性，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。