CFG樁復合地基在巖溶地區高層建筑地基處理中的應用

呂勝奎

摘 要：本文以巖溶地區高層建筑地基工程為例，制定地基基礎方案，探討CFG樁復合地基的設計與施工情況，并將其與沖孔樁的實際應用效果進行對比分析，選定適宜巖溶地區高層建筑地基基礎較好的施工方案，以加強施工質量控制，確保CFG樁復合地基的實際應用價值得以有效發揮。關鍵詞：CFG樁復合地基；巖溶地區；高層建筑；地基處理；應用CFG樁復合地基主要由CFG樁、樁間土和褥墊層形成復合地基，以CFG樁復合地基粘結強度樁位主要代表，在高層建筑和超高層建筑中具有良好的應用價值。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，就強度和模量來看，樁體強度大于樁間。在荷載作用下，樁頂應力大于樁間表面應力。CFG樁能夠促進所承受荷載向深土層傳遞，一定程度上減少樁間土所承擔的荷載大小，改善復合地基承載力，合理控制變形，在高層建筑地基處理中具有良好的應用效果。1 工程概況本文以廣西地區某高層建筑工程項目為例，探討CFG樁復合地基在高層建筑地基處理中的實際應用情況。該工程主要由20棟高層建筑組成，高層建筑分別為20層到26層不等，有一層地下室。該工程場地巖土層主要包含第四系素填土、淤泥、紅黏土等，施工場地為溶蝕堆積平原，淺層局部位置存在溶洞。施工現場灰巖層面埋深為11.2-16.8m，顏面局部起伏變化較大，場地地下水以上層滯水和溶洞裂隙水為主，地下水穩定水位約在地表以下1.2-1.4m，地下水無腐蝕性。2 地基基礎方案2.1 一期工程沖孔樁一期工程18號、20號樓為18層的高層建筑，地基基礎經多方案比較，選用沖孔樁方案。由于地下水位較高，又是地處湖邊，如采用人工挖孔樁降水難度大，成本高，故采用沖孔灌注樁，以灰巖為樁端持力層，樁端承載力特征值為7500kPa。樁施工完成后，經鉆芯檢測，18號、20號樓基礎分別有單樁承載力不滿足設計要求。原因主要是由于作為持力層的巖面局部起伏變化較大，巖面有溶溝（槽），施工難度大，終孔不易控制，清孔不凈等。2.2 一期工程沖孔樁改為樁筏基礎由于樁端承載力不滿足設計要求，且沖孔樁已施工完成，一期18號、20號樓基礎改為樁筏基礎，樁按摩擦樁考慮，不考慮其樁端承載力。筏板下的持力層為紅黏土層。為充分利用紅黏土層的承載力，對筏板下的紅黏土層進行平板載荷試驗，進一步明確土層參數。試驗結果表明，筏板下的紅黏土層地基承載力特征值fak=260kPa，并取得土層較準確的變形模量等參數。樁筏基礎通過樁和筏板協調共同受力，充分利用筏板下的紅黏土層的承載能力，解決了樁承載力不滿足設計要求的問題。樁筏基礎采用中國建筑科學研究院編制的基礎設計軟件JCCAD程序，通過有限元分析計算。設計筏板厚度為1800mm，經計算，樁和筏板的受力和沉降滿足規范要求。根據施工過程和竣工后的觀測報告表明，樁筏基礎的沉降量較小，相鄰基礎的不均勻沉降差也較小，其中18號樓最大沉降7mm，20號樓最大沉降7.7mm。沉降較小且已穩定，表明樁筏基礎的設計是成功的，解決了樁的承載力不滿足設計承載力的問題。2.3 二、三期工程采用CFG樁復合地基一期工程沖孔樁施工效果不理想，沖孔樁施工的工期長（加大了管理的間接成本）且不能完全控制，工程造價高，施工難度大且施工質量控制難度大，同時施工產生的泥漿對環境會造成污染。沖孔樁的質量檢測困難，出現質量問題時補救措施難度大。綜合考慮以上沖孔樁存在的不利因素，二、三期工程將原設計的沖孔樁基礎進行修改，采用CFG樁進行地基處理，基礎采用筏板基礎。3 CFG樁復合地基設計與施工以該工程中的15號樓為例，該工程地上26層，地下1層，主樓采用筏板基礎，低級承載力要求在400kPa-450kPa。相關勘察報告顯示，該工程基礎持力層性質為紅黏土，在深寬修正后其地基承載力仍難以滿足建筑工程地基承載力要求。此種情況下，施工單位決定以CFG樁對該工程地基進行科學化處理，以進一步提高其地基承載力。3.1 CFG樁復合地基設計結合該工程具體情況開展CFG樁復合地基設計，地基承載力特征值在400-450kPa之間，在基礎尺寸方面，長為50.6m，寬為21.1m，基礎板面標高為-5.25m，板厚度為1.5m。CFG樁復合地基中，樁頂設計標高為-7.3m，并將板底部一下素混凝土墊層厚度控制在100mm左右。樁徑為500mm，樁間距為1100mm，平均樁長8.6m，依據《建筑地基處理技術規范》對面積置換率進行準確計算，以設計軟件JCCAD程序對筏板基礎開展有限元分析，以準確把握地基總沉降量。在樁頂與筏板之間設置標準厚度的墊層，以優良級配的隨時混中粗砂作為褥墊層，適度擴出筏板邊進行鋪設，以利用樁間土承載力促進不均勻沉降問題的有效解決。3.2 CFG樁施工在該工程施工中，所采用的施工工藝獨特，以長螺旋鉆成孔管內泵送混合料成樁的方式，嚴格按照《建筑地基處理技術規范》中的相關標準執行施工操作。3.3 效果檢測該工程竣工后觀測表明，其最大沉降值為16.5m，與工程預估值相接近，相鄰觀測點的不均勻沉降差較小，與施工規范相一致，且呈穩定狀態。低應變監測顯示CFG樁的樁身完整性良好，平板靜載試驗顯示CFG樁復合地基承載力特征值滿足建筑工程相關標準。4 CFG樁復合地基與沖孔樁的對比就設計和應用情況來看，CFG樁復合地基與沖孔樁相比，具有諸多優勢：一是CFG樁復合地基施工周期較短，時間上具有一定可控性，避免了沖孔樁可能出現的樁底不理情況的后期處理過程，便于加強施工質量控制。CFG樁復合地基與沖孔樁相比，在工程造價上約降低14%左右，其施工質量易于控制，最大程度上避免了沖孔樁可能出現的入巖深度不足和樁底溶洞等問題，切實保證高層建筑地基處理的可靠性，提高建筑整體結構穩定性。就檢測難度來看，沖孔樁的單樁承載力較高，靜載實驗檢測對荷載有著嚴格的要求，此種情況下沖孔樁檢測難度較大。而CFG樁復合地基的檢測可以由壓板靜載試驗實現，實際檢測難度較小。由此可知，CFG樁復合地基具有良好的應用價值，是巖溶地區高層建筑地基處理中的優良方案，便于加強地基施工質量控制，為高層建筑使用功能的發揮奠定可靠的基礎。5 結束語總而言之，巖溶地區高層建筑工程的地基處理難度較大，為保證高層建筑整體結構的穩定性，加強地基基礎工程質量控制，應當結合工程特點合理應用CFG樁復合地基，優化施工工藝，規范施工環節，確保處理后的復合地基承載力滿足高層建筑的實際要求，從而確保高層建筑的使用功能得到有效發揮。參考文獻[1]張東剛，張震，馬驥，李濤，李帥，谷二永.模擬樁端為巖層的剛性樁復合地基承載性狀試驗研究[J].建筑科學，2016（01）.[2]薛會彥.高層建筑基礎處理中CFG樁復合地基的應用探析[J].江西建材，2014（02）.[3]楊仕升，何聲，謝開仲，蒙雷.我國巖溶區建筑震害分析與抗震研究進展[J].地震研究，2013（03）.