載荷試驗法確定CFG樁單樁復合地基承載力

姜勇

摘 要：在工程建設中正確合理的巖土工程技術指標，對確立基礎形式、核算工程造價、計劃建設周期以及控制工程質量至關重要，本次通過精心的試驗方案設計、嚴謹的試驗過程控制和合理的成果技術分析，成功對擬建工程場地進行了CFG樁單樁復合地基載荷試驗，較好地掌握了CFG樁單樁復合地基的承載性能，為地基基礎設計提供了可靠的巖土工程技術參數。

關鍵詞：工程建設 CFG樁地基處理 載荷試驗 單樁復合地基承載力

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0060-04

某大型工程建設項目位于遼河三角洲沖積平原地區，根據擬建場地的巖土工程勘察報告，該區域的地層主要由第四系的粘性土、淤泥質粉質粘土、粉土及粉細砂組成，上部地基土層工程性質較差，不能滿足擬建建筑物天然地基要求，需進行地基處理。經多方分析比較及論證，決定本工程主要建構筑物采用CFG樁復合地基[1]。為合理確定CFG樁單樁復合地基的承載力，了解CFG樁在淤泥質粉質粘土、粘性土、粉土以及粉細砂地層中處理的適宜性，為設計提供合理的計算參數，本工程開展了CFG樁單樁復合地基試驗工作。

1 工程地質條件

擬建場地地形平坦開闊，地貌上屬遼河三角洲沖積平原，高程介于2.80～3.58m之間，其地層巖性自上而下為以下幾個方面。

①粉質粘土：黃褐色，無搖振反應，稍有光澤，可塑狀態，該層在場地內分布普遍，層厚0.90～4.50m。

①1粉質粘土：黃褐色，干強度、韌性中等，軟塑狀態，該層僅在局部見有，層厚2.00～4.40m。

②淤泥質粉質粘土：灰黑色，含腐殖質，有腥臭味，流塑狀態，該層僅在局部見有，層厚1.30～5.10m。

②1粉土：灰色，搖振反應中等，無光澤反應，干強度、韌性低，稍密狀態，很濕。該層在場地內分布普遍，層厚0.90～7.60m。

③粉砂：深灰色，稍密狀態，飽和，顆粒成分主要以長石、石英為主，見少量貝殼，該層僅在局部見有，層厚0.60～6.80m。

③1粉質粘土：灰色，無搖振反應，稍有光澤，干強度、韌性低，軟塑～可塑狀態，該層僅在局部見有，層厚0.50～3.90m。

④細砂：灰白色，密實狀態，飽和，顆粒成分主要以長石、石英為主，分選、磨圓一般，該層分布普遍，層厚1.00～19.00m。

⑤粉質粘土：灰色，可塑～硬塑狀態，稍有光澤，韌性、干強度中等，該層在場地內普遍分布，本次勘察未穿透該層。

擬建場地的地下水為第四系松散層孔隙承壓水，勘測期間水頭埋深2.5～3.0m，該地下水主要接受大氣降水及上游地下水的徑流補給，以蒸發、向下游徑流及人工開采等方式排泄。該地區地下水年變幅為1.00～2.00m。

2 CFG樁單樁復合地基試驗方案設計

2.1 試驗區的選擇及勘察

試驗區應選在地層具有代表性的地段，并盡量靠近工程樁的使用區，且又不影響今后的工程施工，本次試驗區位置由業主、總圖及結構專業共同研究確定。

為進一步查明試樁區地層情況，合理確定試樁的樁徑、樁長及樁端持力層，試樁施工前又布置靜力觸探孔、勘探孔各一眼，對試樁區進行了詳細的地質勘察，勘察結果如表1所示。

2.2 樁距、樁長及樁位布置

本次試驗共進行3根CFG樁單樁復合地基試樁，設計樁徑為Φ400mm，樁長12m，樁間距1.20m，樁頂高程0.50 m，樁端持力層為④細砂層，采用正方形布樁，樁身強度相當C25。試驗點布置見圖1。

2.3 CFG樁施工

2.3.1 施工設備及材料

CFG樁施工采用DJK800型步履式長螺旋打樁機，該型機重心穩定、移動靈活、鉆桿強度高、能原地旋轉360°打樁。CFG樁為水泥粉煤灰碎石樁，混凝土強度相當C25，混凝土坍落度160～200mm，混凝土供應采用商品混凝土。

2.3.2 施工技術要求

（1）鉆機就位時做到機座平穩，鉆頭中心與樁位偏差不得大于20mm，開孔時將鉆頭兩活瓣合攏。

（2）在鉆進過程中，隨時檢查鉆機的平穩狀態和垂直度，確保樁孔垂直度偏差<1%。

（3）成樁過程中，為防止第③層粉砂砂串孔，采用跳打方式成孔。

（4）開孔鉆進至設計深度終孔，提鉆200mm左右，開動輸送泵泵送混合料。

（5）按照泵送混合料速度邊送料邊提鉆，提鉆的速度應在1.5～2.0m/min，應保持鉆桿中的混凝土面比孔內混凝土面高出3～5m，應確保在砂層中成樁不縮徑、不坍塌。

（6）成樁過程中應抽樣做混合料試塊，要求每臺機械每臺班不少于一組。

（7）提鉆至設計樁頂并留出保護樁長不小于0.50m。

2.4 試坑開挖、截樁及樁身的檢測

試驗樁滿足規定養護期后即可進行試坑開挖，設計要求樁頂高程0.50m，因此試坑開挖深度為-2.5m。本次試樁采用堆載，為保證加荷平臺支點與承壓板邊的凈距大于2m，試坑底邊長、寬按13.0m×6.0m考慮。試坑開挖時要求施工機械輕挖、輕起，避免施工機械對樁頭產生大力碰撞，使樁頭或樁在基礎下部折斷。基坑底面以上預留300mm土層用作人工清理。

CFG樁為水泥粉煤灰碎石樁，內部不設置鋼筋，抗撞擊能力及抗彎曲能力較差，極易折斷，因此本次截樁頭采取了在設計樁頂標高處用打磨機沿樁圓周由外向里切割的方法，并保持切割面在同一個水平基準上。為確保樁身質量，本次試驗前抽選3組試塊到質檢部門進行了抗壓強度檢測，同時采用低應變手段，對截完樁頭的CFG樁逐一的進行了樁身完整性檢測，結果表明試驗區的CFG樁的樁身強度和樁身完整性均滿足設計要求。

2.5 試驗方法

將試樁周圍的地基土人工清理至設計樁頂頂面，并保持地基土為原狀結構土層，為使樁、土能更好地發揮共同承擔荷載的作用，樁頂及四周需鋪設200mm厚的級配碎石褥墊層，用水平尺找平，然后安裝承壓板、千斤頂及反力堆載裝置等，承壓板為圓形剛性承壓板，面積1.45m2，與一根樁承擔的處理面積相當，承壓板的中心應與樁的中心重合。試驗每級加荷75kPa，預估最大加載900kPa，荷載大小由安裝在油泵油路上的壓力傳感器通過“RS-JYC”型樁基靜載荷測試分析系統自動控制和記錄。試驗設備安裝見圖2。試驗方法完全按《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）[2]的有關要求進行。

3 試驗成果及分析

3.1 試驗成果

S01試驗點累計歷時5600min，當加至第10級825kPa時，沉降急劇增大，累計沉降量大于承壓板直徑6%，終止加荷，總沉降達106.45mm，最大回彈量5.36mm，回彈率5.0%。

S02試驗點累計歷時6450min，當加至第10級825kPa時，沉降急劇增大，累計沉降量大于承壓板直徑6%，終止加荷，總沉降達133.67mm，最大回彈量9.13mm，回彈率6.8%。

S03試驗點累計歷時5430min，當加至第9級750kPa時，沉降量加大且24h未穩定，終止加荷，總沉降達107.66mm，最大回彈量8.03mm，回彈率7.5%。

S01、S02、S03這3個試驗點單樁復合地基荷載及沉降（P～S）曲線見圖3、圖4、圖5。

3.2 成果分析

S01試驗點P～S曲線上有比例界線，且比例界限2倍不大于極限值，因此比例界限對應的荷載值即為承載力特征值，S01比例界限為25.4mm，對應的荷載值為300kPa；S02試驗點在荷載825kPa作用下，沉降出現陡降，取其前一級荷載750kPa作為極限荷載，承載力特征值為375kPa，對應沉降為50.07mm；S03試驗點在750kPa荷載作用下，24h內沉降未達到穩定，該荷載的前一級荷載675kPa為極限荷載，承載力特征值為337.5kPa，對應沉降為43.12mm。3個試驗點極差占平均值的比例為22.22%﹤30%，所以擬建工程CFG樁單樁復合地基的承載力特征值取S01、S02、S03這3個試驗點承載力特征值的平均值，即337.5kPa，對應的平均沉降為39.53mm[2-3]。

4 結語

為切實了解擬建工程復合地基的巖土工程特性，更好地為地基基礎設計服務，本工程對CFG樁單樁復合地基進行了載荷試驗，從試驗區位置的確立，到對試樁區進行的細致勘察；從對施工設備及材料的選擇，到對成樁質量的嚴格控制；從對試驗執行標準的要求，到對試驗數據的分析整理，整個試驗方案設計合理，過程周密嚴謹，成果詳實可靠，客觀真實地反映了擬建場地CFG樁單樁復合地基承載性能，從而為本工程合理的確立基礎形式和進行地基基礎設計提供了可靠的技術依據。

參考文獻

[1] 閆明禮，張東剛.CFG樁復合地基技術及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2] JCJ79-2012，中華人民共和國行業標準.建筑地基處理技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] 中華人民共和國電力行業標準.DL/T 5024-2005，電力工程地基處理技術規程[S].北京：中國電力出版社，2005.