碎石樁+CFG樁處理紅黏土地基實例分析

王 偉 兵

(山西機械化建設(shè)集團公司，山西 太原 030009)

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，民用航空事業(yè)進入一個高速發(fā)展的階段，為了適應(yīng)未來航空運輸業(yè)的發(fā)展，全國掀起了新一輪的機場建設(shè)熱潮。各地方為了保持自身的競爭優(yōu)勢，對機場建設(shè)的重視程度越來越高，大規(guī)模的啟動各項機場建設(shè)項目以滿足客流與物流高速增長的需求。貴州某機場擴建項目經(jīng)國家發(fā)改委批復(fù)：“本期工程按照2025年旅客吞吐量3 000萬人次、貨郵吞吐量25萬t的目標(biāo)設(shè)計，飛行區(qū)等級指標(biāo)4E。”現(xiàn)已全面進入施工階段，由于工程區(qū)域存在大面積紅黏土范圍，在本工程部分紅黏土范圍采用碎石樁+CFG樁組合型復(fù)合地基處理。其處理效果較好。

下面以一實例介紹碎石樁+CFG樁組合型復(fù)合地基處理在紅黏土建筑工程中的應(yīng)用情況。

1 工程概況

某機場根據(jù)地質(zhì)報告，該工程建筑場地范圍內(nèi)地層巖性及性質(zhì)為：①植物土層；②填土層；③湖積層；④殘坡積層(④-3紅黏土；④-2紅黏土；④-1紅黏土)；⑤漏斗充填物；⑥土洞；⑦溶洞；⑧-1強風(fēng)化灰?guī)r；⑧-2中等風(fēng)化灰?guī)r；⑨-1強風(fēng)化白云巖；⑨-2中等風(fēng)化白云巖。

場區(qū)發(fā)育的斷裂對場區(qū)穩(wěn)定性影響較小，未發(fā)生過破壞性地震，施工階段對地質(zhì)災(zāi)害及不良地質(zhì)進行處理可規(guī)避或減輕對建設(shè)危害性，場地穩(wěn)定性較好。場區(qū)未見大的褶皺分布，區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌雖少量發(fā)育，但規(guī)模較小，為地質(zhì)災(zāi)害危險性小區(qū)。區(qū)內(nèi)地貌單元主要為丘陵和低山，其表層為填土、耕植土，上部為紅黏土，下部為基巖，局部溶蝕槽谷、溶蝕洼地底部存在軟弱土，厚度小于10 m；地下水埋深0.30 m～14.50 m，主要為包氣帶上層滯水、基巖裂隙水。紅黏土在該區(qū)內(nèi)分布較廣，場地整平后，跑道基礎(chǔ)下部分布的紅黏土、軟弱土，易產(chǎn)生不均勻沉降，該區(qū)域進行地基處理后可滿足要求。綜合分析，該場地適宜機場建設(shè)。

紅黏土在全場廣泛分布，厚度一般為2 m～8 m，最大可達17.0 m。根據(jù)勘察報告，該區(qū)可塑～硬塑紅黏土具弱膨脹潛勢，且以收縮為主，膨脹等級為Ⅲ級。應(yīng)根據(jù)紅黏土分布位置和結(jié)構(gòu)特點進行針對性處理。

根據(jù)勘察揭露地層情況，在對場地施工條件、設(shè)計要求、工程造價、施工工期及對環(huán)境的影響等方面綜合考慮后，本工程在部分區(qū)域采用碎石樁+CFG樁組合型復(fù)合地基處理紅黏土，樁長可至基巖，碎石樁可采用振動沉管,充盈系數(shù)1.34。

2 碎石樁+CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計

復(fù)合地基法處理紅黏土地基，布樁方式主要為組合布樁，CFG樁和碎石樁交錯布置，參數(shù)如下：

樁徑500 mm，樁長按勘察鉆孔處紅黏土厚度計算至基巖，樁距1.4 m，排距1.4 m，布樁形式為正方形。

CFG樁采用商品混凝土，樁身混凝土強度等級為C25，混凝土坍落度為16 cm～20 cm。碎石樁樁體采用粒徑不大于5 cm的自然級配碎石，含泥量不大于4%。

組合布樁區(qū)內(nèi)，先施工碎石樁，碎石樁施工完成后再施工CFG樁。道面影響區(qū)樁頂鋪設(shè)墊層，墊層頂面鋪設(shè)高強土工格室，形成樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)，土工格室高20 cm，結(jié)點距離60 cm～80 cm，格室片厚不小于1 mm，片材抗拉強度不小于80 kN/m，結(jié)點剝離強度不小于40 kN/m，格室充填塊碎石。邊坡穩(wěn)定影響區(qū)的樁頂鋪設(shè)厚度0.5 m的墊層。

復(fù)合地基樁頂墊層材料為場內(nèi)中風(fēng)化白云巖或灰?guī)r，粒徑不大于0.2 m，含泥量不超過7%，墊層應(yīng)碾壓密實。土工格室充填材料為場內(nèi)風(fēng)化白云巖或灰?guī)r，粒徑不大于0.1 m，含泥量不超過20%，墊層應(yīng)碾壓密實。

3 施工與檢測

3.1 施工順序

組合型復(fù)合地基施工順序：測量、放線并平整場地→碎石樁機就位→振動沉管→灌碎石、沉管擠密碎石成樁→CFG樁位放線→長螺旋鉆孔灌注成樁→清土、挖除碎石樁頂面松散層→鋪設(shè)墊層。

3.2 試樁要求

大面積施工前應(yīng)進行成樁工藝試驗，碎石樁和CFG樁的試樁數(shù)量各不少于6根。

3.3 碎石樁技術(shù)要求

1)采用振動沉管法施工，樁靴通過試樁確定；

2)碎石粒徑不大于5 cm，含泥量不大于4%；

3)樁定位偏差不超過5 cm，沉管垂直度偏差不超過1.5%；樁徑不小于設(shè)計值；

4)應(yīng)嚴(yán)格控制沉管下沉和提升的速度，參考參數(shù)如下：施工時應(yīng)通過試樁優(yōu)化：下沉速率宜為1 m/min～2 m/min，樁管下沉至設(shè)計樁底留振5 s左右；拔管宜在管內(nèi)貫入碎石料高度大于1/3管長后開始，提升速率控制在0.5 m/min～1.0 m/min，每提升0.5 m時留10 s～20 s，每拔管達到1 m向下反插深度不小于30 cm至穩(wěn)定電流，在距離地表2 m～6 m范圍內(nèi)，反插深度不小于50 cm；樁頂處復(fù)打，當(dāng)填料頂部高于設(shè)計樁頂時，合龍樁尖，降低樁管予以擠壓，使二者一致，當(dāng)填料頂部低于設(shè)計樁頂時，要再填料，開錘振動擠壓，使之達到樁頂標(biāo)高；當(dāng)樁管底端接近地面2 m～3 m時拔管應(yīng)尤其注意，必要時可采取短停拔(0.3 m～0.5 m)，長留振(5 s～20 s)的措施嚴(yán)防斷樁夾層或破壞樁尖土層等，直至拔出地面成樁；

5)碎石的貫入量應(yīng)有詳細(xì)的記錄；

6)嚴(yán)格按施工操作規(guī)程進行施工；

7)宜從中間向外圍或隔排施工；

8)碎石樁孔內(nèi)的填料量，估算時可按設(shè)計樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，充盈系數(shù)可按1.34考慮。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，則填料數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以增減。

3.4 CFG樁技術(shù)要求

1)施工前，在試驗室進行配合比試驗；施工時，按配合比配制混合料；坍落度應(yīng)符合設(shè)計要求；

2)樁定位偏差不超過5 cm，沉管垂直度偏差不超過1%；飛行區(qū)道面影響區(qū)施工后樁頂高出周邊地面部分應(yīng)截除；

3)成樁過程中，應(yīng)抽樣做混合料試塊，每臺機械每臺班不少于一組(3塊)；

4)嚴(yán)禁先拔管后泵料，提鉆速度宜控制在2 m/min，并與混凝土送量相配合，以保證管內(nèi)有一定高度的混凝土料，成樁過程應(yīng)連續(xù)進行，保證排氣閥排氣順暢，避免停機待料；

5)低溫施工時，混合料入孔溫度不得低于5 ℃，對樁頭和樁間土應(yīng)采取保溫措施；

6)進行載荷試驗的樁應(yīng)截除0.5 m樁頭，清土和截樁(進行載荷試驗的樁)時，應(yīng)采用小型機械或人工剔除等措施，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂或樁間擾動。

3.5 墊層要求

1)厚度不小于設(shè)計值，碎石粒徑和含泥量符合設(shè)計要求；

2)墊層壓實指標(biāo)符合設(shè)計要求；

3)鋪設(shè)墊層時，碎石樁中的碎石應(yīng)外露，不得有黏性土覆蓋。

3.6 紅黏土地基處理復(fù)合地基處理檢測

宜在碎石樁和CFG樁均施工完成后間隔28 d。

碎石樁體采用重型動力觸探檢測，樁長應(yīng)不小于設(shè)計值，樁長全深度內(nèi)動力觸探擊數(shù)(N63.5)不低于8擊，檢測數(shù)量不小于總樁數(shù)的2%。樁身垂直度和樁徑應(yīng)查驗符合設(shè)計要求。

CFG樁單樁承載力不小于300 kN，檢測數(shù)量不小于總樁數(shù)的0.5%；采用低應(yīng)變動力試驗檢測樁身完整性，檢測數(shù)量不低于10%，檢測樁身有明顯缺陷時，取芯法檢測樁身強度，強度達到設(shè)計要求的可以使用，否則應(yīng)補樁；鉆芯檢測樁長，應(yīng)不小于設(shè)計值，檢測數(shù)量(含取芯法檢測部分)不低于總樁數(shù)的0.5%。

樁間土全深度內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)當(dāng)量值不小于16，檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%，檢測點應(yīng)位于樁位正方形間隔中心。

飛行區(qū)道面影響區(qū)、下穿通道地基應(yīng)進行復(fù)合地基靜載荷試驗，承載力不小于400 kPa，試驗數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.5%。

4 驗樁結(jié)果

工程成樁養(yǎng)護28 d后碎石樁隨機抽取了509根進行了重型動力觸探試驗，樁長全深度內(nèi)動力觸探擊數(shù)均不低于8擊；CFG樁隨機抽取了130組進行了單樁承載力試驗，單樁承載力均不小于300 kN；隨機抽取了2 600根進行了低應(yīng)變動力試驗，Ⅰ類樁達到81%，Ⅱ類樁19%，未出現(xiàn)不合格樁；隨機抽取128根進行了樁長檢測，全部入巖，達到設(shè)計要求；在飛行區(qū)道面影響區(qū)隨機抽取了65組進行了復(fù)合地基靜載荷試驗，承載力均不小于400 kPa，達到了設(shè)計要求。

5 經(jīng)濟分析

以該工程為例，將碎石樁+CFG樁復(fù)合地基處理西南地區(qū)紅黏土地基與其他處理方案(混凝土灌注樁)進行比較，降低了工程造價，更主要的是提供了在機場處理紅黏土地基的又一種方法，并且綜合效果較好。

6 結(jié)語

經(jīng)過該工程的實踐證明，碎石樁+CFG樁復(fù)合地基處理厚度較厚的紅黏土是一種行之有效的地基處理方式，它造價低，施工工藝簡單，處理效果較好，這種樁在西南地區(qū)機場處理紅黏土地基越來越受到重視，可以在類似工程中推廣使用。

[1] GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

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

[3] 某機場施工圖設(shè)計說明設(shè)計號：ZY16-009-XND-S[Z].

[4] 楊彩云,高 杰.碎石樁+CFG樁處理液化地基的實例分析[J].山西建筑，2008,34(6):142-143.