CFG樁復(fù)合地基在水利基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用

侯永強(qiáng)

（福建省水利水電建設(shè)有限公司,福建 福州 350001）

0 引言

復(fù)合地基是一種人工地基，在一定的基礎(chǔ)上設(shè)置一定比例的加固體，土體和加固體共同承擔(dān)上部荷載，是軟土地基處理的有效方法，已廣泛應(yīng)用于軟土地區(qū)，尤其是水利建筑的基礎(chǔ)處理[1]。CFG樁復(fù)合地基又稱水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基，它是由中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所成功開發(fā)的，一般由碎石、碎石和粉煤灰等組成，CFG樁、樁間土和墊層共同構(gòu)成復(fù)合地基。大量工程實(shí)踐表明，CFG樁復(fù)合地基工程具有造價(jià)低、材料易拔、工藝可靠等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于粘性土、粉質(zhì)土、砂土等軟土地基的處理[2]。

1 工程應(yīng)用

1.1 工程概況

福州地區(qū)大學(xué)新校區(qū)防洪排澇體系溪源泄洪洞工程位于福建省福州市閩候縣上街鎮(zhèn)、竹歧鄉(xiāng)，泄洪洞工程由進(jìn)水口、隧洞段、淺埋鋼管段和出水建筑物等組成。其中工程設(shè)計(jì)出口淺埋鋼管段地基采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）處理，具體布置見(jiàn)圖1 。進(jìn)水口位于溪源水庫(kù)大壩左岸上游約300 m，出水建筑物位于竹歧蘇洋村附近，溪源泄洪洞的工程任務(wù)是排洪。泄洪洞設(shè)計(jì)流量310 m3/s，最大靜水頭106.72 m；隧洞段水平長(zhǎng)6572.6 m，斷面為圓形，內(nèi)徑6.6 m；淺埋鋼管段水平長(zhǎng)510.5 m，斷面為圓形，內(nèi)徑6.0 m；出口工作閘室段水平長(zhǎng)28 m，泄洪洞總水平長(zhǎng)7111.1 m。在進(jìn)水口下游約100 m隧洞處布置事故檢修閘門井，平板閘門孔口尺寸6 m×6 m；在出口工作閘室段布置工作弧形門，孔口尺寸4.2 m×5.35 m，接著是出口挑流泄槽，下游為消力池及與閩江連接的明渠段；在隧洞段出口附近布置4 m×4 m的檢修井，檢修井中布置抽水泵、控制閥及進(jìn)人孔；在泄洪洞出口附近布置管理樓和連接道路等。

圖1 CFG樁的樁布置圖（尺寸單位：mm）

1.2 水文地質(zhì)條件

地下水類型主要為孔隙水和基巖裂隙水。孔隙水儲(chǔ)藏于沿河的沖積層和坡殘積層內(nèi)；基巖裂隙水儲(chǔ)藏于基巖裂隙內(nèi)。地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，高處向低處滲流匯入沖溝和河流，地下水位變幅隨季節(jié)而變化。

工程區(qū)氣候溫暖潮濕，雨量充沛。工程區(qū)西南部、中部地勢(shì)陡峻，溝谷切割較甚，沖溝坡度較大，水流急，排水順暢，巖石儲(chǔ)水空間有限，大氣降水多以地表逕流流失，導(dǎo)致巖石富水程度較弱，泉流量一般都小于0.3 L/s。工程區(qū)東北部為低矮山包、閩江沖積階地，地下水補(bǔ)給閩江。

2 CFG樁設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 初步設(shè)計(jì)

樁后復(fù)合地基承載力特征值fspk≥270 kPa，Esp≥150 MPa，樁身強(qiáng)度大于或等于10 MPa，根據(jù)場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件。樁端持力層選用稍密卵石層，要求樁進(jìn)入持力層不小于500 mm，樁身考慮設(shè)置300 mm的保護(hù)樁，截樁后凈樁長(zhǎng)不小于1.50 m。

2.2 復(fù)合地基承載力特征值評(píng)價(jià)

（1）CFG樁間土承載力特征值的確定

根據(jù)場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告中的地層條件和土的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，我們還考慮了基底以下各層頂層按厚度加權(quán)的實(shí)際影響。由于樁間土為粉質(zhì)粘土，壓實(shí)后承載力特征值為160.0 kPa。

樁端阻力特征值 qp（kPa）籽粒灌漿 0 19.0 80 3.0 10粉質(zhì)粘土 1.5 19.5 160 6.0 30松散礫石 0 20.5 180 20.0 40密實(shí)卵石 0.5 21.0 350 24.0 1200 60土壤 厚度H（m）重度γ（kN/m3）承載力特征值 fsk（kPa）壓縮模量Es（MPa）CFG樁樁側(cè)阻力特征值 qsi（kPa）

（2）計(jì)算CFG樁的承載力Rα

以31 號(hào)勘探點(diǎn)為最不利計(jì)算點(diǎn)，切樁后實(shí)際樁長(zhǎng)2.00 m，樁徑0.35 m，按規(guī)范要求，單樁承載力特征值Rα為：

式中：Up為樁周長(zhǎng)m；qsi為第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa；qp為第i層土的樁端阻力特征值，kPa；li為第i層土厚度m；Ap為樁截面面積m2。

經(jīng)計(jì)算，Rα=197.82 kN，取190 kN。

（3）CFG樁最小面積置換率的計(jì)算

根據(jù)復(fù)合地基承載力特征值fspk公式：

取樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β為0.75 ，置換率m為：

式中：fsk為樁間土承載力特征值。

（4）CFG樁間距的確定

根據(jù)置換率公式m=d2/d2e，得到：

式中：d為樁身平均直徑m；de為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑m。

（5）CFG樁復(fù)合地基承載力的特征值估算

根據(jù)復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算公式：

由計(jì)算結(jié)果可知，滿足復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)要求。

2.3 CFG復(fù)合地基壓縮模量的計(jì)算

根據(jù)規(guī)范中的壓縮模量公式：

其中：

式中：Esp為復(fù)合地基土的壓縮模量MPa；Esa為樁間地基土層的壓縮模量加權(quán)值MPa，為9 MPa；ζ為模量增長(zhǎng)系數(shù)。

2.4 CFG樁強(qiáng)度及配比的確定

（1）樁強(qiáng)度

當(dāng)前抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu應(yīng)通過(guò)樁混合料試塊（100 mm×100 mm×100 mm）養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度的平均值來(lái)確定，因此，該值根據(jù)C10 確定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公式:

經(jīng)計(jì)算，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）配合比設(shè)計(jì)

樁材料以碎石為主（碎石粒徑2 cm～5 cm，骨料小于材料的3%），具有一定的粗砂、水泥等機(jī)理，施工配合比參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 55 -2011），坍落度不大于3 cm，采用現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械。通過(guò)配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)確定了C10 的配合比。

3 褥墊層

由于褥墊層，CFG樁可以保證外荷載由樁間土和樁共同承擔(dān)，并且可以調(diào)整到豎向荷載比，以保證地基承載力和設(shè)計(jì)要求，因此，在樁施工完畢后，人工挖土到設(shè)計(jì)的底標(biāo)高[3]。褥墊層，切樁，并將褥墊層置于基礎(chǔ)區(qū)復(fù)合地基的頂部（基礎(chǔ)邊界線向外膨脹300 mm），以保證樁和土共同承受荷載。墊層采用級(jí)配中粗砂和約70%的碎石，碎石粒徑不宜大于30 mm。褥墊層厚度合理，對(duì)CFG復(fù)合地基的承重和沉降影響較大，因此，設(shè)計(jì)的假地墊位于樁頂，在樁頂，樁頂施工，最大可達(dá)300 mm，使承壓的壓力增大。基地將減少，并將減少到0.87～0.90。

4 復(fù)合地基的質(zhì)量保證

4.1 材料質(zhì)量控制

樁體材料主要由卵（碎）石、粗砂、水泥和水組成。為此，CFG樁采用2 cm～5 cm卵（碎）石，含泥量小于3%，水泥采用P.C32.5 復(fù)合硅酸鹽水泥，為保證加固效果，采用15 cm～20 cm重錘將樁尖夯入卵石層，當(dāng)配合比滿足要求時(shí)，坍落度控制在10 mm～30 mm。

4.2 CFG樁的質(zhì)量控制

獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，樁位偏差不應(yīng)超過(guò)樁徑的0.40 倍，即160 mm，豎向偏差不應(yīng)超過(guò)1%，樁徑允許偏差為20 mm，樁尖深入持力層不小于800 mm，入孔后，樁底剩余空土厚度孔不得大于10 cm。樁孔形成后，空樁應(yīng)裸沖3～5 遍后進(jìn)行填塞，用Φ15 cm～20 cm卵石擊底，將孔底所有孔填塞，然后進(jìn)行CFG填塞。為防止斷樁的產(chǎn)生，如果施工中填料層坍塌，應(yīng)重新鉆孔，確保施工過(guò)程中不發(fā)生斷樁，每臺(tái)給料1 斗車（約0.08 m3）搗固5 次后，錘落距離為2.0 m～3.0 m。同時(shí)，本工程采用CK-15 A（B）樁機(jī)，取樣器為改進(jìn)型大直徑取樣器（管外徑275 mm，刃口外徑295 mm，鉆孔后孔徑可達(dá)325 mm），灌注C10 混凝土后，采用800 kg重錘自下而上夯實(shí)，樁徑可超過(guò)350 mm。

4.3 復(fù)合地基的質(zhì)量檢測(cè)

為保證工程質(zhì)量，CFG樁應(yīng)采用單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，CFG樁施工完成后15 天應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，樁身滿足設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)點(diǎn)為總樁數(shù)的1%，每棟建筑物不少于3 個(gè)。檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)具有代表性，樁位應(yīng)在檢測(cè)點(diǎn)的中心。檢測(cè)方法及測(cè)點(diǎn)數(shù)量按有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。具體過(guò)程是清底至床墊底標(biāo)高，切樁至床墊底標(biāo)高，虛鋪粗砂層5 cm～15 cm，然后對(duì)其進(jìn)行靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

CFG樁復(fù)合地基作為一種有效的地基處理方法，在工程的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。介紹CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制。從工程角度看，CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易拔材料，在保證施工質(zhì)量的前提下，充分發(fā)揮地基土的強(qiáng)度潛力，提高復(fù)合地基的承載力，屬于一種更有效的地基處理方法。