高層建筑CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

胡文海

摘 要：CFG樁復(fù)合地基作為一種有效的地基處理方案，常被用于高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，其可以有效的提高地基的承載力、減少地基土的沉降變形，且施工方便，適用于較多建筑項(xiàng)目。本文分析了CFG樁復(fù)合地基的處理方案，指出了其在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，以期為此后高層建筑地基處理工作提供更多的借鑒依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地基處理;CFG樁;地基承載力

地基處理技術(shù)是巖土領(lǐng)域的熱門方向，積累了較多的理論、設(shè)計(jì)、施工及檢測經(jīng)驗(yàn)。如常用的換填法，通過挖除基礎(chǔ)底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層，回填其他性能穩(wěn)定、具有較高強(qiáng)度的材料，并夯壓密實(shí)。壓實(shí)地基法，將地基土分層碾壓密實(shí)。強(qiáng)夯法是利用夯錘的能量使得地基土密實(shí)。注漿加固法，通過將水泥漿或其他漿液注入地基土層中，增強(qiáng)土顆粒間的聯(lián)結(jié)，使土體強(qiáng)度提高、變形減少、滲透性降低。微型樁法，用樁工機(jī)械或其他小型設(shè)備在土中形成直徑不大于300mm的鋼筋混凝土樁或鋼管樁。預(yù)壓法，在地基上進(jìn)行堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓，使得地基土固結(jié)壓密。復(fù)合地基處理法，是增強(qiáng)或置換部分土體，形成由地基土和豎向增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的地基，如常用的CFG樁，承載力較高，施工便捷，經(jīng)濟(jì)性好。近幾年來地基處理發(fā)展的一個(gè)典型趨勢就是在既有的地基處理方法基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展新的地基處理方法，特別是將多種地基處理方法進(jìn)行綜合使用，形成了極富特色的復(fù)合加固技術(shù)，如真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓，長短樁復(fù)合地基。

1 CFG樁復(fù)合地基的基本原理

復(fù)合地基主要指原狀土無法滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，通過增強(qiáng)或者置換部分土體，形成地基土與豎向增強(qiáng)體共同作用的新地基，而CFG樁則是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，利用CFG樁進(jìn)行地基處理加固后的地基被稱為CFG樁復(fù)合地基。如圖1所示，該復(fù)合地基主要由CFG樁體、樁間土以及褥墊層三部分組成。在豎向荷載作用下，CFG復(fù)合地基中的樁體與樁間土共同抵抗豎向力并產(chǎn)生豎向位移，由于樁體材料與樁間土豎向剛度存在較大差異，因此CFG樁與樁間土受力不均衡，難以協(xié)同作用，故而地基下方應(yīng)鋪設(shè)由級配砂石組成的褥墊層。豎向力作用時(shí)擠壓褥墊層材料，使得荷載分布更加均勻，提高了樁間土的承受荷載比例，同時(shí)樁體周圍的應(yīng)力也會發(fā)生改變，增大了樁體的側(cè)向壓力，進(jìn)而提高樁體承載力，從而形成高強(qiáng)度的復(fù)合整體，使得地基土可以承受建筑荷載且滿足沉降要求^[1]。

2 工程概況

2.1 結(jié)構(gòu)概況

某建筑場地占地約26畝，總用地面積：17287.55m²，總建筑面積43088.10m²。地上17層，地下1層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深6m。

2.2 場地巖土工程地質(zhì)條件

2.2.1 地層結(jié)構(gòu)

在勘探深度范圍內(nèi)，場地土層主要由填土以及第四紀(jì)全新世沖積形成的粉土、砂土和黏性土組成，據(jù)其沉積順序可分為五層，特征如下：①素填土（Q4ml），厚度0.50～0.60m，層底標(biāo)高1055.44～1055.81m，主要由粉土構(gòu)成，含大量植物根莖，結(jié)構(gòu)性差。②粉土（Q4al）：厚度3.70～4.00m，層底標(biāo)高1051.54～1052.02m。黃褐色，機(jī)械鉆進(jìn)易進(jìn)尺，鉆具平穩(wěn)，地層自然造漿，韌性差，具鐵染現(xiàn)象。密實(shí)度：稍～中密;濕度：濕～飽和。③細(xì)砂（Q4al）：厚度2.90～3.30m，層底標(biāo)高1048.44～1049.12m。機(jī)械鉆進(jìn)易進(jìn)尺，鉆具平穩(wěn)，主要礦物成分以石英、長石為主，含少量云母碎片，顆粒級配較差，分選好，含少量黏性土。密實(shí)度：稍～中密。濕度：飽和。④粉質(zhì)黏土（Q4al）：厚度1.30～1.70m，層底標(biāo)高1046.74～1047.52m，灰黑色，機(jī)械鉆進(jìn)易進(jìn)尺，鉆具平穩(wěn)，地層自然造漿，韌性好。狀態(tài)：軟塑～可塑。⑤細(xì)砂（Q4al）：本層未揭穿，最大揭露厚度16.20m，層頂標(biāo)高1046.74～1047.52m，機(jī)械鉆進(jìn)易進(jìn)尺，鉆具平穩(wěn)，主要礦物成分以石英、長石為主，含少量云母碎片，顆粒級配較差，分選好。密實(shí)度：中密～密實(shí)。濕度：飽和。

2.2.2 地下水

場地地下水水位埋深為現(xiàn)自然地面以下0.87～1.28m，屬潛水，標(biāo)高為1055.03～1055.05m，年正常水位變幅0.5m左右，主要受開都河水側(cè)向補(bǔ)給，流向東偏南。據(jù)場地所取2個(gè)水樣，地下水溶解性固體含量3422.53～3743.07mg/L，pH值8.2。基礎(chǔ)埋深6m處于黏性土中，不考慮地基土液化。

2.2.3 巖土參數(shù)

地基土巖土工程參數(shù)見表1，各土層對應(yīng)的地基承載力特征值分別為120kPa、140kPa、140kPa、180kPa，若以粉土為天然地基時(shí)，其承載力低于上部荷載要求的地基承載力特征值300kPa。

3 復(fù)合地基設(shè)計(jì)

3.1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)總則。設(shè)計(jì)CFG樁復(fù)合地基時(shí)應(yīng)明確五個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，具體包括樁長、樁徑、樁間距、樁體材料強(qiáng)度以及褥墊層設(shè)置等。一是設(shè)計(jì)樁長，樁長受不同的設(shè)備與地質(zhì)環(huán)境影響，且應(yīng)盡量選擇承載力及壓縮模量相對較高的土層作為樁端持力層，在本次工程案例中，⑤層粉質(zhì)黏土承載力相對較高，且較為密實(shí)，故選此土層為樁端持力層，綜合各種因素并經(jīng)過承載力計(jì)算，有效樁長設(shè)計(jì)為18m。二是樁徑，主要決定于成樁設(shè)備的型號，一般最大孔徑為600mm，最小孔徑為350mm，本工程中選擇長螺旋鉆管，利用泵壓CFG樁施工工藝，樁徑最終被確定為400mm。三是樁間距，在確定地基承載力時(shí)應(yīng)明確計(jì)算樁間距，通過勘察地質(zhì)情況可知，樁間距初步確定為1.5m，采用三角形布置。四是樁體材料強(qiáng)度，計(jì)算得知樁身立方體抗壓強(qiáng)度平均值20MPa。五是褥墊層，根據(jù)工程實(shí)際情況確定褥墊層厚度，一般宜為樁徑的0.4至0.6，材料宜選用級配砂石，綜合各種因素，褥墊層選取為200mm厚粒徑為10-20mm的級配碎石，且寬度為主樓基礎(chǔ)外擴(kuò)300mm。

3.2 壓灌成樁

成樁要求嚴(yán)格控制樁徑、垂直度、樁長、拔管速度，控制保護(hù)樁長。泵送砼：泵送砼之前，應(yīng)檢查地泵的各個(gè)儀表，以確保地泵正常工作;第一根樁或停鉆時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)泵送水泥砂漿濕潤泵管，以防堵管。提鉆與泵送的配合：每次鉆進(jìn)至標(biāo)高后，司鉆應(yīng)先將鉆具提升約20～30cm，以利于活門打開。同時(shí)通知泵工開泵，現(xiàn)場設(shè)專職信號員負(fù)責(zé)司鉆與泵工之間的聯(lián)系。應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相匹配，每分鐘提鉆不大于5m，確保鉆頭埋在混凝土面以下50cm左右，以防斷樁。遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料。泵送過程中如達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，如砼面已超出地下水位，再采取從孔口補(bǔ)灌的方法;如砼面低于地下水位，在補(bǔ)灌時(shí)泵送管應(yīng)插入砼面下50cm確保不斷。做好施工記錄，成樁后再按施工記錄進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，防止漏樁。

4 結(jié)語

CFG樁復(fù)合地基承載力主要由樁來承擔(dān)，但要使應(yīng)力在樁與樁之間合理分配。因此設(shè)計(jì)時(shí)樁身混凝土強(qiáng)度等級不宜太高，一般不要超過C20，樁頂和基礎(chǔ)之間的褥墊層應(yīng)根據(jù)樁徑和樁間距大小確定。施工時(shí)必須要保證成樁質(zhì)量，且在清除樁間土?xí)r，盡量避免機(jī)械對樁身的碰撞，防止人為造成斷樁。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄶鳳東.CFG樁地基處理施工技術(shù)探討[J].建材與裝飾，2019（29）：23-24.

[2]牟洋洋，白曉宇，張明義.強(qiáng)風(fēng)化泥巖地基上CFG樁復(fù)合地基應(yīng)用與優(yōu)化[J].建筑結(jié)構(gòu)，2019，49（12）：120-124.