CFG樁復合地基在高層住宅工程中的應用
2022-01-01 00:00:00張杰
工程機械與維修 2022年3期
摘要：城市地面建筑日趨飽和，高層建筑數量也越來越多。建筑高度增加，其地基荷載也更大，在實際建筑工程中，應用適宜的地基處理方式非常重要。CFG樁復合地基技術是近年來提出的新型技術，在建筑工程中應用廣泛。詳細介紹CFG樁復合地基的優勢和實際工程中的應用，具體闡述了其原理和施工手段，并結合高層住宅分析CFG樁復合地基施工技術的實用性。
關鍵詞：地基基礎;CFG樁復合地基;高層建筑;施工技術
0" "引言
隨著城市化進程的加快，高層建筑物越來越多，隨之而來的問題也越來越多，例如抗震能力、消防、地基的承載力及穩定性問題，因此，采取適宜的地基處理方式至關重要。
CFG樁因其承載能力強，近年來得到了廣泛應用，本文詳細介紹了CFG樁復合地基的優勢和實際工程中的應用，具體闡述了其原理和施工手段，并結合高層住宅樓分析了CFG樁復合地基施工技術在其中的應用。
1" "工程概況及地質條件
本項目位于福州市某小區A-10住宅樓。根據采集數據，勘察鉆孔穩定水位埋深距自然地表2.4～2.5m，屬于第四紀松散巖石孔隙水，下層地下水具有相對承壓的性質，水位變化較大，變化幅度約1.5m。場地土壤滲透系數為2×10-6～2×10-3cm/s，單位進水量為2.0～3.0m3/h。根據鉆孔取芯、現場測試和室內巖土測試綜合分析，該場地層在鉆孔深度范圍內分為4層。地層由上至下分別為：①粉質黏土（Q4al）、②粉砂（Q4al）、③粉土（Q3al）。
2" "復合地基處理方案
2.1" "地基處理方案選取理論依據
地基處理方法種類很多，沒有一種方法可以解決所有問題，且工程地質條件差異很大，對地基的要求也不一樣，因此需要結合實際工程進行考究和選擇。在地基技術確定前，應結合項目當地的地質、環境、工期等條件，對具體的項目進行相應的分析，確定地基的處理方式。選擇合適的地基處理方式后，還應根據技術、進度等情況進行進一步的比較[1]，選擇一種或結合2種及以上的技術，最終形成一套較綜合的建設方案。
2.2nbsp; "地基處理方案分析及優選
2.2.1" "鉆孔灌注樁方案
在項目工程實踐中，鉆孔灌注樁具有以下優點：單樁承載力高，穩定性較強、抗震能力較好，沉降差異變形較小，方便施工，能應用于大多數復雜的地質條件且樁身長度和直徑可靈活調整[2]。
但也存在以下缺點：容易因為地下層復雜的分布，在成孔時容易出現縮孔的現象，造成樁身頸縮，導致質量下降，與CFG樁相比，施工成本較高。
2.2.2" "CFG樁方案
CFG樁復合地基是在基礎與地基之間設置一個褥墊層，以保證樁間土協同工作。而CFG樁的強度模量比樁間土的強度模量大，可以將高層建筑的荷載通過CFG樁傳遞到深層土層中，從而減輕了樁間土的變形[3]。CFG樁可不添加鋼筋，添加工業煤灰，從而極大地降低建設成本[4]。
CFG樁復合地基因采用工業煤灰外加劑，造價成本低，且承載力好。鉆孔灌注樁一般直徑差異較大，成本高。根據以上方案優缺點并結合項目場地的巖土分布等因素，最終確定CFG樁復合地基方案。
3" "CFG樁復合地基優化設計
傳統建筑方法往往都過分要求樁來承擔豎向、橫向荷載[5]。而在實際工程中，如果荷載較大，普通的地基承載力不夠，可采用CFG樁對地基進行加固。
在設計過程中，CFG樁可根據現場條件，使用不同的樁長，也可與另外的樁型進行配合使用，形成多樁型復合地基。
3.1" "CFG樁復合地基設計理論
3.1.1" "CFG樁設計步驟
根據《建筑地基基礎設計規范》[6]，CFG樁復合地基的設計可通過載荷試驗來確定其承載力特征值，按照以下公式進行估算。CFG樁復合地基設計流程見圖1。
3.1.2" "樁基沉降設計與計算
上部荷載的作用下，CFG樁的樁身由于模量較大，會刺入褥墊層和下臥層，樁間土也會相應沉降[7]，如圖2所示。各土層綜合模量如圖3所示。復合地基沉降計算分層如圖4所示。
3.1.3" "CFG樁數量計算
在實際工程中，CFG樁數量可能會受基礎各方面因素的影響而增加。原則上，在基礎范圍內布置CFG樁，其數量可按下式確定。
3.2" "地基持力層強度驗算
經計算得到如下數據：6層樓基底壓力為130kN/m2，修正后的地基承載力為142.8kPa。7層樓基底壓力為143kN/m2，修正后的地基承載力149.85kPa。對于11層樓，帶地下室基底壓力200kN/m2，修正后的地基承載力為177.72kPa;不帶地下室基底壓力為215kN/m2 ，修正后的地基承載力159.8kPa 。綜上所述，該大樓6、7層天然地基的計算強度可滿足設計要求，而11層不能滿足設計要求。
3.3" "CFG樁基設計參數優化及樁基承載力計算
根據各土層物理、力學性質，結合試驗結果及相關規范，CFG樁相關設計參數見表1。采用4個不同的方案對復合地基進行計算，不同方案樁基設計參數見表2。
根據相關規范及上表提供的設計參數，以9號孔揭露的地層情況為依據，單樁豎向承載力特征值估算如下：
基礎平均壓力規定為215kPa，經過比較分析，表2種4種CFG樁復合地基的荷載承載力皆達到要求。當復合樁的間距s=4d=1.6m時，可滿足建筑物的承載力要求。因此最終選擇方案2的相關參數進行方案設計。
3.4" "CFG樁體強度及樁基沉降計算
3.4.1" "樁體強度
3.4.2" "樁基沉降計算
本次選擇4、9、15和18號鉆孔進行沉降計算。4號和15號孔的②號土層厚度與9號和18號的土層厚度相差較大，更具代表性。鉆孔平面布置示意圖如圖5所示。
3.5" "CFG樁布置及褥墊層設計
3.5.1" "CFG樁的布置
CFG樁為正方形布樁，面積置換率公式為：
3.5.2" 褥墊層設計
在CFG樁基中，褥墊層可有效調節樁土的應力比。褥墊層的厚度很大程度上會影響其調節作用，從而影響CFG樁復合地基的承載能力。
若需利用樁間土的承載能力，可適當增加褥墊層的厚度。若利用樁的承載能力，褥墊層的厚度需適當減小。另外，褥墊層材料會影響其剛度，礫石墊層可充分利用樁間土的承載能力。
綜上所述，參考實際工程經驗并考慮技術可靠性和經濟合理性，本項目選擇褥墊層厚度為20cm。宜采用中砂、粗砂或礫石，粒徑不宜大于30mm。
4" "CFG樁復合地基施工
4.1" "施工工藝流程
本項目采用長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝。施工時與其他樁基施工一樣，先測量定點，然后修正樁位。在螺旋鉆孔施工過程中，應及時清理鉆孔，運出棄土。具體流程如圖6所示。
4.2" "施工要點
4.2.1" "鉆孔
打樁機位置必須水平穩定，保證垂直偏差不大于1%。鉆井過程中必須時刻注意地層的變化，直至鉆達到設計要求的持力層。
4.2.2" "投料
一旦螺旋鉆達到設計所需持力層，則開始泵送混合料，直至管內混合料表面與鋼管料口齊平，且嚴格執行混合料配比。
4.2.3" "提鉆
鋼管填滿混合料后，開始緩慢提升鉆頭，使鉆頭始終處于混合料表面以下，倒入混合料直至高出設計值約0.5 m樁頂標高。
4.2.4" "樁頭處理
CFG樁施工后直至樁體達到一定強度（約7d）方可開挖基槽。
4.2.5" "鋪設褥墊層
為調整CFG樁與樁間土的聯合作用，在基礎下鋪設20cm厚褥墊層。
5" "結語
高層建筑大力發展，復合地基的種類也越來越多，CFG樁因造價成本低、施工過程效率高、效果好，近些年得到廣泛應用。
CFG樁復合地基技術在建筑工程的實際應用過程中，需根據該工程的地質、環境、經濟等各方面因素，設計適宜的地基方案，通過比較選擇最合理的施工方案，并在施工過程中控制地基的各項施工要求和標準。
參考文獻
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