機(jī)場(chǎng)高填方紅黏土地基GC-CFG組合樁處理試驗(yàn)研究

劉維正 ，吳民暉，馮瑜，徐陽(yáng)

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2. 中南大學(xué) 高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410075；3. 民航機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100002)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，國(guó)家不斷推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，例如在中西部地區(qū)大規(guī)模建設(shè)的山區(qū)機(jī)場(chǎng)。由于我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，工程建設(shè)中不可避免會(huì)遇到特殊地基。在我國(guó)，紅黏土廣泛分布于云貴高原、四川東部、兩湖和兩廣北部，是一種區(qū)域性特殊土。紅黏土具有高含水率、高孔隙比、高液限等不良物理性質(zhì)，同時(shí)卻表現(xiàn)出高強(qiáng)度、低壓縮性等良好力學(xué)特性，常作為建筑地基和鐵路與公路的持力層，但紅黏土失水易干裂、遇水強(qiáng)度驟降的強(qiáng)水敏性，以及在豎直剖面上常呈現(xiàn)上硬下軟和橫剖面上厚度變化大的特征，導(dǎo)致紅黏土地基在上覆荷載作用下產(chǎn)生過(guò)大的工后沉降與差異沉降，造成上部建筑開裂、邊坡坍塌和路基破壞等問題[1-2]。而山區(qū)機(jī)場(chǎng)常形成填挖交替的高填方和高邊坡，機(jī)場(chǎng)道面對(duì)不均勻沉降要求又嚴(yán)格，其下臥紅黏土地基沉降控制面臨較大挑戰(zhàn)。因此，對(duì)高填方荷載下紅黏土地基加固處理的研究具有重要意義。對(duì)于紅黏土地基的處理方法，一般有沖壓法[3]、強(qiáng)夯法[4]、強(qiáng)夯置換法[5]、碎石樁法[6]等。由于對(duì)沉降要求的日益提高，強(qiáng)夯法或單一樁型復(fù)合地基等工法不再滿足需求，因此提出了多樁型復(fù)合地基，可以避免單一樁型的不利因素，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)揮出各樁型的優(yōu)勢(shì)[7]。如排水樁-不排水樁組合[8]，剛性樁與柔性樁的組合[9]。在不同的軟弱地基上，多樁型復(fù)合地基都有廣泛的應(yīng)用。如在黃土區(qū)域，王旭等[10]采用振動(dòng)沉管碎石樁與CFG樁，通過(guò)采用樁身重型動(dòng)力觸探和復(fù)合地基靜載試驗(yàn)等，探討了復(fù)合地基承載特性；馬天忠等[11-12]研究了黃土地區(qū)的長(zhǎng)短組合樁，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)全面分析了不同工況下樁身承載力和變形特征，認(rèn)為樁身軸力與側(cè)摩阻力的發(fā)揮具有異步性，指出樁長(zhǎng)比、樁間距對(duì)沉降影響較大；在軟土地區(qū)，李繼才等[13-14]分析了采用GC-CFG樁時(shí)的受力特性，并建立了復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，結(jié)合軟土路基填筑工程，運(yùn)用解析法推導(dǎo)出了分級(jí)加載下組合滲流GC-CFG樁復(fù)合地基的固結(jié)解答；XIAO等[15]使用CFG樁與土工格柵聯(lián)合加固，重點(diǎn)研究了地基置換率對(duì)路堤荷載引起橋臺(tái)樁響應(yīng)的影響，得到該方法能夠顯著改善橋臺(tái)樁的性能，但置換率的閾值約為4.9%，超過(guò)該閾值則CFG樁的效果有限。在硅藻土地區(qū)，韓建文等[16]基于單樁靜載、復(fù)合地基承載性能等現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究不同樁型加固硅藻土地基的適宜性以及硅藻土樁筏復(fù)合地基特性等，認(rèn)為CFG樁、素混凝土樁及鋼筋混凝土樁適用于硅藻土地基加固。除了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方面的研究，在數(shù)值模擬方面，JIE等[17-18]分別使用有限元模擬了高填方機(jī)場(chǎng)的地基沉降和超高填方路堤荷載下傳統(tǒng)剛性樁和柔性樁復(fù)合地基的加固機(jī)理和效果，分析了填筑體等因素對(duì)地基沉降的影響，提出2種提升復(fù)合地基安全系數(shù)的優(yōu)化方案。WU等[19]研究了高填方軟土地基上使用PHC樁加固的性能，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬得到了土體最大水平位移發(fā)生在路堤坡腳和中心線之間，軟土繞樁周流動(dòng)導(dǎo)致樁體彎曲破壞的結(jié)果。其余針對(duì)多樁復(fù)合地基的研究，也大多集中于樁長(zhǎng)、樁徑、樁的彈性模量以及褥墊層厚度、彈性模型對(duì)多樁型復(fù)合地基性狀的影響，或CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算等[20-23]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在工程實(shí)踐和理論等方面的研究都具有一定的借鑒意義，但目前仍然存在一些問題：對(duì)于GC-CFG樁的應(yīng)用也多應(yīng)用于黃土、軟土等地區(qū)，較少應(yīng)用于深厚紅黏土區(qū)域，因而對(duì)工程實(shí)踐的指導(dǎo)較少。本文結(jié)合貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建項(xiàng)目試驗(yàn)段，對(duì)GC-CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行動(dòng)力觸探、靜載試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)貫入等原位試驗(yàn)，并結(jié)合土壓力、孔隙水壓力、地基沉降的監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析GC-CFG組合樁復(fù)合地基處理高填方紅黏土地基的效果，探討多樁型復(fù)合地基樁土承載特性，為今后在類似地區(qū)進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。

1 試驗(yàn)段概況

1.1 工程地質(zhì)條件

貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)位于貴州省貴陽(yáng)市東郊龍洞堡地區(qū)，是中國(guó)西部地區(qū)重要航空樞紐。2015年，機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程獲批，新建一條近距離跑道，跑道長(zhǎng)度4 000 m，且現(xiàn)狀跑道向北延長(zhǎng)300 m，達(dá)到3 500 m。鑒于該擴(kuò)建工程地質(zhì)、地形條件較為復(fù)雜，實(shí)施前擬開展試驗(yàn)段工程，試驗(yàn)段位于新建第2跑道中部靠東，圖1為試驗(yàn)區(qū)段位置。

圖1 試驗(yàn)區(qū)段分布Fig. 1 Distribution of airport test section

試驗(yàn)段位于機(jī)場(chǎng)跑道邊坡影響區(qū)，場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)自上至下可分為4個(gè)地層，如圖2為試驗(yàn)區(qū)段地質(zhì)剖面圖，其性狀為：

圖2 試驗(yàn)段地質(zhì)剖面圖Fig. 2 Geological profile of test section

①素填土：厚度一般為0.5～3 m，承載力特征值80 kPa。②耕植土：分布于場(chǎng)地表面，厚度一般0.5～2.5 m，承載力特征值為50 kPa。③1硬塑紅黏土：厚度一般為3～6 m，最厚達(dá)11.1 m，承載力為230 kPa。③2可塑紅黏土：厚度一般為3～8 m，局部較大，最厚達(dá)12.7 m，承載力為180 kPa。④1強(qiáng)風(fēng)化白云巖：厚度一般 3.0～6.0 m，承載力為400 kPa。④2中風(fēng)化白云巖：一般埋藏厚度約為8.0～15.0 m，局部埋藏較深，約21.3 m，承載力標(biāo)準(zhǔn)值為3 000 kPa。其中對(duì)場(chǎng)地影響較大的為③1硬塑紅黏土和③2可塑紅黏土，其物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。紅黏土含水率高、孔隙比大，且基巖起伏不平造成其厚度分布不均，如對(duì)該區(qū)的軟弱土采取措施不當(dāng)，在建筑物、填筑土及飛機(jī)起降等荷載作用下，極易造成房屋建筑、跑道、滑行道等的不均勻沉降。

表1 紅黏土物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of lateritic clay

1.2 地基處理方案

根據(jù)機(jī)場(chǎng)建設(shè)要求，跑道的工后沉降、工后差異沉降率不宜大于20 cm和1.0‰，滑行道的工后沉降、工后差異沉降率不宜大于30 cm，1.5‰。根據(jù)鉆孔取樣資料，存在27個(gè)鉆孔剖面的沉降計(jì)算結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)于不滿足設(shè)計(jì)要求的區(qū)域，需采取適宜的方法進(jìn)行地基處理。考慮到試驗(yàn)段區(qū)域紅黏土地基厚度較大，強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法不再適用，擬采用單一CFG樁和GCCFG組合樁復(fù)合地基進(jìn)行加固。

選取5個(gè)典型鉆孔，采用分層總和法對(duì)單一CFG樁和GC-CFG組合樁復(fù)合地基沉降進(jìn)行計(jì)算，樁間距均為1.2 m。根據(jù)土層性質(zhì)把地基分成若干土層，把填筑體和道面荷載作為附加荷載，沉降計(jì)算深度取至下部巖層頂面。由于地基沉降使得原地面下沉，填筑體實(shí)際高度相應(yīng)增加。考慮地基沉降引起的填筑體增高，土石方施工期為12個(gè)月，間歇期12個(gè)月，道面施工6個(gè)月；填筑體采用硬質(zhì)石灰?guī)r進(jìn)行填筑，壓實(shí)后容重根據(jù)該試驗(yàn)段勘察報(bào)告取為22.2 kN/m3；道面結(jié)構(gòu)層厚度取0.8 m，重度為25 kN/m3；CFG樁復(fù)合土層模量約16.0 MPa，GC-CFG組合樁復(fù)合土層模量約12.0 MPa；其余參數(shù)見表2。計(jì)算結(jié)果如圖3所示，其中工后沉降是根據(jù)一維固結(jié)理論計(jì)算道面完工時(shí)的固結(jié)度，再結(jié)合總沉降計(jì)算得到。對(duì)比2種復(fù)合地基，組合型復(fù)合地基處理后的總沉降比CFG樁復(fù)合地基總沉降大，但由于組合型復(fù)合地基有利于紅黏土固結(jié)，組合型復(fù)合地基處理后工后沉降比CFG樁復(fù)合地基要小。故使用GC-CFG組合樁復(fù)合地基，碎石樁主要為增加排水通道便于地基固結(jié)，CFG樁主要減小地基變形沉降量。

表2 沉降計(jì)算參數(shù)Table 2 Settlement calculation parameters

圖3 CFG樁和GC-CFG組合樁計(jì)算沉降對(duì)比Fig. 3 Comparison of calculated settlement between CFG pile and GC-CFG composite pile

試驗(yàn)區(qū)GC樁與CFG樁樁徑均為500 mm，呈梅花形布置，樁長(zhǎng)穿透紅黏土層至基巖，如圖4所示。按樁間距不同分為1.0 m(C1區(qū))、1.2 m(C2區(qū))和1.4 m(C3，C4區(qū))，如圖5所示。碎石樁施工完成后再施工CFG樁，CFG樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔和泵送混凝土成樁工藝，混凝土坍落度180～220 mm；最后在樁頂鋪設(shè)60 cm厚碎石墊層。

圖4 CFG-GC組合樁布置圖Fig. 4 Layout of CFG pile + gravel pile

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖Fig. 5 Layout plan of monitoring points

1.3 檢測(cè)與監(jiān)測(cè)方案

GC-CFG復(fù)合地基施工后分別采用重型動(dòng)力觸探檢測(cè)碎石樁樁長(zhǎng)、采用載荷試驗(yàn)檢測(cè)CFG樁和復(fù)合地基承載力，并在載荷試驗(yàn)和填筑過(guò)程中埋設(shè)土壓力盒測(cè)定樁土應(yīng)力，且對(duì)復(fù)合地基處理前后紅黏土進(jìn)行全深度標(biāo)貫試驗(yàn)。采用的主要儀器設(shè)備為重型觸探儀LDBJC-YQ021，靜力觸探儀LDBJC-YQ046和標(biāo)準(zhǔn)貫入儀LDBJC-YQ015。

圖5為試驗(yàn)區(qū)段內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖，分別用來(lái)監(jiān)測(cè)孔隙水壓力、水位的變化，樁頂面與樁間土壓力的變化，填筑期間每天監(jiān)測(cè)1次。其中，孔隙水壓力計(jì)采用LXS-Z型孔隙水壓力計(jì)，其測(cè)量精度為0.1 kPa；地下水位計(jì)采用電測(cè)水位計(jì)，測(cè)量精度為±10 mm；土壓力盒采用TYJ-21型土壓力計(jì)，測(cè)量精度為0.05 kPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果

在碎石樁施工完成28 d后采用重型動(dòng)力觸探檢測(cè)，樁長(zhǎng)應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值，樁長(zhǎng)全深度內(nèi)修正后動(dòng)力觸探擊數(shù)(N63.5)當(dāng)量值不低于5擊，檢測(cè)數(shù)量不小于總樁數(shù)1%。圖6為3根典型碎石樁深度-錘擊數(shù)關(guān)系曲線。可見：樁體在0.5～2.0 m范圍內(nèi)錘擊數(shù)較大，密實(shí)度較好，這與墊層有直接關(guān)系，墊層施工采用挖方區(qū)強(qiáng)風(fēng)化石料，可產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力，約束碎石樁鼓脹變形的發(fā)展，故錘擊數(shù)大；在2.0～3.0 m范圍內(nèi)錘擊數(shù)約為15～20擊，錘擊數(shù)較高，比較密實(shí)；3.0～5.0 m錘擊數(shù)約為5～10擊，相對(duì)松散；6.0 m以下樁體隨著深度的增加錘擊數(shù)增大，說(shuō)明樁體密實(shí)度較好。

圖6 碎石樁深度-錘擊數(shù)關(guān)系曲線Fig. 6 Relationship curve between gravel pile length and blow count

2.2 載荷試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)復(fù)合地基中28 d齡期的CFG樁體進(jìn)行載荷試驗(yàn)。因條件所限，P-S曲線不存在比例極限，未能加載至極限荷載，取實(shí)際加載荷載的一半確定單樁承載力特征值，可知CFG單樁承載力特征值大于480 kPa。共對(duì)28 d齡期的復(fù)合地基進(jìn)行了22組復(fù)合地基實(shí)驗(yàn)，圖7為樁間距1.4 m的CFG樁單樁及其組合樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)P-S曲線。得到組合樁復(fù)合地基承載力特征值介于391.7～488.3 kPa，滿足復(fù)合地基承載力特征值不小于280 kPa的要求；平均為443.7 kPa，而紅黏土原狀土承載力標(biāo)準(zhǔn)值約為180 kPa，地基承載力提高幅度約為246%。這說(shuō)明采用碎石樁聯(lián)合CFG樁處理紅黏土地基效果十分明顯。如圖8，對(duì)樁間距為1 m的復(fù)合地基進(jìn)行多次試驗(yàn)取得承載力特征值平均為440.3 kPa，樁間距為1.2 m的復(fù)合地基承載力特征值平均為449.7 kPa，樁間距為1.4 m的復(fù)合地基承載力特征值平均為436.6 kPa。3種樁間距都能滿足設(shè)計(jì)要求。但1.2 m樁間距承載力大于1 m樁間距區(qū)域，其可能原因?yàn)樵撎幫翆拥谋韺佑矚酉鄬?duì)較厚，對(duì)碎石樁樁身約束效果更好。

圖7 CFG樁載荷試驗(yàn)P-S曲線Fig. 7 P-S curves of CFG pile load test

圖8 復(fù)合地基承載力特征值Fig. 8 Characteristic value of bearing capacity of composite foundation

通過(guò)查閱文獻(xiàn)，得到在不同地質(zhì)條件下復(fù)合地基承載力較單樁或原地基提高值，總結(jié)如表3所示。從表中可以看出采用CFG單樁或者GC-CFG組合樁，在不同地質(zhì)條件下復(fù)合地基承載力都得到了提升。其提升幅度在246%至666%左右。這說(shuō)明采用CFG樁對(duì)提高地基承載力具有較大作用，且適用于多種地質(zhì)條件，在紅黏土地層中效果較好。僅采用碎石樁作用不大：如在飽和黃土地基中，采用CFG樁加固，地基承載力提高幅度可達(dá)458%，而采用碎石樁時(shí)，僅提高110%，說(shuō)明碎石樁主要起排水作用，對(duì)承載力提高效果不強(qiáng)。對(duì)比軟土地基，其原地基承載力較小，采用GC-CFG組合樁處理后，復(fù)合地基承載力提升幅度更大。復(fù)合地基承載力的提高幅度主要受原狀土承載力與地基處理參數(shù)的影響，地基處理工藝不同也會(huì)影響其提高幅度。

表3 CFG單樁和多樁型復(fù)合地基承載力Table 3 Bearing capacity of CFG single pile and multi pile composite foundation

2.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)地基處理前后樁間土采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，其檢測(cè)結(jié)果如圖9所示。當(dāng)深度小于2 m時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)隨深度變化不大。隨深度增大，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)隨深度增加有較明顯提高。表明復(fù)合地基能有效提高紅黏土的全深度內(nèi)標(biāo)貫擊數(shù)，樁間土性質(zhì)得到明顯改善。圖中復(fù)合地基采用的樁間距分別為1.0，1.2和1.4 m，可以看出處理后樁間土的標(biāo)貫擊數(shù)當(dāng)量值分別提高59.3%，69.5%和74.2%。通過(guò)靜力觸探試驗(yàn)得到復(fù)合地基的比貫入阻力結(jié)果如圖10。分析可得，樁間距為1.0，1.2和1.4 m的樁間土比貫入阻力相對(duì)于原地基分別提高23.8%，28.9%和20.9%。當(dāng)樁間距較小時(shí)，樁間土的強(qiáng)度增長(zhǎng)并非最大，可能與樁間土受施工擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)系。因此建議采用1.4 m樁間距。

圖9 處理前后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)對(duì)比Fig. 9 Comparison of SPT blow counts before and after treatment

圖10 處理前后比貫入阻力對(duì)比Fig. 10 Comparison of specific penetration resistance before and after treatment

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 復(fù)合地基樁土壓力

在復(fù)合地基載荷試驗(yàn)中，圖11和圖12為監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)樁頂與樁間土應(yīng)力和應(yīng)力比隨荷載變化曲線，綜合分析可得出以下規(guī)律：隨著荷載從168 kPa增至336，504和672 kPa，復(fù)合地基中CFG樁頂、碎石樁頂、樁間土承受的應(yīng)力都明顯增大，且三者應(yīng)力增長(zhǎng)率關(guān)系為：CFG樁＞碎石樁＞樁間土，樁間土應(yīng)力近線性增長(zhǎng)。同時(shí)，CFG樁、碎石樁與樁間土的應(yīng)力比也隨著荷載的增大而增大。這說(shuō)明對(duì)于不同的樁，樁頂應(yīng)力大小與樁體的材料和承載特性有關(guān)，相對(duì)剛度越大，應(yīng)力越集中。

圖11 實(shí)測(cè)樁頂與樁間土應(yīng)力-荷載曲線Fig. 11 Measured stress load curves of soil between pile and pile top

圖12 應(yīng)力比隨荷載變化的關(guān)系曲線Fig. 12 Relation curves of stress ratio with loading

圖13為填筑過(guò)程中不同樁間距的復(fù)合地基樁土應(yīng)力情況，可以從曲線中發(fā)現(xiàn)土壓力的增長(zhǎng)與填筑高程同步變化。樁間距越小，CFG樁頂、碎石樁頂?shù)耐翂毫υ酱蟆D14為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力比隨填筑過(guò)程的變化曲線。監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域樁間距分別為1.0，1.2和1.4 m。樁土應(yīng)力比在填筑施工期，迅速變大，在預(yù)壓期隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸降低并趨于穩(wěn)定。其中樁間距1.0 m的最終樁土應(yīng)力比約為7.0，樁間距1.2 m區(qū)域樁土應(yīng)力比約為4.5，而樁間距為1.4 m區(qū)域樁土應(yīng)力比約為2.9。說(shuō)明樁土置換率越高，CFG樁承擔(dān)荷載占比越大。填筑過(guò)程中的樁土應(yīng)力比相對(duì)于載荷試驗(yàn)的結(jié)果偏小，說(shuō)明樁承擔(dān)的荷載仍有提高的空間，按樁間距1.4 m計(jì)算，達(dá)到載荷試驗(yàn)的樁土應(yīng)力比時(shí)，CFG樁、碎石樁、樁間土的荷載分擔(dān)比例為37%，12%和51%。顯然，復(fù)合地基可以大幅減小樁間土承擔(dān)的荷載，相應(yīng)的減小沉降量。

圖13 樁土壓力隨時(shí)間變化曲線Fig. 13 Pressure of piles and soil between piles with time

圖14 樁土應(yīng)力比隨填筑高度的變化曲線Fig. 14 Variation curves of pile-soil stress ratio with filling height

樁土荷載分擔(dān)比反映樁土共同作用特性，即加載的各個(gè)階段樁所承受的荷載與樁間土承受的荷載的變化情況。圖15為填筑過(guò)程中樁間距1.0 ，1.2和1.4 m區(qū)域測(cè)得的樁土荷載分擔(dān)比變化曲線，隨著填筑高程的逐級(jí)增加，荷載分擔(dān)比隨時(shí)間逐漸變化。隨荷載增加，CFG樁荷載分擔(dān)比逐漸減小，樁間土荷載分擔(dān)比增加，而碎石樁荷載分擔(dān)比不產(chǎn)生明顯變化。說(shuō)明隨著荷載的增大，樁間土下沉，從而達(dá)到樁土共同承擔(dān)上覆荷載的效果。

圖15 樁土荷載分擔(dān)比隨填筑高度變化的關(guān)系曲線Fig. 15 Relation curves of pile-soil load sharing ratio with filling height

表4為不同地質(zhì)的土層中GC和CFG樁對(duì)地基承載力的貢獻(xiàn)度，其中CFG樁對(duì)地基強(qiáng)度增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)度達(dá)到了67.5%至72%，這說(shuō)明CFG樁對(duì)提高GC-CFG樁復(fù)合地基承載力起控制作用，且作用效果顯著。主要在于地基處理中CFG樁多為長(zhǎng)樁，壓縮模量大于碎石樁，因而對(duì)地基承載貢獻(xiàn)率大，對(duì)控制地基沉降也能起到較大作用。此外，相較于軟土地基，處理后的紅黏土復(fù)合地基承載力更高，CFG樁貢獻(xiàn)率也更大。

表4 GC樁和CFG樁在組合型復(fù)合地基中的作用Table 4 Affect of GC pile and CFG pile in composite foundation

3.2 孔隙水壓力分析

圖16和圖17分別為樁間距1.0，1.2和1.4 m 3種樁間距的復(fù)合地基不同測(cè)點(diǎn)孔隙水壓力、地下水位隨時(shí)間與填筑高度的變化曲線。從圖中可以看出，當(dāng)外部荷載不變時(shí)，孔隙水壓力隨著地下水位的波動(dòng)而變化。隨著填筑高程的增加，外部荷載增加，導(dǎo)致附加壓力增加，土體內(nèi)部的超靜孔隙水壓力迅速增長(zhǎng)。停止加荷后，孔壓并沒有立刻消散，而是有一定的滯后性。隨靜置時(shí)間的增長(zhǎng)，超靜孔隙水壓力快速消散，但消散速率逐漸減緩，整體上逐漸趨于初始孔壓。孔壓的快速消散表明有效應(yīng)力不斷增加，地基強(qiáng)度和抗變形能力得到了提高，該工法對(duì)紅黏土地基的處理有效。

圖16 孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線Fig. 16 Variation curves of pore water pressure with time

圖17 地下水位和孔隙水壓力變化曲線Fig. 17 Variation curves of groundwater level and pore water pressure with time

3.3 地基沉降觀測(cè)分析

對(duì)復(fù)合地基處理區(qū)域進(jìn)行沉降觀測(cè)，樁間距采用1.4 m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)C125和C112填筑高度分別為24 m和25 m，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖18所示。其中，C125和C112累計(jì)沉降量為5.69 cm和6.48 cm，沉降速率為0.085 mm/d和0.081 mm/d。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，時(shí)間取設(shè)計(jì)年限30年，采用雙曲線法預(yù)測(cè)工后沉降分別為5.27 cm與5.65 cm。實(shí)測(cè)沉降和沉降速率的結(jié)果均表明工后沉降滿足《民用機(jī)場(chǎng)巖土工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(MH/T 5027—2013)對(duì)跑道和滑行道工后沉降分別為0.2 m和0.3 m的要求。

圖18 GC-CFG樁加固紅黏土地基沉降曲線Fig. 18 Settlement curve of lateritic clay foundation reinforced by GC-CFG piles

4 結(jié)論

1) 由于施工墊層側(cè)向約束作用，碎石樁的重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)在表層達(dá)到最大值，而后隨深度的增加呈“C”型，整體較密實(shí)；CFG單樁承載力特征值大于480 kPa；GC-CFG組合樁的承載力相對(duì)原地基提高了2.46倍。

2) 3種不同樁間距復(fù)合地基加固后，樁間土的標(biāo)貫擊數(shù)當(dāng)量值分別提高59.3%，69.5%和74.2%，錐尖阻力分別提高23.8%，28.9%和20.9%；樁間距較小時(shí)，由于受施工擾動(dòng)導(dǎo)致土結(jié)構(gòu)破壞，樁間土的強(qiáng)度增長(zhǎng)并非最大；綜合承載力特征值，樁間距可優(yōu)化為1.4 m。

3) 載荷試驗(yàn)中，CFG樁、碎石樁與樁間土的應(yīng)力隨著荷載的增大而增大，樁體剛度越大，應(yīng)力增加速率越快，同時(shí)隨著荷載的增大和地基置換率的提高，CFG樁樁土應(yīng)力比越高；實(shí)際填筑加載過(guò)程中，CFG樁土應(yīng)力穩(wěn)定在5.0左右，碎石樁樁土應(yīng)力穩(wěn)定在2.0左右，相對(duì)于載荷試驗(yàn)的結(jié)果偏小，表明CFG樁和碎石樁在實(shí)際承載過(guò)程中仍有較大發(fā)揮空間。

4) 孔隙水壓力與沉降實(shí)測(cè)結(jié)果表明：靜置期孔壓快速消散，紅黏土強(qiáng)度和抗變形能力提高，地基沉降逐漸趨于收斂，采用樁間距1.4 m的GCCFG組合樁可有效減小高填方工程的工后沉降。