CFG樁在埋藏古溝槽沉積地層處理中的應(yīng)用

曹江濤

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高，變形減小，又因其充分利用樁間土和樁共同作用的特有優(yōu)勢(shì)和相對(duì)低廉的工程造價(jià)，故而在地基處理工程中得到廣泛的應(yīng)用。

1 工程概況

某住宅樓工程，設(shè)計(jì)高度42.0 m，地上14層，地下1層，樓長(zhǎng)49.76 m，寬16.96 m，采用異形柱結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為自然地坪下3.40 m。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，基礎(chǔ)底面地基承載力特征值需達(dá)280 kPa，地基沉降量小于80 mm，而該工程巖土工程勘察結(jié)果顯示:基礎(chǔ)持力層——第②層新近代沉積粉質(zhì)黏土和第⑤層粉土，其承載力特征值分別為120 kPa，150 kPa，均不能滿足設(shè)計(jì)要求，且天然地基沉降變形較大，亦不能滿足設(shè)計(jì)對(duì)變形的要求，需進(jìn)行地基加固處理。

2 地質(zhì)情況

擬建場(chǎng)地的地貌類型為山前沖洪積平原，場(chǎng)地平整，在場(chǎng)地內(nèi)埋藏著一條古溝槽，其范圍約占整個(gè)擬建場(chǎng)地的2/3，其內(nèi)沉積第②層～第④層，為新近代地層，古溝槽南北向延伸，切割(或沖蝕)第四系全新統(tǒng)沖洪積地層——⑤層粉土、⑥層粉質(zhì)黏土及部分⑦層粉質(zhì)黏土。本場(chǎng)地的穩(wěn)定水位埋深為15.40 m～15.70 m，屬潛水。

本場(chǎng)地地質(zhì)條件較為復(fù)雜，因埋藏古溝槽內(nèi)土層沉積時(shí)間短、物理力學(xué)性質(zhì)差、土層的厚度、范圍及層底起伏變化等情況，導(dǎo)致整個(gè)地層不穩(wěn)定、工程性能差。

場(chǎng)地開挖后，第①層雜填土被全部挖除，基坑底部揭露土層為:第②層新近代沉積粉質(zhì)黏土(Q1al+pl4)，層厚為0.60 m～2.40 m，承載力特征值 fak=120 kPa;第⑤層粉土(Qal+pl4)，層厚為 1.00 m～2.10 m，承載力特征值fak=150 kPa。由此可見(jiàn)，該場(chǎng)地地基持力層承載力大小不一，厚度變化較大，為不均勻地基，且③層、⑤層土的承載力特征值均不能滿足上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行地基處理。

3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案

根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，以及設(shè)計(jì)對(duì)地基承載力和變形的要求，通過(guò)對(duì)多種處理方案的分析、比較，決定對(duì)該埋藏古溝槽采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行加固處理。

由于本工程整個(gè)基礎(chǔ)坐落在埋藏古溝槽與正常沉積兩種不同的地層上，故以埋藏古溝槽與正常沉積地層的分界線劃分出兩種不同的地質(zhì)單元，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

3.1 單樁豎向承載力Rk和面積置換率m的計(jì)算

依據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范及JGJ 94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范中公式:

CFG樁單樁豎向承載力特征值按下式計(jì)算:

其中，Rk為單樁豎向承載力特征值，kN;Up為樁的周長(zhǎng)，m;qsik為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa;Li為第i層土的厚度，m;qpk為樁端端阻力特征值，kPa;Ap為樁截面面積，m2。

面積置換率按下式計(jì)算:

其中，β為樁間土強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù);fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率;fak為樁間土天然地基承載力特征值，kPa。

1)以埋藏古溝槽沉積地層中最不利的斷面進(jìn)行計(jì)算:設(shè)計(jì)參數(shù)為樁徑 400 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8.50 m(保護(hù)樁長(zhǎng)為 0.50 m)，有效樁長(zhǎng)為8.00 m，樁端落在第⑨層中砂層。求得 Rk=317 kN，考慮樁以側(cè)摩阻力為主，取Rk=310 kN/根。

埋藏古溝槽沉積地層樁間土的強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)取值為0.75。經(jīng)計(jì)算:當(dāng) m≥8.0%時(shí)，復(fù)合地基承載力特征值 fspk≥280 kPa。

按正方形布樁，依據(jù)面積置換率 m計(jì)算可得:樁間距 d=1.25 m。

2)以正常沉積地層中最不利的斷面進(jìn)行計(jì)算:設(shè)計(jì)參數(shù)為樁徑400 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8.00 m(保護(hù)樁長(zhǎng)為0.50 m)，有效樁長(zhǎng)為7.50 m，樁端落在第⑨層中砂層。

求得 Rk=328 kN，考慮樁以側(cè)摩阻力為主，取 Rk=320 kN/根。

正常沉積地層樁間土的強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)取值為0.90。

經(jīng)計(jì)算:當(dāng) m≥6.0%時(shí)，復(fù)合地基承載力特征值 fspk≥280 kPa。

按正方形布樁，依據(jù)面積置換率 m計(jì)算可得:樁間距 d=1.45 m。

3.2 建筑物沉降計(jì)算

采用復(fù)合模量法計(jì)算復(fù)合地基變形，復(fù)合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍。

最終總沉降量:

其中，p0為對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加壓力，kPa;Esi為基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，MPa;zi，zi-1分別為基礎(chǔ)底面至第 i層土、第 i-1層土底面的距離，m;αi，αi-1分別為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第 i層土，第 i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù);ζ為加固區(qū)土的壓縮模量提高系數(shù)，ζ=fspk/fka;Ψ為沉降計(jì)算修正系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定。

根據(jù)上式進(jìn)行計(jì)算，正常沉積地層地基沉降量為28.54 mm＜80 mm，古溝槽沉積地層地基沉降量為39.36 mm＜80 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)以上計(jì)算分析，擬建住宅樓經(jīng)CFG復(fù)合地基加固處理后最終沉降量及變形滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 布樁

本工程采用筏板基礎(chǔ)，可按滿堂紅形式布樁。具體布置如下:

1)埋藏古溝槽沉積地層內(nèi):設(shè)計(jì)樁徑400 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8.50 m，有效樁長(zhǎng)為8.00 m，樁間距為1.25 m。2)正常沉積地層內(nèi):設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為8.00 m，有效樁長(zhǎng)為7.50 m，樁間距為1.45 m。3)由于擬建建筑物基礎(chǔ)坐落在埋藏古溝槽與正常沉積兩種不同的地層上，為使CFG樁在兩種不同的地層上平緩過(guò)渡，故在與古溝槽相鄰的正常沉積內(nèi)地層布置第一排樁，縱向間距為1.25 m，橫向間距為1.45 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8.50 m;第二排樁，縱向間距為1.25 m，橫向間距為1.45 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)7.50 m;從第三排樁開始，按正常沉積地層內(nèi)樁間距布置。4)本工程共布置CFG樁605根，埋藏古溝槽與正常沉積地層的實(shí)際面積置換率分別為8.2%，6.2%，經(jīng)計(jì)算，CFG樁的樁體強(qiáng)度為C15。

4 完成工作量及質(zhì)量檢測(cè)

4.1 工作量

本工程采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆孔，管內(nèi)泵壓混凝土的施工工藝。實(shí)際完成CFG樁605根，其中，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為8.50 m的443根，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為8.00 m的162根，總延米數(shù)為5 061.5 m，混凝土636 m3。

4.2 質(zhì)量檢測(cè)

1)按規(guī)范要求，隨機(jī)抽取總樁數(shù)20%的樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果表明樁體完整，均為Ⅰ，Ⅱ類樁，施工質(zhì)量合格。2)根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，按總樁數(shù)的0.5%～1%進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，隨機(jī)抽取6根樁進(jìn)行試驗(yàn)，復(fù)合地基承載力及變形均滿足設(shè)計(jì)要求，地基土變形基本均勻。靜載荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表

5 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)埋藏古溝槽沉積地層采用CFG樁進(jìn)行加固處理，以安全、經(jīng)濟(jì)、滿足設(shè)計(jì)要求為指導(dǎo)方針。在古溝槽沉積地層和正常沉積地層內(nèi)各自采用了不同的面積置換率、樁長(zhǎng)、樁間距，取得了理想的加固效果，在提高地基承載力、減小地基變形的同時(shí)，也消除了地基土不均勻性的隱患。2)地基處理完畢后，建議上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)應(yīng)在正常沉積地層與古溝槽沉積地層分界處設(shè)立沉降縫。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 吳志剛，劉景生.CFG樁地基處理及最優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2008，34(1):124-125.