CFG樁復(fù)合地基現(xiàn)場載荷試驗研究

姚 勇,張玲玲,胡進勇

(1.西南科技大學土木工程與建筑學院,四川綿陽 621010;2.綿陽市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站,四川綿陽 621010)

1 概述

CFG樁復(fù)合地基是我國 20世紀80年代自行研發(fā)的一項地基加固技術(shù),已列為國家級工法。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁 Cement Fly-ash Gravel Pile的簡稱。其復(fù)合地基是由樁、樁間土及褥墊層三部分組成。受力機理為褥墊層受上部基礎(chǔ)荷載作用產(chǎn)生變形后以一定的比例將荷載分攤給樁及樁間土,使二者共同受力。同時,土體受到樁的擠密而提高承載力,樁又由于周圍土的側(cè)應(yīng)力的增加而改善了受力性能,二者共同工作,形成了一個復(fù)合地基的受力整體,共同承擔上部基礎(chǔ)傳來的荷載。

CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)雖已得到了廣泛的應(yīng)用,但由于 CFG樁復(fù)合地基上部結(jié)構(gòu)特點不同,對CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計要求亦不同。因而本文結(jié)合四川省某工程實例,通過現(xiàn)場載荷試驗對 CFG樁復(fù)合地基進行檢測,以此來評價該工程中 CFG樁復(fù)合地基的承載能力,驗證應(yīng)用 CFG樁進行地基加固處理的可行性和有效性。

2 工程概況

四川某工程,場地從上自下地基土的分布情況如下:①雜填土:場地內(nèi)均有分布,濕～很濕,松散狀,層厚 0.4～4.4 m。②粉質(zhì)黏土:場地內(nèi)主要呈層狀分布,可塑～軟塑狀,濕～飽和,層厚 0.3～3.1m,厚度變化大。③含粉質(zhì)黏土角礫層:場地內(nèi)局部呈透鏡狀分布于粉質(zhì)黏土之間或伏于卵石層之上;濕～飽和,稍密狀,層厚 1.0～5.6m。④泥炭:場地內(nèi)呈層狀或透鏡狀分布于粉質(zhì)黏土之間,局部缺失,層厚 0.5～5.3 m。⑤卵石:場地廣布;濕～飽和,稍密～密實。

由于場地內(nèi)的土層承載力不能滿足設(shè)計要求,地基基礎(chǔ)處理方案采用 CFG樁復(fù)合地基進行地基加固處理。其中,樁徑為 400mm,樁距取 1.2m,按正方形布置,以稍密角礫層或卵石層作為持力層,處理深度為10.00～15.00 m,總根數(shù) 717根。設(shè)計要求處理后的CFG樁復(fù)合地基承載力特征值大于等于 150 kPa,壓縮模量大于 14MPa。

3 現(xiàn)場載荷試驗方案

3.1 試驗依據(jù)

由于目前還沒有專門針對 CFG樁復(fù)合地基的試驗標準和規(guī)范,根據(jù)以往施工經(jīng)驗,最后確定該項目現(xiàn)場載荷試驗主要依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)進行。

3.2 試驗方案

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,對 CFG樁進行單樁復(fù)合地基載荷試驗。試驗數(shù)量取 CFG樁總數(shù)的 0.5%～1.0%,但不少于 3點。因此,本次試驗數(shù)量為 8個點。

3.3 加壓方式

采用油壓千斤頂加載荷堆載平臺反力裝置。試驗由鋼性承壓板、加載系統(tǒng)、反力系統(tǒng)和觀測系統(tǒng)組成(CFG單樁復(fù)合地基載荷試驗布置如圖1所示)。承壓板采用 1.2m×1.2m,壓板下鋪設(shè) 5～10 cm砂墊層。

圖1 CFG單樁復(fù)合地基載荷試驗布置

3.4 試驗方法

3.4.1 加、卸載等級劃分

根據(jù)規(guī)范要求,加載等級可分為 8～12級。最大加載壓力不應(yīng)小于設(shè)計要求壓力值的 2倍。本次檢測分 8級加載和 4級卸載,總加載量為 312 kPa,大于設(shè)計要求值的兩倍(300 kPa)。

3.4.2 沉降觀測

每加一級荷載,按 10、10、10、15、15min讀記壓板沉降 1次,以后按每 0.5 h讀記 1次;當 1 h內(nèi)沉降量小于 0.1mm時,并連續(xù)出現(xiàn)兩次,認為該級已達到相對穩(wěn)定,可進行下一級加載。

3.4.3 終止加載條件

當出現(xiàn)下列情況之一時,即可終止加載。

(1)沉降急劇增大,土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起;

(2)承壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%;

(3)當達不到極限荷載,而最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力值的 2倍。

4 現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果分析

4.1 現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果

現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果

現(xiàn)場載荷試驗 p-s曲線如圖2所示。

圖2 靜載試驗典型p-s曲線

4.2 現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果分析

4.2.1 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值的確定

綜合分析本試驗研究項目 8組 CFG單樁復(fù)合地基的沉降觀測數(shù)據(jù)和依據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制的 p-s曲線(圖2)可知,該項目所檢測的 CFG單樁復(fù)合地基載荷試驗 p-s曲線均為緩變形,則各點的 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)按照相對變形量值進行取值,即分別取 s/b等于 0.008時所對應(yīng)的壓力(s為沉降量,b為承壓板寬度)。但是由于該項目各點按相對變形值確定的承載力特征值均超過了最大加載壓力的一半,根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)要求,當復(fù)合地基承載力特征值超過最大加載壓力一半時,取最大加載壓力的一半作為 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值。則該項目 8個試驗點的 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值均為最大加載量 312 kPa的一半,即156 kPa。滿足設(shè)計要求。

4.2.2 CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量的確定

各點 CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量 Es可按下式計算

式中,E0為 CFG單樁復(fù)合地基的變形模量,MPa,E0=0.886(1-μ2)bΔp/Δs(方壓板 ),μ為泊松比取 0.38(粉質(zhì)黏土);b為壓板邊長,m;Δp為 p-s曲線線性段荷載增量,kPa;Δs為與線性段相對應(yīng)的沉降增量,mm。

則根據(jù)上述公式,可得各點 CFG單樁復(fù)合地基的變形模量和壓縮模量,見表2。

表2 CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量結(jié)果

由表2可以看出,該項目 CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量的平均值為 33.71MPa,級差 37.5%。由于 CFG樁復(fù)合地基壓縮模量的級差超過 30%,所以取其最低值 28.22MPa作為該工程 CFG樁復(fù)合地基壓縮模量。滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)論

通過對四川某工程 CFG樁復(fù)合地基進行現(xiàn)場載荷試驗研究,得出如下結(jié)論。

(1)現(xiàn)場載荷試驗研究表明,利用 CFG樁進行地基加固處理是可行、有效的。

(2)通過現(xiàn)場試驗和數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出了測試CFG樁復(fù)合地基承載力和壓縮模量的試驗方法和數(shù)據(jù)分析方法。

(3)因目前尚沒有關(guān)于 CFG樁及單樁復(fù)合地基的詳細檢測規(guī)范,各個地區(qū)進行 CFG樁及單樁復(fù)合地基的檢測,只能依據(jù)各個地方制定的地方標準以及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)中有關(guān)載荷試驗的簡短規(guī)定進行,故而試驗結(jié)果差別比較大。尤其是對于壓縮模量的測定和計算,更是沒有詳細的規(guī)定和統(tǒng)一的標準。建議專門制定針對 CFG樁及單樁復(fù)合地基的詳細檢測規(guī)范和標準。

(4)該項目中717根樁中隨機選取的檢測樁具有一定的代表性,試驗結(jié)果在一定程度上能反映出施工質(zhì)量的優(yōu)劣,試驗結(jié)果對 CFG樁復(fù)合地基在土木工程中的推廣應(yīng)用具有一定的實際意義。

[1]JGJ79—2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB50007— 2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50202— 2002,建筑地基驗收規(guī)范[S].

[4]川建廳[2004]66號,四川省建筑地基基礎(chǔ)質(zhì)量檢測若干規(guī)定[S].

[5]安 明.應(yīng)用靜載荷試驗成果反演地基土壓縮模量指標[J].建筑施工,27(8):14-15.

[6]張?zhí)┌?王軍琪.CFG單樁及單樁復(fù)合地基承載力試驗研究[J].鐵道工程學報,2009(7):20-24.

[7]羅明遠.四川某工程 CFG樁復(fù)合地基承載力及變形問題[J].西部探礦工程,2007(7):17-21.