CFG樁與碎石樁雙重復合地基的應用

【摘 要】通過工程實例對CFG樁與碎石樁雙重復合地基處理的設計、施工與檢測進行了全面分析，闡述了該種復合地基處理的應用范圍與應用效果，并對其施工注意事項進行了說明。

【關鍵詞】CFG樁；碎石樁；雙重復合

CFG pile and gravel pile composite foundation dual application

Zhang Zuo-peng

(Survey and Mapping Institute of Datong Datong Shanxi 037000)

【Abstract】By engineering example of CFG pile composite foundation with gravel pile double handle design, construction and testing of a comprehensive analysis, interpretation and application of the effect of the application of the kind of composite foundation treatment, and described its construction considerations.

【Key words】CFG pile;Gravel pile;Dual compound

復合地基是指天然地基在地基處理過程中，通過在地基中設置豎向增強體而形成的樁土共同作用的人工地基。它適應于基底壓力較小，變形控制不很嚴格的建構筑物的地基處理。根據目前國內情況，最常見的復合地基處理形式有水泥攪拌樁法、水泥粉煤灰碎石樁法(CFG樁)、碎石樁法、灰土擠密樁法、高壓噴射注漿法等五種。結合太原市區的巖土工程條件，上述五種處理方法各自主要解決的巖土工程問題是單一的提高地基承載力、控制地基變形、消除或部分消除地基土的液化、消除或部分消除地基土的濕陷性問題，而在某些場地對某些建構筑物來說，往往單一的復合地基處理方法無法解決建構筑物的要求與場地的巖土工程問題，在這種情況下就需要對上述的復合地基處理方法進行組合。在太原市區最常見最有效的一種組合形式為水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)與碎石樁的雙重復合，它主要解決地基承載力與地基土的液化問題，下面筆者就工程實例對該種組合進行闡述。

1. 概況

1.1 工程概況。某工程主體工程的附屬建構筑物多為輕型至中型的建構筑物(乙類建筑)，基底壓力較小，對差異沉降不很敏感。基礎埋深約2.5m。

表1 各土層的主要力學性質指標表

土層指標 承載力特征

值 fak(KPa) CFG樁樁側極限

側阻力值 qs(KPa) CFG樁樁端極限

端阻力值qp (KPa)

②粉土 90 25

③粉土 140 35

④粉土 180 40 600

1.2 工程地質條件概述。

(1)地基處理深度內的巖土工程特性：①層，填土：雜色。以粉土為主，含大量的磚渣、煤屑、植物根、碎石等。該層埋深約2.0m。②層，粉土：黃褐色。含云母、煤屑及氧化鐵鋁等。濕，松散～稍密。搖震反應中等，無光澤反應，干強度較低，韌性較低。該層埋深介于6.5～7.5m之間，平均層厚為5.0m。③層，粉土：黃褐色。含云母、煤屑及氧化鐵鋁等。濕，稍密～中密。搖震反應中等，無光澤反應，干強度較低。該層埋深介于12.5～13.5m之間，平均層厚為6.0m。④層，粉土：黃褐色。含云母及氧化鐵鋁等。濕，中密。搖震反應中等，無光澤反應，干強度較低。該層埋深介于17.5～18.5m之間，平均層厚為5.0m。各土層的主要力學性質指標詳見下表1。

(2)地下水情況。地下水位埋深介于2.2～2.5m之間，地下水類型為潛水。

(3)不良地質作用。附屬建構筑物場地內未發現有影響工程安全與穩定的滑坡、崩塌、泥石流、采空區等不良地質作用與地質災害。只是該場地為中等液化場地，液化土層為②層粉土與③層粉土，液化土層埋深為地面下10.0m。

1.3 上部結構設計對地基處理的要求。根據設計單位提供的資料，上部結構設計對地基處理的要求為：

(1)地基處理后的地基承載力特征值不小于200KPa。

(2)地基處理后的殘余液化指數不大于4。

(3)主要持力層的壓縮模量不小于8MPa。

2. 復合地基的設計

2.1 設計思路。各建構筑物的基礎埋深為2.5m，地基基礎持力層為②層粉土，該層土力學性質較差，地基承載力特征值為90KPa，遠不能滿足200 KPa的要求；并且該場地為中等液化場地，各建構筑物為乙類建構筑物，根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)第4.3.6條與上部結構設計對地基處理的要求，必須對其進行處理。通常液化處理最有效的方法是采用碎石樁法，但是該法對提高地基承載力作用不明顯，所以必須選擇一種地基處理方法既能較大幅度的提高地基承載力，又能顯著降低地基液化指數，而CFG樁與碎石樁組合的雙重復合地基處理方法最適合于上述要求。

2.2 設計方案。

（1）碎石樁樁徑為400mm，有效樁長8.0m(深入地面下10.0m)，樁間距1.40m，正方形布置。根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2012)第7.2.8-3式：

fspk=［1+m(n-1)］×fsk

式中：m=0.06；n=3.5； fsk=90KPa。 經計算 fspk=103.5KPa，即經碎石樁單獨復合后的地基承載力特征值為103.5KPa。

（2）CFG樁樁徑為400mm，有效樁長15.0m，樁間距1.40m，正方形布置。根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第9.2.5條與9.2.6條：

fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk

Ra=up∑ni=1qsili+qpAp

式中：m=0.06； β=0.75； fsk=103.5KPa； Ra=700/2=350KN(安全系數為2)。

（3）經計算 fspk=240.0KPa，即經碎石樁與CFG樁雙重復合后的地基承載力特征值為240.0 KPa，滿足上部結構不小于200KPa的要求。

2.3 試樁布置。

（1）根據上述的設計方案，該工程主體工程的附屬建構筑物共選擇4個試樁點進行CFG樁與碎石樁雙重復合地基的處理試驗，4個點所在位置分別為 (S1)、 (S2)、 (S3)、 (S4)。各試樁點的樁位布置圖均一樣，詳見下圖1。

圖1 布樁形式圖（2）從圖1中可以看出，每個點上布置碎石樁9根，CFG樁12根，共計21根，碎石樁與CFG樁間隔交叉呈正方形布樁，樁的其它設計參數同上述的設計方案。

3. 復合地基的施工

3.1 施工順序。根據上述的設計方案，結合碎石樁與CFG樁的施工特點，施工時應先施工碎石樁后施工CFG樁，兩者的間隔時間為7天。

3.2 施工材質與其它要求。

（1）碎石樁填料：采用75％粒徑在20～40mm之間的碎石和25％含泥量小于5％的石屑或中、粗砂的混合材料，碎石的干重度大于20KN／m3。碎石樁的充盈系數為1.5。

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（2）CFG樁樁體材料：水泥為425號硅酸鹽水泥；碎石粒徑為10～20mm的級配碎石；粉煤灰用磨細的干灰；石屑粒徑為2.5～l0mm的級配砂，其摻入量為坍落度在18～22cm之間為最佳摻量值。樁體強度等級不小于 C20。

4. 復合地基的檢測

4.1 檢測的方法與手段。在每個試樁點位置布置復合地基靜載荷試驗點一組(承壓板選用1.4m×1.4m方形板)；CFG樁低應變動力檢測點一個(進行樁身完整性檢測)；碎石樁樁體重型動力觸探試驗檢測點2點(進行碎石樁樁身密實度檢測)；樁間土取土、標準貫入試驗點2點(進行壓縮模量計算與液化判別)。各試樁點檢測點的布設位置均一樣，詳見下圖2。

圖2 試樁檢測平面布置圖4.2 檢測順序。檢測時先進行CFG樁低應變動力檢測，后進行復合地基靜載荷試驗，最后進行樁間土取土、標準貫入試驗與樁體重型動力觸探試驗。

4.3 檢測結果。

（1）根據復合地基靜載荷試驗Q-S曲線、基樁低應變動力試驗曲線、樁間土標準貫入試驗液化判別結果、地基處理后土體的物理力學性質指標、樁體重型動力觸探試驗結果等資料綜合分析，檢測結果詳見下表2。

表2 檢測結果表

點位項目 靜載

試驗 CFG樁低

應變試驗 液化

指數 壓縮

模量 樁體

密實度

S1 >220KPa A類樁 3.15

S2 >220KPa B類樁 3.23

S3 >220KPa A類樁 1.84

S4 >220KPa A類樁 3.94

處理后的樁間土體壓縮模量明顯提高，與CFG樁、碎石樁復合后的壓縮模量大于8MPa ②層粉土范圍內為稍密，③層粉土范圍內為中密

（2）從表2中可以看出，各試驗點的靜載荷試驗均滿足大于200KPa的上部結構壓力的要求；S2點由于CFG樁在樁身2.2m處混凝土發生離析，樁身不完整而定為B類樁；處理后地基土的殘余液化指數均小于4.0，地基液化等級為輕微，滿足設計要求；主要持力層的壓縮模量大于8MPa，滿足設計要求；碎石樁樁體在②層粉土的深度范圍內(地面下5.0m)密實度較差，在其施工時應進行反插，保證充盈系數。

（3）從檢測結果來看，采用CFG樁與碎石樁雙重復合地基處理方法對該項工程是非常適合的，它既大幅度提高了地基承載力，又大幅度降低了地基土的液化指數，完全滿足上部結構設計對地基處理的設計要求，相比可以滿足上述條件的鉆孔灌注樁，能夠大大降低工程造價，節約工期，值得推廣。

5. 結論

5.1 CFG樁與碎石樁雙重復合地基處理應用于基底壓力較小，對沉降不很敏感的中等液化場地的乙類建構筑物是非常適合的。

5.2 地基處理設計時，應充分掌握處理深度內土層的物理力學性質與上部結構對地基的設計要求，選擇合適的復合地基設計參數，才能達到預期的處理效果。

5.3 地基處理施工時，應先施工碎石樁在一定時間間隔后施工CFG樁，才能保證CFG樁的樁身完整性。

5.4 大面積的復合地基施工工程樁前一定要先進行復合地基試驗，經檢測合格后方可進行工程樁施工。

參考文獻

［1］ 中國建筑科學研究院.建筑地基處理技術規范JGJ79-2002.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［2］ 顧曉魯等.地基與基礎(第三版).北京：中國建筑工業出版社，2003

［作者簡介］ 張作鵬（1976.3-），男，職稱：工程師，工作單位：大同市勘察測繪院，研究方向：工程地質勘察，畢業院校及所學專業：太原理工大學，工程地質勘察專業。水泥土攪拌樁與

鉆孔灌注樁組合支護基坑研究應用

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