CFG樁復合地基的工程應用及載荷試驗的思考

張宏偉

(河南省煤田地質局物探測量隊，河南鄭州 450009)

1 概述

CFG樁復合地基作為一種新興的地基處理技術，被應用在很多類型建筑的地基中。在現代的城市建設中，隨著建筑用地的不斷減少及城市發展的需求，使得建筑物向中、高層發展，要求大跨度結構設計的建筑物越來越多，這就致使建筑物荷載增大，相應的對地基處理的要求也不斷提高。CFG樁復合地基具有抗變形能力強和高承載力的特性，能夠滿足建筑物對地基處理不斷變化的需求。由于CFG樁復合地基的經濟效益和社會效益比較突出，得以迅速發展，不斷的應用在高層建筑及大跨度結構設計建筑中，在現代社會中發揮著越來越重要的作用。我們主要通過實際工程中CFG樁現場實測數據分析，得出復合地基的沉降變化的規律，得出復合地基方案的優化設計。

2 工程案例

2．1 工程概況

本工程項目為高層住宅，地上33層，地下1層，框剪結構，基礎埋深6．0 m，基地平均壓力500 kPa，擬采用樁基筏板或者復合地基筏板基礎。根據鉆探、標準貫入及靜力觸探試驗結果，在勘探深度范圍內將地層共分為12層，主要為粉土、粉砂、粉質粘土及碎石土。

2．2 CFG樁復合地基方案設計計算

根據場地巖土工程條件，對各種地基處理方法與樁基礎方案進行比較，水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復合地基較為適宜、經濟合理。由場地土的物理性質，按JGJ 79-2002建筑地基基礎處理技術規范，結合地區經驗，給出各土層的CFG樁設計參數見表1。

表1 CFG樁設計參數 kPa

根據表1參數，樁徑按0．4 m，樁端埋深24．0(從勘察時自然地坪算起)，有效樁長18．0 m，樁端持力層為第⑥層粉砂、第⑦層粉土。

按照JGJ 79-2002建筑地基基礎處理技術規范，CFG樁復合地基承載力特征值，應通過現場復合地基載荷試驗確定，初步設計時可按式(1)估算:

CFG樁單樁豎向承載力特征值應通過現場單樁載荷試驗確定，設計時也可按式(2)估算:

樁體試塊抗壓強度平均值應滿足式(3)要求:

根據以上參數及公式進行復合地基承載力驗算得出面積置換率m為0．087%，單樁豎向承載力特征值為560 kN，復合地基承載力特征值為511．0 kPa。

3 載荷試驗

3．1 單樁豎向載荷試驗

單樁豎向抗壓靜載荷試驗的目的就是通過隨機挑選建筑場地的單樁，進行抗壓靜載荷試驗，判定工程單樁豎向抗壓承載力特征值是否滿足設計要求。本工程抽檢數量是總樁數的0．5%，共四根。

加載分級:加載分級進行，采用慢速維持荷載法;分級荷載為最大加載量的1/10。最大加載量為1 160 kN，分10級，第一級取分級荷載的2倍。具體分級見表2。主要對0064號，0281號，0136號，0497號樁進行了試驗，累計沉降可見圖1。

表2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗分級表 kN

圖1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線圖

由圖1可以看出，試樁結果最大沉降量為5．36 mm，隨著荷載的施加，荷載—沉降曲線呈緩變形，終止加載的條件為已達到設計要求的最大加載量，規范要求CFG樁復合地基中心點沉降小于72 mm，可見這樣的設計條件遠遠滿足規范要求。

3．2 其他工程的單樁試驗結果

1)鄭州水利學校實訓中心大樓:設計樁徑400 mm，設計樁長13．0 m，樁間距1．2 m，樁端持力層為粉土，設計樁身混凝土強度等級C15，設計單樁承載力特征值350 kN，由3根單樁豎向抗壓靜載荷的試驗結果，來判斷本工程單樁是否滿足設計要求。試驗樁最大加載量為700 kN。

2)嘉鵬花園2號樓:設計樁徑400 mm，設計樁長13．5 m，樁間距1．2 m，樁端持力層為粉土，設計樁身混凝土強度等級C25，設計單樁承載力特征值600 kN，試驗樁最大加載量為1 200 kN。

3)華信金融大廈:設計樁徑400 mm，設計樁長16 m，樁間距1．4 m，樁端持力層為粉土，設計樁身混凝土強度等級C25，設計單樁承載力特征值480 kN，試驗樁最大加載量為960 kN。

4)金明花園住宅小區:設計樁徑400 mm，設計樁長14 m，樁間距1．0 m，樁端持力層為粉砂夾粘土層，設計樁身混凝土強度等級C25，設計單樁承載力特征值520 kN，試驗樁最大加載量為1 040 kN。

由圖2～圖5單樁實驗結果可以看出，CFG樁復合地基是適合的樁型，加載沉降小，滿足單樁承載力的要求，載荷試驗的最大加載量都為設計值的2倍，沒有按極限荷載做破壞性試驗。

圖2 工程1單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線圖

圖3 工程2單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線圖

圖4 工程3單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線圖

圖5 工程4單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線圖

3．3 復合地基靜載荷試驗

復合地基靜載荷試驗目的就是通過復合地基載荷試驗，判定本工程復合地基承載力特征值是否滿足設計要求。主要對334號，662號，672號，320號樁進行了試驗，累計沉降可見圖6。

加載方式為慢速維持荷載法，根據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范復合地基靜載荷試驗的要求，使用1 200 mm×1 200 mm正方形剛性承壓板，加載分8級，最大加載壓力不小于要求壓力值的2倍，4點單樁復合地基靜載荷試驗最大加載壓力均為1 040 kPa，均分為8級，第一級取分級荷載的2倍。具體分級見表3。

由圖6可以看出，壓力—沉降曲線是平緩的光滑曲線，可按相對變形值確定，當以粘性土、粉土為主的地基，可取s/b=0．01即為72 mm所對應的壓力為極限荷載，而加載的最大沉降值為8．09 mm，承載力特征值取最大加載壓力的1/2。

圖6 復合地基靜載荷試驗曲線圖

表3 復合地基靜載荷試驗加荷分級表 kPa

3．4 其他工程的復合地基靜載荷試驗結果

1)鄭州水利學校實訓中心大樓:設計復合地基承載力特征值330 kPa，最大加載量為660 kN。

2)永城市嘉鵬花園2號樓:設計復合地基承載力特征值400 kPa，試驗樁最大加載量為800 kN。

3)華信金融大廈:設計復合地基承載力特征值330 kPa，試驗樁最大加載量為660 kN。

4)金明花園住宅小區:設計復合地基承載力特征值400 kPa，試驗樁最大加載量為800 kN。

由圖7～圖10復合地基實驗結果可以看出，工程實例中靜載荷試驗點均為隨機挑選的，試驗結果:最終沉降量都比較小，均不超過30 mm，這與規范要求CFG樁復合地基中心點最小沉降量72 mm相差一半多，遠滿足規范要求。

圖7 工程1復合地基抗壓靜載荷試驗曲線圖

圖8 工程2復合地基抗壓靜載荷試驗曲線圖

圖9 工程3復合地基抗壓靜載荷試驗曲線圖

4 結語

1)CFG樁復合地基設計方案豎向靜載荷檢測結果中，不管是CFG樁單樁還是單樁復合地基靜載荷試驗均沒有做破壞性靜載荷試驗確定相應承載力極限值，而是都以設計值的2倍為最大加載量驗證CFG樁復合地基處理后是否滿足設計要求。

圖10 工程4復合地基抗壓靜載荷試驗曲線圖

2)工程實例方案設計中，CFG樁樁身設計材料均采用商品混凝土，樁身混凝土強度等級為C20～C25，設計樁長13．0m～20．0m，由CFG樁單樁及復合地基靜載荷試驗結果可得出，CFG樁單樁承載力特征值最大可達580 kN，CFG樁單樁復合地基承載力特征值最大可達520 kN。

3)通過擬建工程場地的CFG單樁豎向抗壓載荷試驗和CFG單樁復合地基靜載荷試驗進行驗證，分析出這種樁型沉降較小，承載力較高，遠遠滿足規范要求，說明CFG樁復合地基設計方案還有進行優化設計達到經濟合理的可行性。

［1］JGJ 79-2002(J 220-2002)，建筑地基處理技術規范［S］．

［2］JG 106-2003(J 256-2003)，建筑基樁檢測技術規范［S］．

［3］龔曉南．復合地基理論及工程應用［M］．北京:中國建筑工業出版社，2002．