CFG樁復合地基在天津武清地區軟土地基中的應用

王響貴 ， 曹勝利，劉立巖

（北京市地質調查研究院，北京102206）

0 引言

CFG樁復合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結已完成的素填土地基。近年來CFG.樁作為一種高粘結強度樁在復合地基中發展迅速,它不僅應用于工業建筑、民用建筑工程中,也應用于橋梁、堤壩等市政工程中。且CFG樁工藝具有施工速度快、工期短等特點,且由于樁體不配筋,并可摻入工業廢料粉煤灰,單樁承載力高,具有安全、經濟、環保三重效果。目前CFG樁復合地基已成為普遍應用的地基處理技術，但在天津武清軟土地區應用不普遍，主要原因是，天津大部分地區第四紀淤泥質軟土較厚，設計人員經驗少且設計時很少考慮CFG樁，沒有好的專業施工隊伍施工難以控制，個案效果不好甚至出了問題才遭到排斥。所以長期以來采用的灌注樁、預應力管樁仍然統治著天津市場。本文針對天津武清軟土地區，結合工程實例及試驗結果分析，驗證在該地區采用CFG樁復合地基的可行性。并通過破壞性的靜載試驗，得出合理的對原設計方案的經驗修正系數。在此基礎上,對CFG樁復合地基在該地區的設計及施工重點控制要點等方面進行詳細的分析討論。

1 工程概況

擬建項目武清尚清灣花園住宅項目A5～14號樓，地上13～16層，2層地下室，剪力墻結構，筏板基礎。場地地層分布及相關土性平均指標值見表1。勘察期間場地淺層地下水屬潛水類型，靜止水位埋深1.20～2.00m。設計要求復合地基承載力特征值為fspk≥290kPa，允許最大沉降量50㎜。

依據場區地勘報告顯示，基底持力層為④層粘土，地基承載力標準值取值95kPa，其承載力顯然不能滿足設計要求，需進行地基加固處理。

2 地基處理設計方案論證及選擇

根據場地的工程地質條件及水文地質條件，對該場地地基土多種地基處理方案從技術可行性、經濟合理性、工程可靠性、當地的工程常用方法及經驗和材料的來源，工期長短等影響效益的各種因素進行分析、比較和選擇（以16F/2D層的6#樓住宅樓為例）。

方案一：鉆孔灌注樁加固方案（勘察報告推薦方案）.

灌注樁是指在設計的樁位用機械按要求成孔，而后在孔內下入鋼筋骨架，灌注混凝土而成樁，待混凝土凝固后便可借助樁的側摩阻力和端阻力承受上部結構荷載。它是一種就地灌注成樁的形式。

由該場地的工程性質及場地的地理條件，采用泥漿護壁鉆孔灌注樁。該方案從技術的可行性和工程的可靠性都是滿足設計要求的。

根據勘察報告中提供的估算結果，擬選擇Φ 6 0 0 m m鉆孔灌注樁，基礎等效成7 0.0 0.m×15.00m，有效樁長23.50m，單樁豎向承載力標準值Rk=1400.kN，混凝土水下灌注用C20，初估樁數.218根。

按鉆孔灌注樁綜合單價1000元/m3計算，總造價為120萬元。

方案二：CFG樁復合地基加固方案

CFG樁具有較高的樁身強度，能承受較大份額的上部荷載，以往的加固經驗表明，CFG樁加固后的復合地基承載力較加固前可提高2～3倍甚至更高，可以滿足設計要求。該方案從技術的可行性和工程的可靠性都是滿足設計要求的。

根據勘察報告中提供的地層參數，擬選擇Φ410mm的CFG樁基礎等效成70.00m×15.00m，有效樁長18.0m，面積置換率m=0.0515時能達到承載力及沉降要求，混凝土泵送用C20，初估樁數.409根。

按CFG樁綜合單價700元/m3計算，總造價為68萬元。

綜上所述，對于方案一，由于采用泥漿作業，特別是在易于自然造漿的粘土層鉆進，往往會產生大量的高粘度，高比重廢泥漿，加上排出的大量鉆渣，處理不當很容易造成城區環境條件污染，下水道淤積，在某些情況下，還會造成附近水質的污染，而且施工的費用也高；對于方案二，不僅能提高地基土的承載力達到設計要求，而且施工也容易，操作也簡單，工程費用也較低，現在也是常采用的一種施工工藝。即在該工程兩種方案選擇中采用CFG樁復合地基進行處理無論從技術可行性、經濟合理性、工程可靠性等各種因素來說都是一種最佳的選擇。從方案選擇來看，雖然鉆孔灌注樁方案工藝污染大、施工費用高，而CFG樁既便宜又簡單、污染又小，但是天津地區的勘察報告推薦前者，其主要原因有兩個。一是天津大部分地區是海相沉積地層，第四紀淤泥質軟土太厚，尤其是近海工程區域只有采用鉆孔灌注樁才能解決承載力和沉降問題。所以針對相對來說地層好些的個案武清地區也是一概而論地推薦傳統工藝，這是保守的思想。二是地基處理規范要求淤泥質土應按地區經驗或通過現場試驗確定CFG樁的適用性，而天津的勘察設計人員缺乏CFG樁的設計經驗，若做工前試樁又要耗費一個月的時間，因此勘察單位在報告中不因地制宜地考慮CFG樁，而是直接推薦成熟的鉆孔灌注樁工藝，久而久之就成為了常態。

3 CFG樁的設計計算

擬建物基底持力層為④層粘土，地基承載力標準值取值95kPa。根據該工程《巖土工程勘察報告》中地基土的埋藏分布特點及物理力學性質，選擇⑦層作為樁端持力層，選擇樁徑為φ410mm，樁長18.0m。單樁承載力經計算取Ra=620kN。復合地基承載力特征值按照fspk=290kPa考慮，置換率取m=0.0515。

擬建物基礎形式為筏板基礎，按矩形布樁，由置換率m=0.0515計算樁間距為1.6m×1.6m。樁頂和基礎之間應設置厚度為20cm的碎石墊層，粒徑為5～20mm左右。樁體強度取C20，坍落度180～220mm。

4 CFG樁加固地基的試驗與檢測

單樁靜載試驗采用壓重堆載法試驗，由壓重千斤頂荷載板等組成的工作系統對復合地基加荷試驗得到單樁復合地基承載力的特征值。本棟號共靜載荷試驗3個點，確定3點復合地基承載力特征值為290kPa,滿足設計要求。

低應變檢測CFG樁樁身完整性95根樁，檢測比例約為30%。所測的95根CFG樁均屬于I類樁或II類樁，均沒有影響正常使用的樁。

5 破壞性靜載試驗結果及分析

為合理修正CFG樁承載力在該地區的經驗參數，在樓座基礎外同標高區域做了兩棵同參數的試驗樁，并進行了破壞性的靜載試驗。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002，J220-2002）附錄A中當壓力-沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對應比例界限的2倍時，可取比例界限；當其值小于對應比例界限的2倍時，可取極限荷載的一半。根據P1#、P2#點P-S曲線上極限承載力確定為653.kPa，由此確定此2點復合地基承載力特征值為320 kpa，但從P-S曲線可以看出，當復合地基承載力特征值為320 kPa時，對應最大沉降達到54.24㎜，已超出設計要求的50㎜沉降值。從P-S曲線上對應50㎜沉降值時的復合地基承載力特征值應為300kPa。與設計值基本吻合。

本工程CFG樁復合地基施工于2010年3月施工完成，2010年底主體結構全部完成，依據天津市建業測繪有限責任事務所提供的沉降觀測資料，結構封頂建筑物最大觀測沉降量為38㎜，依據天津地區施工經驗，高層建筑主體結構封頂時的沉降值能達到總沉降量的80%左右，按此估算建筑物的最終沉降量能夠滿足結構設計院提出的設計不大于50㎜的要求，且與CFG樁復合地基設計時的沉降估算值基本吻合。

6 施工中出現的問題

（1）槽底在水位以下，雖然前期進行了降水施工，但因為天津地層較軟，開槽施工作業面雖然預留了800㎜的保護層，且施工正值冬季施工，天津地區的標準凍深層在600㎜左右，較低的氣溫使得作業面被凍，有利于鉆機工作。但偶有幾天氣溫稍微上升，地面解凍，作業面變軟，就給鉆機施工帶來很大的不便。通過使用渣土墊層才得以解決施工難度。因此在該地區施工時應做好施工預案，可以采取地面施工或墊渣土或鋼板施工。

（2）淺部斷樁嚴重。在飽和軟土中成樁,當采用連打作業時,新打樁對已打樁的作用主要表現為擠壓,使得已打樁被擠成橢圓形或不規則形,嚴重的會產生淺部斷樁。小樁距時應考慮采用隔樁跳打作業。另外在使用小型挖掘機清土時，由于工期緊張樁體強度齡期不夠造成斷樁。

（3）樁頂往下約-2.5m深度出現少部分縮徑或斷樁現象，分析其原因可能是該位置是地下水降深后的水位線，而此處地層巖性恰為粉土與粘土的分界，泵送砼時在此界面停拔壓砼造成縮徑或斷樁。

（4）以上施工中出現的問題是CFG樁在天津地區應用中的普遍規律，在方案實施中，必須做好精心組織、控制到位，才能保證項目質量。

7 結論

（1）從復合地基的靜壓結果數據，驗證了在天津武清軟土地區采用CFG樁復合地基處理軟土的可行性。

（2）復合地基中由于CFG樁中摻入少量的粉煤灰，不配筋以及充分發揮樁間土的承載力其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高，變形小，施工簡單易行，工程造價一般為樁基的1/3～1/2，經濟效益和社會效益非常顯著。

（3）由于CFG樁復合地基，在沿海地區的施工中還很少應用這種樁，在此次的施工中遇到很多問題并得到相應的解決，這樣為沿海地區成功實施這種新工藝奠定了基礎，并總結了一定的經驗和數據。

（4）在天津武清等軟土地區施工CFG樁工藝時，因為地層較軟，應盡量在地表作業。若基槽較深時，應加大保護土的厚度，或在作業面上墊上一層渣土一定程度硬化作業面，以確保施工質量。

[1]中華人民共和國建設部,國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑地基基礎設計規范(GB.50007-2002)[S].2002.

[2]中華人民共和國建設部.建筑地基處理技術規范(JGJ.79-2002，J.220-2002)[S].2002.

[3]閻明禮，張東剛.CFG.樁復合地基技術及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[4]張東剛.CFG樁復合地基變形計算分析[J].建筑科學，1993,9(4)：35～40.

[5]殷宗澤，龔曉南.地基處理工程實例[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[6]地基處理手冊（第二版）編寫委員會.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

[7]龔曉南.復合地基[M].杭州：浙江大學出版社，1992.

[8]閻明禮.地基處理技術[M].北京:中國環境科學出版社,1996.