碎石樁和水泥攪拌樁復(fù)合地基在液化土中的應(yīng)用

伊 運(yùn) 恒

(1.運(yùn)城市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000； 2.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000)

。

Ra2=ηfcuAp。

Ra1=3.142×0.5×(10×5.8+12.5×3.7+12.5×

0.5)+3.142×0.5×0.5×550/4=281.49 kN。

Ra2=0.25×2 900×3.142×0.5×0.5/4=143.00 kN。

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碎石樁和水泥攪拌樁復(fù)合地基在液化土中的應(yīng)用

伊 運(yùn) 恒1，2

(1.運(yùn)城市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000； 2.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)采用碎石樁和水泥攪拌樁二元復(fù)合地基處理液化土的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，結(jié)果表明運(yùn)用該復(fù)合樁縮短了施工工期，降低了工程成本，具有一定的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

復(fù)合地基，碎石樁，水泥攪拌樁，承載力，沉降

復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體或被改良的天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。本文結(jié)合具體工程，從地基承載能力和沉降兩方面考慮，對(duì)液化土采用碎石樁和水泥攪拌樁組合式二元復(fù)合地基處理，即先在液化地基土中施工碎石樁，組成復(fù)合土層，以消除地基液化沉陷影響，其后在樁間土內(nèi)再施工水泥攪拌樁共同組成二元復(fù)合地基，以提高地基承載力、減小沉降變形。這兩種組合樁通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和規(guī)范施工，在實(shí)際工程中效果比較好，而且具有突出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

1 工程條件

運(yùn)城某新建辦公樓，地下1層，地上7層，建筑總高度31.95 m,建筑面積11 200 m2，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深-5.20 m，該場(chǎng)地位于汾河低階地,地質(zhì)具體情況見表1。

表1 場(chǎng)地各層巖土工程特性數(shù)據(jù)表

場(chǎng)地②層，③層土為液化土，液化等級(jí)為嚴(yán)重，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類,地下水位埋深為2.90 m～4.20 m。

2 二元組合樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

2.1 確定地基處理方案

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地土存在液化性，首先要進(jìn)行液化土處理。由于場(chǎng)地液化土層較厚，按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)要求，本工程確定采用碎石擠密樁處理地基液化是一種比較經(jīng)濟(jì)合理的方法。碎石擠密樁原理就是通過成樁過程中對(duì)周圍粉土層的擠密、振密作用和靠碎石的壓入獲得加固效果,使粉土地基的密實(shí)度增加;同時(shí)灌入的碎石擠密樁增強(qiáng)體,本身又是一個(gè)良好的排水通道,加速了粉土層中超孔隙水壓力的消散,有效地增強(qiáng)土體的抗液化能力,消除液化的危害，是使用比較廣泛的一種地基處理方法。

其次承載力的提高和沉降控制要求。查閱碎石樁試驗(yàn)報(bào)告和有關(guān)液化土處理資料得知，用碎石樁處理完后的場(chǎng)地雖然液化性消除或降低，但承載力并沒有提高很多或不變，甚至還有可能降低，不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行地基二次處理，以提高承載力。根據(jù)天然土承載力和建筑物荷載大小，水泥土攪拌樁(濕法)和CFG樁都能提高軟土地基承載力，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比分析，采用水泥土攪拌樁(濕法)進(jìn)行地基處理，既可滿足對(duì)承載力的要求，也可降低工程造價(jià)。水泥攪拌樁法是利用水泥等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度，滿足承載力要求，并且增大土層變形模量，減小地基沉降。

這兩種樁有效的組合，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，碎石擠密樁加速土層固結(jié)、沉降均勻，減少液化危害影響，有利于建筑抗震，水泥攪拌樁是由粘結(jié)性材料組成，自身強(qiáng)度較大，它的二次施入，增強(qiáng)了碎石擠密樁的側(cè)向約束，減小了碎石擠密樁的壓縮變形，提高了樁間土側(cè)阻力，同時(shí)把上部荷載通過水泥攪拌樁傳遞到深層土中，發(fā)揮了兩樁的優(yōu)勢(shì)，保證了建筑安全。

2.2 確定樁長、樁間距

2.2.1 樁長的設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地高程和基礎(chǔ)底標(biāo)高，基坑開挖深度為3.50 m,到達(dá)②層土層，由于②層，③層土層具有液化性，且液化等級(jí)為嚴(yán)重，因此，先確定碎石樁樁長，由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合本工程實(shí)際情況，采取全部消除液化性處理方式，即確定碎石樁計(jì)算樁長10.00 m,有效樁長為9.50 m,基本上使樁超出液化土下界，進(jìn)入穩(wěn)定土層，使液化土層有效的消除。從地質(zhì)勘察報(bào)告上分析可知，④層土天然承載力為150 kPa,相對(duì)以上其他各土層承載力較高，且不存在液化性，可作為水泥攪拌樁樁端持力層，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，水泥攪拌樁樁端進(jìn)入④層土不少于0.50 m，因此水泥攪拌樁計(jì)算樁長為10.50 m,有效樁長為10.00 m。

2.2.2 樁徑的確定

綜合考慮碎石擠密樁、水泥攪拌樁樁徑要求和當(dāng)?shù)卮驑妒┕ぴO(shè)備，本工程樁徑設(shè)計(jì)均為500 mm。

2.2.3 單樁承載力特征值的計(jì)算

本工程采用碎石擠密樁是用來消除場(chǎng)地液化，建筑荷載主要是由水泥攪拌樁復(fù)合地基承受，因此先要確定水泥攪拌樁單樁承載力特征值，水泥攪拌樁單樁承載力特征值可按下面兩個(gè)公式初步設(shè)計(jì)，并取較小值。

Ra2=ηfcuAp。

計(jì)算結(jié)果如下：

Ra1=3.142×0.5×(10×5.8+12.5×3.7+12.5×

0.5)+3.142×0.5×0.5×550/4=281.49 kN。

Ra2=0.25×2 900×3.142×0.5×0.5/4=143.00 kN。

?。篟a=Min{Ra1,Ra2}=Ra2=143.00 kN。

2.2.4 樁間距的確定

碎石擠密樁和水泥攪拌樁組合共同處理地基，考慮兩種樁交錯(cuò)施工可能存在重疊區(qū)域，并結(jié)合施工技術(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)，本工程采取正方形布樁，由復(fù)合地基承載力計(jì)算公式知，確定樁間距S首先要計(jì)算出置換率M，置換率M計(jì)算過程如下：

復(fù)合地基承載力fsk=fa-ηdγm(d-0.5)=160.00-1.0×17.80×(3.00-0.5)=115.50 kPa。

考慮施工中不可預(yù)見的因素，取樁間距S=1.20 m。

2.3 布樁范圍

碎石擠密樁處理液化土地基范圍一般在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基底下可液化土土層厚度的1/2，且不小于5 m,根據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)情況和基礎(chǔ)大小，本工程碎石擠密樁布樁范圍為超出筏板基礎(chǔ)外緣5.0 m。水泥攪拌樁作為主要承載力樁，僅在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置，既滿足了受力要求，也節(jié)省工程成本。

2.4 施工控制措施

由于場(chǎng)地含水量較高，在打樁前要求井點(diǎn)排水，降低地下水位，且在基坑開挖距基礎(chǔ)底標(biāo)高500 mm高時(shí)鋪設(shè)300 mm厚砂石墊層，保證原土不被擾動(dòng)，以免給施工帶來不便，碎石擠密樁采用振動(dòng)沉管法施工，這種施工工藝處理效果較好，既有擠密作用又有振密作用，使樁與樁間土形成較好的復(fù)合地基，提高場(chǎng)地地基承載力，防止了粉土液化，增強(qiáng)了液化地基土的整體穩(wěn)定性。施工中要求碎石樁由外圍向中間、沿直線逐點(diǎn)施工順序，充盈系數(shù)一般控制在1.2左右，嚴(yán)格控制提樁速度，保證樁身質(zhì)量，待碎石擠密樁復(fù)合地基檢測(cè)合格后，再進(jìn)行水泥攪拌樁施工。水泥攪拌樁施工順序同樣也是由外圍向中間，為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質(zhì)量，第一次提鉆噴漿時(shí)應(yīng)在樁底部停留30 s，進(jìn)行復(fù)攪樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進(jìn)行復(fù)攪樁頭，復(fù)攪樁頭長度至少要求3.50 m且停留時(shí)間為30 s，為了充分的發(fā)揮水泥攪拌樁作用，適當(dāng)加大水膠比。在施工中發(fā)現(xiàn)串樁，可采取對(duì)被串樁重新振密、復(fù)攪或在其旁邊補(bǔ)樁等措施。

3 結(jié)語

工程施工完后地基檢測(cè)與變形觀測(cè)，復(fù)合地基檢測(cè)采用靜力荷載試驗(yàn)確定水泥攪拌樁單樁復(fù)合地基承載力特征值，采用低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)測(cè)定水泥攪拌樁樁身質(zhì)量，采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)確定碎石樁強(qiáng)度，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判定地基液化性能，均滿足設(shè)計(jì)要求，取得比較好的效果。對(duì)于液化土層，在建筑層數(shù)不太多的情況，采用碎石樁—水泥攪拌樁組合型復(fù)合地基處理液化地基不但可以消除地基液化，還能提高地基承載力和合理控制建筑物的沉降，為建設(shè)單位節(jié)約工程建設(shè)成本，為類似的工程條件提供了經(jīng)驗(yàn)，值得推廣應(yīng)用。

[1]GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范.

[3]GB 50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范.

[4]徐至鈞,王曙光.水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

On application of gravel pile and cement mixing pile composite foundation in liquefied soil

Yi Yunheng1，2

(1.YunchengArchitecturalDesignResearchInstitute,Yuncheng044000,China; 2.YunchengPolytechnicCollege,Yuncheng044000,China)

Combining with the engineering example, the paper has the detailed introduction of the design methods for the gravel pile and cement mixing pile binary composite foundation treatment for liquefied soil, proves by the results that the composite pile can shorten the construction period and lower the engineering cost, so it has the theoretic value and practical meaning.

composite foundation, gravel pile, cement mixing pile, loading capacity, settlement

1009-6825(2015)01-0086-02

2014-10-23

伊運(yùn)恒(1980- )，男，工程師

TU473

A