軟土場地CFG樁復合地基適用性試驗研究

陸 波

(中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200063)

1 概述

軟土地基在浙江東部沿海廣泛分布，該廠址區域內上部有7～15 m厚的軟土，且以工程性質差的淤泥或淤泥質土層為主，具有厚度大、含水量高、孔隙比大、高壓縮性、抗剪強度小、承載力低等特性。廠內主要建筑物采用樁基礎，輔助及附屬、部分水工等對地基承載力和變形要求相對較小的建(構)筑物，計劃利用地基處理后的復合地基作為持力層，復合地基承載力特征值要求大于120 kPa。

根據設計要求，擬采用CFG樁復合地基作為本工程淺地基處理的主要形式。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，根據《建筑地基處理技術規范》7.7節此種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，對淤泥質土應按地區經驗或通過現場試驗確定其適用性。而本工程所在的浙江沿海地區有關CFG樁復合地基的應用經驗很少，因此需進行相應的試驗，以確定有關施工和設計參數。

2 CFG樁設計及施工

試驗場地地層及CFG樁設計參數見圖1所示，樁長為22.0 m，樁徑為0.40 m，樁位5×5正方形布置，間距為1.6 m，樁體強度為C20。

圖1 CFG樁豎向布置圖

見圖1，本次試驗成樁采用振動沉管灌注成樁，表層碎石為廠平期間開山碎石，成樁前使用挖掘機將其清除，并下放Φ460的護筒，隨即在護筒周圍回填碎石以固定護筒，未壓實。護筒長6 m，進入淤泥層約3 m。使用起重機起吊液壓振動錘并鉗住孔徑為Φ400 mm套管頂部，吊裝定位，延護筒垂直振動下放套管，套管進入③黏土層約0.5 m。采用GXY－1型鉆機延套管鉆進成孔，鉆孔深度為220 m。成孔結束后，采用潛水泵抽排出套管內的泥水，并及時灌入混合料。當套管充滿混合料后振動勻速上拔套管。為了使樁土在受荷時能協調變形，需要在樁頂鋪設一定厚度的褥墊層，本次試驗采用30 cm厚的中粗砂。

樁體混合料配合比為水：水泥：粗骨料：砂：Ⅲ級粉煤灰=275∶320∶1106∶738∶40；混凝土坍落度為40～50 mm。

3 試驗內容

3.1 低應變監測

分別于休止期內和載荷試驗后進行低應變法檢測，所有工程樁有效樁長均大于22.0 m，樁身完整性較好，均為Ⅰ類樁，占所測樁數的100%。

3.2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗

各試樁混凝土齡期滿足規范要求后，進行單樁豎向抗壓靜載試驗和復合地基靜載荷試驗。豎向抗壓靜載試驗選擇3根試樁采用慢速荷載維持法進行。

各試樁豎向抗壓極限承載力統計值及豎向抗壓承載力特征值見表1。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗成果統計

3.3 復合地基靜載荷試驗

本次采用單樁復合地基載荷試驗，由于本試驗布樁面積置換率為0.05(計算見4結果分析)，進而計算單樁處理面積為2.5 m2，故承壓板采用1.6 m×1.6 m的正方形鋼板。

選擇3根試樁進行單樁復合地基載荷試驗，以C7試樁為例，各樁荷載－沉降(P～S)曲線均為陡降型，陡降段拐點即極限荷載所對應的荷載值。

各單樁復合地基極限承載力，單樁復合地基承載力特征值見表2。

表2 單樁復合地基靜載試驗成果統計

4 結果分析

4.1 復合地基效果

復合地基的設計原理是通過變形協調使增強體與土共同承載的效果。

本次試驗根據復合地基承載力特征值fspk=115 kPa與承壓板面積2.56 m2，可知達到復合地基承載力特征值時豎向荷載為294.4 kN，該荷載略小于且十分接近單樁承載力特征值Ra=306 kN。

圖2 單樁復合地基Q～s、s-lgQ和s～lgt關系曲線

復合地基載荷試驗極限承載力對應位移均接近且略大于單樁豎向抗壓極限承載力對應位移，且均為陡降型破壞模式，因此復合地基的破壞同樣以CFG樁的破壞為標志。

以上兩點表明雖然處理后地基可滿足120 kPa的承載力需求，但未充分發揮復合地基效果，即樁間土承載力發揮甚微。

4.2 樁間土承載力發揮程度

根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79－2012)條文7.7.2第6款，CFG樁復合地基的承載力特征值按下式計算：

式中：fspk為復合地基承載力特征值(115 kPa)；λ為單樁承載力發揮系數；m為面積置換率，m=d2/de2=0.05；de為根樁分擔的處理地基面積的等效直徑(m)，正方形布置時，其值為1.13S，S為樁間距；Ra為單樁承載力特征值(306 kN)；Ap為CFG樁截面積(0.126 m2)；β為樁間土承載力折減系數；fsk為處理后樁間土承載力特征值( kPa)。將以上已知條件代入，式(1)轉化為

經4.1節分析，單樁承載力發揮系數λ應取大值，λ=0.8～1.0，進而β·fsk=0～18.5 kPa，表層回填碎石由于未壓實，且無載荷試驗資料，但其與①淤泥層的綜合承載力特征值應大于35 kPa，因此樁間土承載力發揮系數β的最大取值約為0.5，遠小于規范條文給出的0.9～1.0的經驗值。

5 結論與建議

本文通過CFG樁單樁豎向抗壓靜載荷試驗和復合地基靜載荷試驗成果的對比分析，得出如下結論及建議：

(1)本場地CFG樁復合地基的破壞以樁的破壞為標志。

(2)復合地基效果未充分發揮，即樁間土承載力發揮甚微，CFG樁復合地基在深厚軟土地基條件下適用性較差。

(3)樁間土承載力發揮系數β的最大取值約為0.5，遠小于規范條文給出的0.9～1.0的經驗值。

(4)建議在實際設計應用時，可以將褥墊層厚度適當增大，以提高樁間土體分擔荷載的比例。

[1] J220－2012，建筑地基處理技術規范[S]．2012．

[2] 郝東明．CFG樁復合地基在軟土環境中的應用[J]．山西建筑，2011，(1)．

[3] 徐磊．CFG 樁復合地基在軟土地區回填場地中的應用[J]．浙江電力，2014，(7)．

[4] 王誼，陳邱云，常俊．用CFG樁復合地基處理水利工程中軟土地基的應用[J]．水利規劃與設計，2011，(6)．