CFG 樁復(fù)合地基處理設(shè)計(jì)在高層建筑中的應(yīng)用

戴甜杰

（時(shí)代建筑設(shè)計(jì)院（福建）有限公司 350013）

0 前言

CFG 樁為碎石樁體，采用機(jī)械成孔后，按合理比例將粉煤灰、碎石、砂或砂石以及水泥等材料加水?dāng)嚢韬螅纬韶Q向增強(qiáng)體，經(jīng)此加固樁加固后的復(fù)合地基承載力及壓縮模量均有較大幅度提升，且適用性較強(qiáng)，可用于黏土、粉土、砂土及自固結(jié)已完成的素填土，故而得到廣泛應(yīng)用。

1 CFG 樁復(fù)合地基的基本原理

復(fù)合地基主要指原狀土無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)增強(qiáng)或者置換部分土體，形成地基土與豎向增強(qiáng)體共同作用的新地基，而CFG 樁則是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，利用CFG 樁進(jìn)行地基處理加固后的地基被稱為CFG 樁復(fù)合地基。如圖1 所示，該復(fù)合地基主要由CFG 樁體、樁間土以及褥墊層三部分組成。

圖1 CFG 樁復(fù)合地基示意圖

在豎向荷載作用下，CFG 復(fù)合地基中的樁體與樁間土共同抵抗豎向力并產(chǎn)生豎向位移，由于樁體材料與樁間土豎向剛度存在較大差異，因此CFG 樁與樁間土受力不均衡，難以協(xié)同作用，故而地基下方應(yīng)鋪設(shè)由級(jí)配砂石組成的褥墊層。豎向力作用時(shí)擠壓褥墊層材料，使得荷載分布更加均勻，提高了樁間土的承受荷載比例，同時(shí)樁體周圍的應(yīng)力也會(huì)發(fā)生改變，增大了樁體的側(cè)向壓力，進(jìn)而提高樁體承載力，從而形成高強(qiáng)度的復(fù)合整體，使得地基土可以承受建筑荷載且滿足沉降要求[1]。

2 工程案例

2.1 工程概況

某高層建筑物地上為28 層，建筑高度85.9m,地下為1 層，基礎(chǔ)埋深為6.8 米，基底為天然土下約為6m，基礎(chǔ)所需承載力特征值不小于400KPa?？碧綀?bào)告可知，擬建場(chǎng)地所屬地貌單元為漳河二級(jí)階地，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)斷裂、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用，屬于穩(wěn)定場(chǎng)地，基礎(chǔ)下土層可以分為7 層，具體詳見(jiàn)下表1。

表1 土層物理力學(xué)性能指標(biāo)

由上表可知，基礎(chǔ)底面下為③粉質(zhì)粘土，該土層土質(zhì)均勻，穩(wěn)定性較好，但承載力偏低，且下層有較深土層均為粉質(zhì)粘土，容易產(chǎn)生較大豎向位移，綜合本工程實(shí)際情況及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，選取CFG 樁復(fù)合地基配合筏板基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)方案。

2.2 CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)總則。設(shè)計(jì)CFG 樁復(fù)合地基時(shí)應(yīng)明確五個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，具體包括樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁體材料強(qiáng)度以及褥墊層設(shè)置等。

一是設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，樁長(zhǎng)受不同的設(shè)備與地質(zhì)環(huán)境影響，且應(yīng)盡量選擇承載力及壓縮模量相對(duì)較高的土層作為樁端持力層，在本次工程案例中，⑤層粉質(zhì)黏土承載力相對(duì)較高，且較為密實(shí)，故選此土層為樁端持力層，綜合各種因素并經(jīng)過(guò)承載力計(jì)算(詳見(jiàn)后文)，有效樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為18m。二是樁徑，主要決定于成樁設(shè)備的型號(hào)，一般最大孔徑為600mm，最小孔徑為350mm，本工程中選擇長(zhǎng)螺旋鉆管，利用泵壓CFG 樁施工工藝，樁徑最終被確定為400mm。三是樁間距，在確定地基承載力時(shí)應(yīng)明確計(jì)算樁間距，通過(guò)勘察地質(zhì)情況可知，樁間距初步確定為1.5m，采用三角形布置。四是樁體材料強(qiáng)度，計(jì)算得知樁身立方體抗壓強(qiáng)度平均值不小于20MPa。五是褥墊層，根據(jù)工程實(shí)際情況確定褥墊層厚度，一般宜為樁徑的0.4 至0.6，材料宜選用級(jí)配砂石，綜合各種因素，褥墊層選取為200mm 厚粒徑為10~20mm的級(jí)配碎石，且寬度為主樓基礎(chǔ)外擴(kuò)300mm[2]。

2）承載力計(jì)算。

由《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012 可得單樁承載力特征值Ra 及復(fù)合地基承載力frk：

Ra=（3.14X0.4）X（12X35+4X30+2X20）+3.14X0.22X470=802KN

de=1.05s，m=d2/de2，可得m=0.0645。

再由《建筑地基處理規(guī)范》7.7.2-6 選取λ=0.8，β=0.9，代入數(shù)值可得frk=413KPa，本工程取值為400KPa

3）變形計(jì)算。

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中7.1.7 及7.1.8 中規(guī)定了復(fù)合地基的變形計(jì)算，本工程變形計(jì)算主要由軟件完成，但壓縮模量應(yīng)按實(shí)際應(yīng)力段（土的自重壓力至土的自重壓力與附加應(yīng)力之和段）取值，計(jì)算時(shí)應(yīng)以土的自重壓力和自重壓力與附加壓力之和在地勘報(bào)告中壓縮曲線（e-p 曲線）上對(duì)應(yīng)找出孔隙比，然后計(jì)算出相應(yīng)的壓縮模量。而實(shí)際工程中設(shè)計(jì)人員常直接取100KPa 至200KPa 段壓縮模量，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符。本工程輸入軟件的復(fù)合地基壓縮模量計(jì)算如下：

各層土平均自重應(yīng)力：各土層底自重應(yīng)力對(duì)應(yīng)于各層土層厚度hi，及重度ri，有第n 層土自重應(yīng)力為，得出下表：

各土層平均自重應(yīng)力：取所需土層值，計(jì)算各土層中部土層壓力值，即該層頂部土疊加自重壓力與底部疊加自重壓力之和的一半所得值，計(jì)算并列入下表：

各層土附加應(yīng)力：

準(zhǔn)永久組合下的基底附加應(yīng)力=P/A-rd=410-4.97X18=320.5KPa，各土層底部附加應(yīng)力采用角點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算，選用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄表格K.0.1-1 （矩形面積上均布荷載作用下角點(diǎn)附加應(yīng)力系數(shù)）進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)筏板平面布置圖上有l(wèi)/b=5,z/b=1.11，查表有a 約為0.2，故底層附加應(yīng)力約為0.2X4X 基底附加應(yīng)力，可知附加應(yīng)力擴(kuò)散至20m 處仍保持原基底附加應(yīng)力較大的比例，偏于保守計(jì)，取基底附加應(yīng)力作為各層土附加應(yīng)力。

由上可得各層土自重壓力與附加壓力之和，列于下表

由地勘所提供e-p 曲線，對(duì)應(yīng)上表，可得各層土孔隙比ei 如下：

由E=（1+e1）/a ，a=（e1-e2）/（p2-p1）可求得各層土壓縮模量如下表

最后由《建筑地基處理規(guī)范》7.1.7 有

可得JCCAD 計(jì)算時(shí)各土層壓縮模量輸入值如下：

最后將此復(fù)合地基壓縮模量值輸入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，可得相對(duì)準(zhǔn)確的豎向位移值。

3 CFG 樁工藝流程及施工注意事項(xiàng)

CGF 成樁工藝直接影響著復(fù)合地基的質(zhì)量，且地基土性質(zhì)與場(chǎng)地環(huán)境也決定著施工工藝的選擇，施工人員應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況合理選擇施工機(jī)械設(shè)備，選擇成樁位置，進(jìn)行鉆孔，達(dá)到一定高度后，及時(shí)將材料灌注至鉆孔中，先灌注混凝土材料，提升鉆桿后灌注孔底混凝土，且灌注與鉆桿提升工作應(yīng)同步進(jìn)行，成樁后轉(zhuǎn)移鉆機(jī)，進(jìn)行下一個(gè)樁。但需要注意的是，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔時(shí)間，杜絕拔管速度較快，確保水泥漿分布的均勻性，降低縮頸斷樁問(wèn)題的發(fā)生幾率[3]。

進(jìn)行CFG 樁基復(fù)合地基施工時(shí)，當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)砂土處于飽和狀態(tài)時(shí)，樁間土材料會(huì)形成超孔隙水壓力，通過(guò)成樁振動(dòng)壓力的形成，將CFG 樁間土空隙轉(zhuǎn)換為排水通道，利用孔隙將土中的水分排至外界中。當(dāng)CFG 樁體開(kāi)始變硬后，則表明排水通道已經(jīng)關(guān)閉，不能在被當(dāng)做排水結(jié)構(gòu)。在高層建筑地基設(shè)計(jì)中應(yīng)用CFG 結(jié)構(gòu)的此種特性，可以快速排除樁體水分，切實(shí)保證樁基的強(qiáng)度與質(zhì)量水平[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

CFG 樁復(fù)合地基由樁體、樁間土以及褥墊層組成，其中褥墊層主要承載樁間土與樁體的基礎(chǔ)荷載力。且樁體還可以被當(dāng)做排水通道，保證軟土快速固結(jié)?？傊?，CFG 樁復(fù)合地基具備較強(qiáng)的可操作性與經(jīng)濟(jì)性，施工速度較快，可以達(dá)到預(yù)期的建筑效果。本文分析了CFG 樁復(fù)合地基在高層建筑施工中的具體應(yīng)用，指出了具體操作流程，以期為此后高層地基的建設(shè)工作提供更多的借鑒依據(jù)。