CFG樁復合地基在水利基礎處理中的應用

侯永強

（福建省水利水電建設有限公司,福建 福州 350001）

0 引言

復合地基是一種人工地基，在一定的基礎上設置一定比例的加固體，土體和加固體共同承擔上部荷載，是軟土地基處理的有效方法，已廣泛應用于軟土地區，尤其是水利建筑的基礎處理[1]。CFG樁復合地基又稱水泥粉煤灰碎石樁復合地基，它是由中國建筑科學研究院地基基礎研究所成功開發的，一般由碎石、碎石和粉煤灰等組成，CFG樁、樁間土和墊層共同構成復合地基。大量工程實踐表明，CFG樁復合地基工程具有造價低、材料易拔、工藝可靠等特點。廣泛應用于粘性土、粉質土、砂土等軟土地基的處理[2]。

1 工程應用

1.1 工程概況

福州地區大學新校區防洪排澇體系溪源泄洪洞工程位于福建省福州市閩候縣上街鎮、竹歧鄉，泄洪洞工程由進水口、隧洞段、淺埋鋼管段和出水建筑物等組成。其中工程設計出口淺埋鋼管段地基采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）處理，具體布置見圖1 。進水口位于溪源水庫大壩左岸上游約300 m，出水建筑物位于竹歧蘇洋村附近，溪源泄洪洞的工程任務是排洪。泄洪洞設計流量310 m3/s，最大靜水頭106.72 m；隧洞段水平長6572.6 m，斷面為圓形，內徑6.6 m；淺埋鋼管段水平長510.5 m，斷面為圓形，內徑6.0 m；出口工作閘室段水平長28 m，泄洪洞總水平長7111.1 m。在進水口下游約100 m隧洞處布置事故檢修閘門井，平板閘門孔口尺寸6 m×6 m；在出口工作閘室段布置工作弧形門，孔口尺寸4.2 m×5.35 m，接著是出口挑流泄槽，下游為消力池及與閩江連接的明渠段；在隧洞段出口附近布置4 m×4 m的檢修井，檢修井中布置抽水泵、控制閥及進人孔；在泄洪洞出口附近布置管理樓和連接道路等。

圖1 CFG樁的樁布置圖（尺寸單位：mm）

1.2 水文地質條件

地下水類型主要為孔隙水和基巖裂隙水?？紫端畠Σ赜谘睾拥臎_積層和坡殘積層內；基巖裂隙水儲藏于基巖裂隙內。地下水主要受大氣降水補給，高處向低處滲流匯入沖溝和河流，地下水位變幅隨季節而變化。

工程區氣候溫暖潮濕，雨量充沛。工程區西南部、中部地勢陡峻，溝谷切割較甚，沖溝坡度較大，水流急，排水順暢，巖石儲水空間有限，大氣降水多以地表逕流流失，導致巖石富水程度較弱，泉流量一般都小于0.3 L/s。工程區東北部為低矮山包、閩江沖積階地，地下水補給閩江。

2 CFG樁設計計算

2.1 初步設計

樁后復合地基承載力特征值fspk≥270 kPa，Esp≥150 MPa，樁身強度大于或等于10 MPa，根據場地巖土工程地質條件。樁端持力層選用稍密卵石層，要求樁進入持力層不小于500 mm，樁身考慮設置300 mm的保護樁，截樁后凈樁長不小于1.50 m。

2.2 復合地基承載力特征值評價

（1）CFG樁間土承載力特征值的確定

根據場地巖土工程勘察報告中的地層條件和土的物理力學參數見表1，我們還考慮了基底以下各層頂層按厚度加權的實際影響。由于樁間土為粉質粘土，壓實后承載力特征值為160.0 kPa。

樁端阻力特征值 qp（kPa）籽粒灌漿 0 19.0 80 3.0 10粉質粘土 1.5 19.5 160 6.0 30松散礫石 0 20.5 180 20.0 40密實卵石 0.5 21.0 350 24.0 1200 60土壤 厚度H（m）重度γ（kN/m3）承載力特征值 fsk（kPa）壓縮模量Es（MPa）CFG樁樁側阻力特征值 qsi（kPa）

（2）計算CFG樁的承載力Rα

以31 號勘探點為最不利計算點，切樁后實際樁長2.00 m，樁徑0.35 m，按規范要求，單樁承載力特征值Rα為：

式中：Up為樁周長m；qsi為第i層土的側阻力特征值，kPa；qp為第i層土的樁端阻力特征值，kPa；li為第i層土厚度m；Ap為樁截面面積m2。

經計算，Rα=197.82 kN，取190 kN。

（3）CFG樁最小面積置換率的計算

根據復合地基承載力特征值fspk公式：

取樁間土承載力發揮系數β為0.75 ，置換率m為：

式中：fsk為樁間土承載力特征值。

（4）CFG樁間距的確定

根據置換率公式m=d2/d2e，得到：

式中：d為樁身平均直徑m；de為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑m。

（5）CFG樁復合地基承載力的特征值估算

根據復合地基承載力特征值計算公式：

由計算結果可知，滿足復合地基承載力設計要求。

2.3 CFG復合地基壓縮模量的計算

根據規范中的壓縮模量公式：

其中：

式中：Esp為復合地基土的壓縮模量MPa；Esa為樁間地基土層的壓縮模量加權值MPa，為9 MPa；ζ為模量增長系數。

2.4 CFG樁強度及配比的確定

（1）樁強度

當前抗壓強度fcu應通過樁混合料試塊（100 mm×100 mm×100 mm）養護28 d抗壓強度的平均值來確定，因此，該值根據C10 確定。根據標準公式:

經計算，結果滿足設計要求。

（2）配合比設計

樁材料以碎石為主（碎石粒徑2 cm～5 cm，骨料小于材料的3%），具有一定的粗砂、水泥等機理，施工配合比參照《普通混凝土配合比設計規范》（JGJ 55 -2011），坍落度不大于3 cm，采用現場機械。通過配合比設計試驗確定了C10 的配合比。

3 褥墊層

由于褥墊層，CFG樁可以保證外荷載由樁間土和樁共同承擔，并且可以調整到豎向荷載比，以保證地基承載力和設計要求，因此，在樁施工完畢后，人工挖土到設計的底標高[3]。褥墊層，切樁，并將褥墊層置于基礎區復合地基的頂部（基礎邊界線向外膨脹300 mm），以保證樁和土共同承受荷載。墊層采用級配中粗砂和約70%的碎石，碎石粒徑不宜大于30 mm。褥墊層厚度合理，對CFG復合地基的承重和沉降影響較大，因此，設計的假地墊位于樁頂，在樁頂，樁頂施工，最大可達300 mm，使承壓的壓力增大?；貙p少，并將減少到0.87～0.90。

4 復合地基的質量保證

4.1 材料質量控制

樁體材料主要由卵（碎）石、粗砂、水泥和水組成。為此，CFG樁采用2 cm～5 cm卵（碎）石，含泥量小于3%，水泥采用P.C32.5 復合硅酸鹽水泥，為保證加固效果，采用15 cm～20 cm重錘將樁尖夯入卵石層，當配合比滿足要求時，坍落度控制在10 mm～30 mm。

4.2 CFG樁的質量控制

獨立基礎時，樁位偏差不應超過樁徑的0.40 倍，即160 mm，豎向偏差不應超過1%，樁徑允許偏差為20 mm，樁尖深入持力層不小于800 mm，入孔后，樁底剩余空土厚度孔不得大于10 cm。樁孔形成后，空樁應裸沖3～5 遍后進行填塞，用Φ15 cm～20 cm卵石擊底，將孔底所有孔填塞，然后進行CFG填塞。為防止斷樁的產生，如果施工中填料層坍塌，應重新鉆孔，確保施工過程中不發生斷樁，每臺給料1 斗車（約0.08 m3）搗固5 次后，錘落距離為2.0 m～3.0 m。同時，本工程采用CK-15 A（B）樁機，取樣器為改進型大直徑取樣器（管外徑275 mm，刃口外徑295 mm，鉆孔后孔徑可達325 mm），灌注C10 混凝土后，采用800 kg重錘自下而上夯實，樁徑可超過350 mm。

4.3 復合地基的質量檢測

為保證工程質量，CFG樁應采用單樁復合地基荷載試驗，CFG樁施工完成后15 天應進行質量檢測，樁身滿足設計要求。檢測點為總樁數的1%，每棟建筑物不少于3 個。檢測點應具有代表性，樁位應在檢測點的中心。檢測方法及測點數量按有關規范執行。具體過程是清底至床墊底標高，切樁至床墊底標高，虛鋪粗砂層5 cm～15 cm，然后對其進行靜載試驗。試驗結果表明，復合地基承載力特征值滿足設計要求[4]。

5 結語

CFG樁復合地基作為一種有效的地基處理方法，在工程的各個領域得到了廣泛的應用。介紹CFG樁復合地基的設計和質量控制。從工程角度看，CFG樁復合地基設計簡單，易拔材料，在保證施工質量的前提下，充分發揮地基土的強度潛力，提高復合地基的承載力，屬于一種更有效的地基處理方法。