高承載力CFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用研究

烏青松 姜大偉 于明波 張家文 李期明

（中國建材集團建材桂林地質(zhì)工程勘察院有限公司，廣西桂林 541000）

0 引言

水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復(fù)合地基目前已廣泛應(yīng)用于建筑地基處理中，并列入了國家行業(yè)標準[1]。CFG樁復(fù)合地基的理論研究比較成熟，學(xué)者們對CFG樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比、荷載分擔比等工作機理、褥墊層對其影響以及CFG樁復(fù)合地基沉降計算方法做了大量的研究[2?8]。隨著我國城市化進程的加劇，越來越多的高層建筑采用CFG樁復(fù)合地基，但大多采用的復(fù)合地基承載力特征值在500 kPa以下[9?13]，鄧日海等[14]對高承載力CFG樁復(fù)合地基進行了大膽應(yīng)用，復(fù)合地基承載力特征值高達820 kPa，技術(shù)經(jīng)濟效果明顯。郅 彬等[15]對高承載力CFG樁復(fù)合地基的樁與樁間土受力特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)高應(yīng)力作用下CFG樁復(fù)合地基與一般情況下略有不同。

本文針對廣西南寧某超高層建筑應(yīng)用高承載力CFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用情況進行了分析，對CFG樁復(fù)合地基在高層建筑的適用性以及高層建筑復(fù)合地基沉降的計算方法提出了思考。

1 工程概況

廣西某住宅小區(qū)共建設(shè)11棟高層建筑，規(guī)劃總用地面積61421.41 m2，總建筑面積約333233.65 m2。地上19～34層，地下2～3層，其中9#?12#樓（以下敘述僅針對9#?12#樓）地上34層，地下3層，建筑高度100 m。建筑物采用剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，以CFG樁復(fù)合地基作為筏板基礎(chǔ)的持力層。各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)表

2 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計和施工

2.1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計計算

本次設(shè)計計算按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79?2012）[1]相關(guān)規(guī)定進行。

先根據(jù)地層情況按式（1）進行單樁承載力Ra估算得到Ra1。

式中：μp為CFG樁周長，m；qsi為第i層土的樁側(cè)阻力特征值，kPa；lsi為樁在第i層土的長度，m；qp為樁端阻力特征值，kPa；Ap為樁端截面積，m2；αp為樁端阻力發(fā)揮系數(shù)。

再根據(jù)樁身材料強度按式（2）和式（3）進行單樁承載力Ra估算，得到Ra2和Ra3。

式中：fcu為樁身混凝土強度標準值，kPa；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)；fspa為深度修正后的復(fù)合地基承載力特征值，kPa；γm為基底以上土層的加權(quán)平均重度，kN/m3；d為基礎(chǔ)埋深，m。

通過取最小值算得單樁承載力的計算值Ra

再根據(jù)式（5）反算置換率m。

式中：fspk為深度修正前的復(fù)合地基承載力特征值，kPa；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa。

最終根據(jù)布樁形式及已算得的置換率布置CFG樁。

高層建筑對地基沉降要求嚴格，還需要對地基沉降進驗算。本次設(shè)計采用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79?2012）[1]推薦的分層總和法，其中各復(fù)合土層的壓縮模量為原壓縮模量的fspk/fsk倍。算得地基沉降約42～63 mm，沉降量和整體傾斜均能滿足規(guī)范要求。

最終設(shè)計CFG樁樁徑600 mm，樁身混凝土強度為C20，單樁承載力700～1000 kN，以強風化泥質(zhì)粉砂巖④、中等風化泥質(zhì)粉砂巖⑤或硅質(zhì)灰?guī)r⑦作為樁端持力層，樁間距按照1.3 m×1.3 m～1.6 m×1.6 m布置，滿足復(fù)合地基承載力特征值620～650 kPa的要求。

2.2 CFG樁復(fù)合地基的施工

CFG樁施工采用大功率長螺旋鉆機，運用長螺旋成孔壓灌混凝土工藝施工，先鉆孔至樁底，在樁底不提升鉆桿壓灌混凝土一定時間，確保樁端與持力層接觸良好后，一邊提升鉆桿一邊壓灌混凝土，最終成樁，有效避免了CFG樁穿過風化巖層時塌孔的現(xiàn)象。檢測合格后鋪設(shè)300 mm厚級配砂石褥墊層。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 承載力檢測結(jié)果分析

CFG樁施工完畢后進行了單樁增強體和復(fù)合地基的承載力檢測。單樁增強體承載力檢測的Q-s曲線如圖1所示。

由圖1可知，在2倍單樁承載力特征值壓力下，樁頂沉降在3.07～14.00 mm范圍內(nèi)，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。樁頂沉降較小且曲線無明顯向下拐點，說明單樁增強體還有一定的承載潛力。另外，樁9-1、9-3、10-2、10-3、11-2、11-3、12-3在最大壓力下樁頂沉降小于5 mm，卸載后殘余變形量小于3 mm，已經(jīng)具有嵌巖樁的一些變形特性，推測樁端已經(jīng)位于硅質(zhì)灰?guī)r⑦上，而其余受檢樁雖然樁頂沉降不大，但殘余變形相對較大，表現(xiàn)為端承摩擦樁，推測其樁端持力層為強風化泥質(zhì)粉砂巖④和中等風化泥質(zhì)粉砂巖⑤。

圖1 單樁增強體Q -s曲線

復(fù)合地基承載力檢測的P-s曲線如圖2所示。各受檢復(fù)合地基試驗點最大沉降均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，P-s曲線絕大多數(shù)平緩光滑，形態(tài)正常，復(fù)合地基承載力能達到設(shè)計要求。根據(jù)復(fù)合地基P-s曲線，在2倍復(fù)合地基承載力特征值壓力下，沉降為10.82～44.14 mm，差異較大，但大部分明顯大于單樁增強體的沉降，由此推斷，樁間土相對軟弱，造成了復(fù)合地基沉降大于單樁增強體的沉降。少部分試驗點沉降較小，是由于巖面埋深淺，施工樁長短，壓縮層厚度小。

圖2 復(fù)合地基P-s曲線

3.2 建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果分析

復(fù)合地基施工完畢后，對施工和使用階段進行的了沉降觀測。以12#樓為例，12#樓沉降觀測結(jié)果如圖3所示，圖中P1?P7表示各沉降觀測點符號。

圖3 建筑物沉降觀測曲線

由圖3可知，隨著建筑物施工層數(shù)的增加，建筑物的沉降逐漸增大，但各沉降觀測點的沉降差異不大，在封頂（34層）時沉降為15.57～18.01 mm，建筑物沉降較為均勻。建筑物封頂后，繼續(xù)了為期一年的觀測，沉降曲線已趨于平緩，數(shù)據(jù)顯示沉降速率已經(jīng)小于0.01 mm/d，達到穩(wěn)定標準，觀測到最終沉降為18.20～20.95 mm，平均19.10 mm。

根據(jù)羅云海[16]的研究成果，高層建筑復(fù)合地基采用《高層建筑巖土工程勘察標準》[17]推薦的沉降計算方法與實際最相符，采用實測的復(fù)合地基變形模量計算沉降。本文以12#樓為例采用該標準推薦方法計算復(fù)合地基沉降。根據(jù)P-s曲線計算各試驗點的壓縮模量及沉降如表2所示。

表2 各試驗點復(fù)合地基沉降計算值

由表2可知，《高層建筑巖土工程勘察標準》方法計算的復(fù)合地基沉降比實際觀測的沉降結(jié)果略大，但較為接近，誤差比傳統(tǒng)的分層總和法小。但該方法有兩個缺陷：①通過P-s曲線計算得到的變形模量離散型較大，造成計算的沉降差異較大；②沉降經(jīng)驗系數(shù)是根據(jù)各地經(jīng)驗取值，地區(qū)差異較大。

4 結(jié)論

（1）本項目CFG樁以巖石作為樁端持力層，已表現(xiàn)出了嵌巖樁的承載特性，承載力較高，按設(shè)計采用的單樁承載力而論，尚具有一定的承載潛力，因此，設(shè)計時可以適當降低褥墊層厚度，提高樁土應(yīng)力比，在同等荷載作用下可減少地基沉降。

（2）《高層建筑巖土工程勘察標準》采用實測的復(fù)合地基變形模量計算沉降，計算結(jié)果與實際的沉降觀測結(jié)果最為接近，但存在實測的變形模量離散大和沉降經(jīng)驗系數(shù)各地區(qū)經(jīng)驗存在較大差異等不足。

（3）本項目的成功實施表明，超高層建筑采用CFG樁復(fù)合地基方案是可行的，本項目可為本地區(qū)類似工程項目提供參考。