黃土地區(qū)CFG樁復合地基承載性能試驗研究

李勇偉，何飛，宋紅民，馬志強，杜榮波

（中電建路橋集團西北基礎設施建設有限公司，陜西 西安 710000）

1 引言

CFG樁是指由水泥、粉煤灰、碎石和石屑等攪拌而成的高粘結性樁，其樁體內部不設置鋼筋，樁體與樁間土、褥墊層三者協(xié)同形成CFG樁復合地基。該復合地基不但施工工藝簡單方便、造價較低，且廣泛適用于各類軟弱地基提高承載力、控制地基變形和消除黃土濕陷性等，其工作原理如圖1所示。

圖1 CFG樁復合地基工作原理

本文針對西安市西咸新區(qū)某工程實例，根據(jù)現(xiàn)場試驗探究黃土地區(qū)下CFG樁復合地基的承載性能，研究結果可為類似工程地質下的工程應用提供參考。

2 工程概況

2.1 項目概況

擬建工程為西安市西咸新區(qū)某高層住宅小區(qū)，該項目由12棟高層住宅樓（29～32層）、1棟商務辦公樓（21層）和3棟配套公共建筑（3層）組成，其結構體系為框架-剪力墻結構，并采用筏板基礎。為提高地基承載力，項目采用CFG樁復合地基進行地基處理。

地層劃分及巖性特征

2.2 工程地質條件

場地天然地基條件下，地基持力層為黃土狀土③、中砂③-1，其承載力特征值分別為150kPa、180kPa，經(jīng)修正后的承載力特征值不能滿足建筑物荷載要求，必須進行地基處理。

3 CFG樁復合地基參數(shù)設計

3.1 樁長

根據(jù)地質勘察結果，原有地基土層厚度分布不均，CFG樁的樁體長度對于荷載分布有重要作用。若樁長過長，可能會造成材料浪費，若樁長不足，則可能會使樁端未達到理想的持力層，降低樁基的實際承載力。

場地中分布的中砂⑥及其以下地層物理力學性質較好，埋藏較深，厚度較大，分布連續(xù)，其地基土的承載力特征值為210kPa，是較為良好的樁端持力層。綜合考慮各樓棟的荷載情況，該項目中CFG樁最短為16.0m，最長為24.0m。

3.2 樁間距、樁徑

樁距和樁徑大小是影響CFG樁復合地基面積置換率的重要因素，反映了復合地基的置換效果，即CFG樁復合地基的施工效果。

考慮樁體受力特征以及樁間土與樁的協(xié)調效果，同時根據(jù)褥墊層的厚度，設計CFG樁的樁徑為0.4m。樁間距極大影響單樁所分擔的荷載以及樁體數(shù)量，從而影響復合地基的承載性能和沉降大小，結合工程經(jīng)驗與本工程實際地質特征，設計樁間距為1.3m，在平面上呈正三角形或正方形布置。

3.3 面積置換率

除樁間距與樁徑外，樁的布置方式是復合地基面置換率的影響因素之一。面積置換率的改變會使復合地基的復合模量與復合泊松比的數(shù)值，提高面積置換率是提高CFG樁復合地基承載力的最有效途徑。

對其中一種類型的樁進行計算其面積置換率，該類型CFG樁復合地基設計樁徑為0.4m，有效樁長為21.5m，樁距為1.3m，正方形布置，樁身為C35素混凝土。故面積置換率：

CFG樁的截面面積為0.1256m，面積置換率m=0.0744。

4 現(xiàn)場試驗及分析

在大規(guī)模的樁基施工前，為檢驗CFG樁單樁及復合地基的極限抗壓承載力，并將其作為承載路設計的依據(jù)之一并驗證CFG樁復合地基在荷載作用下的可行性，選取樣本樁進行單樁承載力試驗和復合地基承載力試驗，如圖2所示。

圖2 CFG樁基檢測

4.1 單樁豎向抗壓承載力試驗

4.1.1 試驗方法

CFG樁復合地基的單樁豎向抗壓承載力采用堆載法檢測，加載系統(tǒng)由1臺6300kN或3200kN液壓千斤頂，通過高壓油管、高壓電動油泵加載。試驗加載方法為慢速維持荷載法，按樁的設計荷載分為十級，每次施加兩級荷載，逐級加載至預估的單樁極限承載力后，再增加兩級荷載。

試驗過程中，對樁頂?shù)某两颠M行實時觀測并記錄沉降數(shù)據(jù)，直至達到終止加荷的條件。

4.1.2 試驗數(shù)據(jù)采集及分析

選取6根工程樁進行單樁豎向抗壓承載力試驗，并記錄整理其荷載-沉降實時數(shù)據(jù)，得到6根樁的單樁靜荷載的試驗數(shù)據(jù)及Q-s曲線，如圖3所示。

圖3 單樁靜荷載Q-s曲線

根據(jù)圖3顯示，6根試樁單樁豎向靜載荷試驗的Q-s關系曲線均比較光滑，曲線均屬于緩變型，無明顯的轉折點，在最大加載至2200kN時，最終沉降量介于12.580mm～15.755mm之間，均未達到破壞狀態(tài)，即三樁單樁豎向極限承載力值為2200kN。

按國家行業(yè)標準《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2014）的規(guī)定綜合判定，樁徑為0.4m，樁長約21.5m的樁單樁豎向承載力特征值為1100kN。

4.2 復合地基抗壓承載力試驗

4.2.1 試驗方法

在復合結構中，其抗壓承載力是以單樁地基為試驗中心，整體分擔相同荷載的一塊等效的地基承壓板上逐級依次施加復合荷載。試驗前需對原地面進行地基處理，試驗中反力由壓重平臺反力裝置提供，承壓板直徑為1.365m。加載裝置采用千斤頂，試驗加載為慢速維持荷載法，試驗的加載量為設計單樁復合地基承載力特征值的2倍，加載分級進行，每級加載量為最大加載量的1/8。

4.2.2 試驗數(shù)據(jù)采集及分析

試驗全過程對6根試樁的荷載-沉降變化進行記錄，同時觀察記錄承壓板的變形量，并得到6根樁的復合地基靜荷載的p-s曲線及承壓板的相對變形量曲線，如圖4、圖5所示。

圖4 復合地基靜荷載p-s曲線

圖5 復合地基承壓板相對變形量

圖4、圖5中靜載荷試驗的壓力p（kPa）與對應沉降量s（mm）顯示：當壓力加載至1260kPa時，最終沉降量介于12.725mm～13.367mm之間，相對變形量s/d介于0.0093～0.0098，均未達到破壞狀態(tài)。根據(jù)地基處理規(guī)范，復合地基承載力特征值為630kPa，相應的s/d值介于0.0031～0.0038，滿足設計要求。

4.3 樁身完整性試驗

4.3.1 試驗方法

根據(jù)規(guī)范設計，需通過CFG樁低應變反射波法檢測樁體完整性、單樁豎向抗壓靜荷載試驗檢驗復合地基承載力特征值是否達到設計要求。在樁頭布置接收點和激振點，用激振錘敲擊樁頂，通過內部加速度傳感器接收檢測信號從而得到傳播速度，以此判斷樁體的完整性。

4.3.2 試驗結果

樁基施工完畢后，對樁基總量的20%進行低應變動力檢測，并對樁身完整性進行檢測。為了使試驗數(shù)據(jù)更為精確，在樁頂部不同位置分別激發(fā)采集數(shù)據(jù)，增大試驗結果的可靠性。按《基樁低應變動力檢測規(guī)程》（JGJ/T93-95）檢測混凝土灌注樁樁身完整性，占全部CFG樁比例為22.16%，滿足規(guī)程要求。其中低應變檢測樁均屬Ⅰ、Ⅱ類樁，樁身不足以影響承載力的質量問題，滿足設計要求。低應變動力檢測結果滿足《基樁低應變動力檢測規(guī)程》（JGJ/T93-95）。

5 結論

本文依托于西安市西咸新區(qū)某工程項目，探討了CFG樁復合地基在黃土地區(qū)的應用，并對復合地基設計時的重要參數(shù)進行了討論。同時采用現(xiàn)場試驗，驗證黃土地區(qū)下的CFG樁復合地基的承載性能，試驗結果表明，在各個參數(shù)設計合理的情況下，CFG樁復合地基能夠起到提高地基承載力的作用。