CFG樁復合地基在綠色建筑工程中的應用

和慧梅（長治市建筑工程質量安全指導中心，山西 長治 046000）

經濟的快速發展提高了城市基礎設施建設的技術水平，也對建筑工程施工有了更高的要求。某綠色建筑所處的地質環境為超軟土土質，這些軟土區域很容易產生嚴重的地基變形現象，由于土質過差，使得地基處理的難度較大。為了在綠色建筑施工過程中改變該超軟土土質區域的承載壓力，需要采用有效的技術對軟土地基實施科學合理的施工處理。

擬采用CFG樁加固技術，對該區段的軟土土質實施加固處理，并利用復合地基的方式，降低綠色建筑使用期的地基沉降量。為了更好地提高CFG樁加固技術的應用效果，通過公式計算與試驗測試的方法，保障計算得到的CFG樁加固參數值合理有效。改進后的CFG樁加固技術應用方案，更適合該綠色建筑施工需求，并達到緩解超軟土地基不均勻沉降問題的目的，具有一定的實踐應用價值。

1 工程概況

某綠色建筑所處的地質條件較差，軟土層最大深度達到11m，大部分地段揭露，工程地質性能差，地層分部情況如表1所示，主要在表層揭露，在基坑開挖、樁基施工及成槽施工時易發生掉塊、塌孔、滲水、漏漿等問題。施工過程中不可避免地產生大量的粉塵、污水、泥渣等污染物，并且渣土外運、大型機械設備吊裝等施工活動也會產生較多的噪聲，且該區段工期緊張，工程量大。

表1 地層分部情況表

2 CFG樁復合地基的概念及特點

2.1 CFG樁復合地基的概念

CFG樁復合地基是將不同的材料進行不同比例的混合，然后加入固定比例的水，通過拌和的方式，形成具有極高物理黏結強度的混凝土樁，并通過多個混凝土樁與樁之間的樁間土融合在一起，進而形成的牢固性較高的軟土地基復合型高承載地基。該技術主要適用于處理淤泥質類型、土層主體承載力≥200kPa的密實性土層。CFG樁復合地基主要采用的原材料有：①水泥原材料；②粉煤灰原材料；③工地使用碎石；④中小顆粒的石屑或砂。

2.2 CFG樁復合地基的特點

CFG樁技術應用于綠色建筑的地基建設中，具有強度高、質量好、原材料價格低、承載年限長，且經濟效益明顯等特點。CFG樁技術最大的優勢是能夠利用混凝土樁身的承載力，以及樁與樁之間的摩擦力，將綠色建筑的載荷傳遞到深層的軟土地基中，減少對現有地基表層的受力，從而提高了地基的性能。

3 CFG樁復合地基結構設計

針對該段綠色建筑地質情況，在綠色建筑項目的施工中，提出了CFG樁復合地基處理的設計要求，最終設定為：①處理后該段綠色建筑復合地基軟土層承載力特征值大于410kPa；②該段綠色建筑復合地基經過沉降之后，長期最終沉降量小于60mm。

3.1 設計參數及計算方法

針對某綠色建筑的軟土和超軟土土質層個體化特點，考慮到該區域的地基及土質層為黏土+海相+超軟土結構，在進行地基施工時，出于安全性和實用性角度考慮，采用CFG樁復合地基來完成該段軟土區域地基層的土建施工。其中，部分區域的設計參數和計算方法，如下所示：

設定CFG樁的樁徑為450mm，計算樁周長為：

考慮到CFG樁復合地基特點，通過數學計算的方式，計算出樁截面積為：

其中，有效CFG樁長為24m，CFG樁保護樁長不小于0.50m，以5層細砂為樁端持力層，樁端進入持力層層頂8.70m。

3.2 承載力計算

3.2.1 單樁承載力計算

單樁豎向極限承載力標準值為：

式中k表示單樁豎向承載力特征值安全系數，取值k=2.0。

3.2.2 復合地基承載力計算

取樁間距1.60m×1.70m，則面積置換率為：

將相應參數代入下式得fspk的值為：

式中，基礎持力層f sk=1000kPa，β=0.9。經過計算，可知fspk的值為415.91kPa，大于410kPa的要求，滿足設計要求。

3.3 褥墊層鋪設

基礎底板下鋪設壓實后厚度為200mm的褥墊層，褥墊層材料選用10mm～20mm碎石，用平板振動器振壓不少于4遍。

3.4 地基變形計算

根據勘察報告中的地層資料及已有資料，采用CFG樁復合地基方案時，地基沉降按下式計算：

式中s-表示地基最終沉降量，單位為mm；

ai和ai-1-分別表示基礎底面計算點至第i層土、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數；

s'-表示按分層總和法計算出的地基沉降量；

Zi、Zi-1-分別表示基礎底面至第i層土、第i-1層土底面的距離，單位為m；

φs-表示沉降計算經驗系數；

n-表示地基沉降計算深度范圍內所劃分的土層數；

p0-表示對應于荷載標準值時的基礎底面處的附加壓力，單位為kPa；

Evi-表示基礎底面下第i層土的壓縮模量，加固區按復合模量計算。

4 CFG樁復合地基性能試驗

4.1 參數確定

需要提高地基的強度，提升綠色建筑的承載能力和穩定性，當綠色建筑所在區域處于不良地質區域時，通過采用CFG技術來改善地基承載力，提高地基密度，減少地基基底的含水率。為了檢驗此施工方法對CFG樁復合地基穩定性的影響效果，采用試驗比對的方法，分別是實驗室室內測試方式和現場試驗測試方式，其主要的實驗目的包括以下三點：①在實驗室內進行施工區域土質干密度測試試驗后，再到施工現場進行二次干密度試驗，確定二者之間的內在關系，并獲取項目的干密度指標，確定現場施工的樁基基礎碾壓次數；②在實驗室內利用智能化設備，研究該區域土質層處于不同含水率時，干密度和含水率之間的潛在性內聯關系；③對CFG樁基混凝土試塊進行室內試驗，確定所用混凝土的力學性能。

4.2 試驗分析

4.2.1 試驗內容和步驟

針對綠色建筑超軟土地基采用CFG樁復合地基加固技術，為了有效排除試驗儀器潛在的一定偶然性特點，對實驗儀器需要展開合理的科學性評價，能夠在保證室內試驗數據真實度的基礎上，提高軟土基層的穩定性。

在實驗室中，分別對CFG樁身的混凝土試塊進行6次沖壓，并結合現場試驗采集的數據，獲得CFG樁混凝土的承載壓力和限載壓力，同時也能夠獲取CFG樁身的側邊摩擦阻力。在前兩次的沖壓操作中，CFG樁的兩側摩擦阻力不同，兩邊呈現不同的承載壓力值，通過多次的沖壓操作，實驗室兩側摩擦阻力基本相近。在施工現場的試驗步驟與實驗室的試驗步驟基本相同。

4.2.2 試驗結果分析

通過實驗室的試驗和施工現場的試驗，將兩個試驗對應的測試結果放在一起，并對試驗結果進行有效分析。試驗結果如下：

（1）在綠色建筑的超軟土地基中，CFG樁在施工過程中產生的孔隙水壓力存在增長較快的特點，孔壓的增長峰值為105kPa。同時，從試驗過程中可以看出，距離CFG樁越近的時候，孔隙的水壓越大，CFG樁對超軟土地基的影響就越顯著。

（2）CFG樁在處理超軟土地基時，可以采用振動沉管法對該段地基實施合理有效的處理。與此同時，CFG樁在成樁的過程中，將會對樁周圍的軟土和超軟土造成不同程度的影響，且當沉管法沉管時，CFG樁對地基土會產生較為明顯的擠土現象，這種現象的出現，導致CFG樁樁周的孔隙水壓力出現不同程度的增強現象，直接促使CFG樁周的土質強度在短時間內呈現下降現象。另外，采用振動法時，當拔管時也會對CFG樁周圍的土層產生一定的潛在性影響，并導致CFG樁周土層的孔隙水壓獲得了一定的增長。

（3）CFG樁施工完成后，在施工后的最初一段時間內，孔隙水壓呈現消散較快的趨勢，在一小時以內，土層的大部分孔隙水壓都得到了一定的改善與消散。但是，當時間超過一小時后，水壓的消散速度會變慢，且呈現越來越慢的趨勢，此時由于CFG樁周圍的土層在短時間內難以實現高效率的固結，則極有可能帶來CFG樁內強度的恢復效果不良。因此，需要加強對孔隙水壓的控制。

（4）在該綠色建筑施工項目的超軟土地基CFG樁施工中，同一深度的軟土層，施工后CFG樁的樁周土在參數錐尖阻力的試驗中發現，施工前的土層錐尖阻力隨CFG樁與其距離的加大而增加，并漸漸趨向于1.0MPa的錐尖阻力。其中，CFG樁的樁周土層為天然沉積的海相軟土和超軟土層。

5 CFG樁復合地基施工質量控制

從樁基施工準備階段，需要針對性地對CFG樁基工程進行必要的項目施工質量檢測，保證CFG樁基的正常使用，并在綠色建筑的荷載下，確保工程的使用年限和施工質量。當CFG樁的類型不同或是CFG樁的施工方法不同時，此時需要檢測的數據內容基本相同，分別為：①CFG樁的幾何受力相關條件檢驗；②CFG樁身質量的測試與檢驗；③CFG樁身承載力與其對應的強度檢驗。其中，CFG樁的抗壓強度檢驗采用鉆取混凝土芯樣的方式來進行。超軟土地質條件復雜，需要對CFG樁進行復合地基承載力檢測。針對以上三點，控制超軟土的土質層區域的CFG樁工程施工質量，能夠確保綠色建筑工程項目的安全性和可靠性，也能確保整個工程項目的質量。

6 結語

在某超軟土地基填筑施工過程中，針對CFG樁復合地基的特點，計算CFG樁復合地基相關參數數值，用以處理超軟土土質的地基不穩問題效果明顯。同時，從施工質量控制角度出發，解決軟土和超軟土層綠色建筑建造的技術問題，能夠提升該超軟土區域的綠色建筑施工建設質量，提高綠色建筑的運輸安全性。改進后的CFG樁超軟土地基實施加固技術，為深厚軟基土層綠色建筑施工帶來更好的工程應用體驗，節約了成本，并在強化超軟土綠色建筑承載壓力的同時，滿足國家綠色建筑對沉降的控制要求。