巖土工程師輔導(dǎo)：CFG樁在復(fù)合地基在中的應(yīng)用

　　隨著工程建設(shè)的飛速發(fā)展，地基處理手段也日趨多樣化，復(fù)合地基由于其充分利用樁間土和樁共同作用的特有優(yōu)勢(shì)和相對(duì)低廉的工程造價(jià)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本工程應(yīng)用CFG樁和水泥土樁復(fù)合地基，充分發(fā)揮了CFG樁的高承載力性能和水泥土樁的抗變形性能，并通過褥墊層的設(shè)置發(fā)揮樁間土的承載力。

　　1、基本原理

　　CFG樁復(fù)合地基粘結(jié)強(qiáng)度樁是復(fù)合地基的代表，目前多用于高層和超高層建筑中。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱(即cement fIying-ash gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間士、褥墊層一起形成復(fù)合地基。CFG樁復(fù)合地基通過褥墊層與基礎(chǔ)連接，無(wú)論樁端落在一般土層還是堅(jiān)硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。由于樁體的強(qiáng)度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應(yīng)力比樁間士表面應(yīng)力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應(yīng)減少了樁間土承擔(dān)的荷載。這樣，由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高，變形減小，再加上CFG樁不配筋，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價(jià)。

　　夯實(shí)水泥土樁是用人工或機(jī)械成孔，選用相對(duì)單一的土質(zhì)材料，與水泥按一定配比，在孔外充分拌和均勻制成水泥土，分層向孔內(nèi)回填并強(qiáng)力夯實(shí)，制成均勻的水泥土樁。樁、樁間土和褥墊層一起形成復(fù)合地基。夯實(shí)水泥土樁作為中等粘結(jié)強(qiáng)度樁，不僅適用于地下水位以上淤泥質(zhì)土、素填土、粉土、粉質(zhì)粘土等地基加固，對(duì)地下水位以下情況，在進(jìn)行降水處理后，采取夯實(shí)水泥土樁進(jìn)行地基加固，也是行之有效的一種方法。夯實(shí)水泥土樁通過兩方面作用使地基強(qiáng)度提高，一是成樁夯實(shí)過程中擠密樁間土，使樁周土強(qiáng)度有一定程度提高，二是水泥土本身夯實(shí)成樁，且水泥與土混合后可產(chǎn)生離子交換等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使樁體本身有較高強(qiáng)度，具水硬性。處理后的復(fù)合地基強(qiáng)度和抗變形能力有明顯提高。

　　復(fù)合地基設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)與樁和樁間土之間設(shè)置一定厚度散體粒狀材料組成的褥墊層，是復(fù)合地基的一個(gè)核心技術(shù)?；A(chǔ)下是否設(shè)置褥墊層，對(duì)復(fù)合地基受力影響很大。若不設(shè)置褥墊層，復(fù)合地基承載特性與樁基礎(chǔ)相似，樁間土承載能力難以發(fā)揮，不能成為復(fù)合地基。基礎(chǔ)下設(shè)置褥墊層，樁間土載力的發(fā)揮就不單純依賴于樁的沉降，即使樁端落在好土層上，也能保證荷載通過褥墊層作用到樁間土上，使樁土共同承擔(dān)荷載。

　　由基體(天然地基土體)和兩種增強(qiáng)體三部分組成的人工地基，既能發(fā)揮CFG樁高承載力和良好的排水作用的特點(diǎn)，又因CFG樁的插入而使水泥土樁的側(cè)限約束作用得到增強(qiáng)。同時(shí)，由于設(shè)置了夯實(shí)水泥土樁，地基土的變形能力可得到有效的改善，并同時(shí)提高了土體的抗剪強(qiáng)度，亦可使CFG樁避免產(chǎn)生刺入破壞的可能。

　　2、工程概況

　　河南科技大學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)樓的主樓為12層，另才有1層地下室，副樓8層，均為框架結(jié)構(gòu)。地基采用CFG樁與水泥土樁復(fù)合地基進(jìn)行加固處理，兩種樁總樁數(shù)約為3600余根。復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值350kpa.CFG樁采用長(zhǎng)螺旋鉆成孔，樁身強(qiáng)度為20MPa;水泥土樁采用機(jī)動(dòng)洛陽(yáng)鏟成孔，樁身強(qiáng)度為5MPa：褥墊層采用5~10m礫石，厚度為0.2m.

　　2.1工程地質(zhì)條件

　　在建的河南科技大學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)樓位于洛陽(yáng)市澗西區(qū)西苑路北側(cè)。場(chǎng)地地形較平坦，地貌單元屬澗河II級(jí)階地。

　　2.2平面布置綜合實(shí)驗(yàn)樓占地45×143.4m2，主樓高52.5m，平面形狀為長(zhǎng)方形，主樓東、西兩側(cè)各有一副樓，高38m.復(fù)合地基所采用的樁的類型有3種：CFG樁，水泥土長(zhǎng)樁，水泥土短樁。布樁時(shí)考慮樁受力的合理性，盡量利用樁間土應(yīng)力σs產(chǎn)生的附加應(yīng)力對(duì)樁側(cè)阻力的增大作用。通常σs越大，作用在樁上的水平力越大，樁的側(cè)阻力越大。此復(fù)合地基采用夯實(shí)水泥土短樁與CFG樁成排間隔布置，CFG樁與水泥土短樁間隔0.75m，并在褥墊層周圍采取水泥土長(zhǎng)樁圍護(hù)的隔水措施。主樓的CFG樁有效樁長(zhǎng)不小于12m，水泥土樁短樁有效樁長(zhǎng)不小于7.5m，水泥土樁長(zhǎng)樁有效樁長(zhǎng)不小于12m，副樓的CFG樁有效樁長(zhǎng)不小于14.5m，水泥土樁短樁的有效樁長(zhǎng)不小于7m，水泥土樁長(zhǎng)樁的有效樁長(zhǎng)不小于14.5m，樁徑均為0.5m.由于此場(chǎng)地19.3m處出現(xiàn)地下水位，而設(shè)計(jì)的CFG樁達(dá)到地下26m，這就需要降水處理。CFG樁復(fù)合地基的設(shè)置，不僅可以大幅度的提高地基承載力，而且具有很好的排水作用，這就無(wú)需其它的排水措施。水泥土樁體具有很高的模量，因此，用夯實(shí)水泥土樁加固的復(fù)合地基比原地基變形模量會(huì)有較大增長(zhǎng)，抗變形能力有明顯提高。

　　3、試驗(yàn)結(jié)果分析

　　3.1復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

　　受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，試驗(yàn)采用對(duì)不同樁型單樁復(fù)合地基承載力按單樁處理面積加權(quán)平均的辦法，評(píng)價(jià)CFG樁和水泥土樁混合地基承載力。試驗(yàn)有兩組復(fù)合地基試驗(yàn)，每組試驗(yàn)各有一個(gè)CFG樁與一個(gè)水泥土樁單樁復(fù)合地基試驗(yàn)點(diǎn)。兩組CFG樁與水泥土樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)P-S曲線如圖1所示。第一組為CFG-308#和SNT-410#，第二組為CFG-518#和SNT-632#.從P-S曲線可以看出，復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)曲線基本屬于漸進(jìn)型的光滑曲線，不存在陡降點(diǎn)。取s/b=0.01(b為方形壓板的寬度)對(duì)應(yīng)的荷載，其值均超過最大加荷量的一半，因此取最大加荷量的一半作為CFG樁、水泥土樁的單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值。即CFG樁單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值大于550kpa，水泥土樁單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值大于200kpa，對(duì)兩組值進(jìn)行加權(quán)平均后，可知CFG樁與夯實(shí)水泥土樁混合樁型復(fù)合地基承載力不小于375kpa，復(fù)合地基承載力提高1倍，滿足設(shè)計(jì)要求。分別對(duì)兩組中的CFG樁及夯實(shí)水泥土樁的試驗(yàn)曲線作比較，兩組復(fù)合地基的承載力相差不大，說明主樓部分的地基土質(zhì)分布比較均勻，基底持力層的承載力和壓縮模量差別不大。

　　3.2單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)進(jìn)行了2根水泥土樁及2根CFG樁單樁靜荷試驗(yàn)，Q-S曲線如圖2所示。CFG樁單樁極限承載力不小于1000KN，地基承載力提高130%;水泥土樁單樁極限承載力不小于5000KN，地基承載力提高近20%，均滿足設(shè)計(jì)要求。從曲線可以看出，4根樁的總沉降都小于10mm，遠(yuǎn)小于《規(guī)范》要求，且沉降隨時(shí)間、荷載的變化都是均勻的，基本上是彈性的。由此可以看出，當(dāng)Q=1000KN時(shí)，CFG樁還沒有達(dá)到極限承載力狀態(tài)，當(dāng)Q=500KN時(shí)，水泥土樁也沒有達(dá)到極限承載力狀態(tài)，還有很大“儲(chǔ)備”。由卸載曲線可以看出，樁的彈性回彈量很小，最多只有2m，說明樁體剛度很大，沉降量主要是由于樁整體下沉造成的。從單樁復(fù)合地基靜荷試驗(yàn)的結(jié)果分析，692#CFG樁比53#CFG樁的樁間土好，382#水泥土樁比416#水泥土樁的樁間土好，單樁復(fù)合地基承載力偏高。說明樁間土的作用明顯，壓板下樁土協(xié)調(diào)作用效果良好。

　　3.3輕便觸探試驗(yàn)

　　為對(duì)比加固前后樁間土承載力的變化，完工后，布置了7個(gè)輕便觸探點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。綜合分析樁間土測(cè)試結(jié)果可知，經(jīng)水泥土樁與CFG樁處理后淺層樁間土的承載力基本值不低于120kpa，比地基處理前的樁間土承載力有所提高。

　　3.4應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)

　　本工程低應(yīng)變檢測(cè)CFG樁樁身完整性463根樁，檢測(cè)比例約為30%.所測(cè)的463根CFG均屬于完整樁或基本完整樁。主樓、副樓均沒有影響正常使用的樁。

　　4、結(jié)論

　　(1)以復(fù)合地基靜壓結(jié)果數(shù)據(jù)看，本工程所采用的組合型復(fù)合地基的應(yīng)用，可最大限度地發(fā)揮這兩種樁的優(yōu)點(diǎn)，使復(fù)合地基的承載力得到大幅度的提高，地基變形得以降低和控制。

　　(2)復(fù)合地基中由于CFG樁樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力，其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡(jiǎn)單易行、工程質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)，工程造價(jià)一般為樁基的1/3~1/2，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。

　　(3)夯實(shí)水泥土樁處理地基是一種效果明顯的處理方法，用夯實(shí)水泥土樁加固后的復(fù)合地基比原地基變形模量會(huì)有較大增長(zhǎng)，抗變形能力有明顯提高。

　　(4)是否設(shè)置褥墊層以及墊層的材料和厚度，直接影響復(fù)合地基的樁和樁間土強(qiáng)度的發(fā)揮，合理的墊層厚度對(duì)提高復(fù)合地基承載力和減少沉降變形是非常有利的。

　　(5)由該工程證明此種地基處理方案，質(zhì)量易控制，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益明顯，有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/P>

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