CFG樁復(fù)合地基在減小地基變形方面的應(yīng)用

孫國(guó)梁 黑 海

1 CFG樁的概述

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱(chēng)，英文全名為Cement Fly-ash Gravel pile，縮寫(xiě)為CFG樁。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，與樁間土、褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基。與普通樁基相比，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，工程造價(jià)一般為樁基的1/3～1/2。

CFG樁的施工工藝主要有三種:1)長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁，適用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的砂土;2)長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，適用于黏性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的砂土;3)振動(dòng)沉管灌注成樁，適用于粉土、黏性土及素填土地基。

綜上所述，CFG樁具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

沈陽(yáng)市遠(yuǎn)大博林特電梯有限公司C2電梯實(shí)驗(yàn)塔，位于沈陽(yáng)市鐵西區(qū)，平面形狀為三角形(去角)，邊長(zhǎng)約為20 m。地下3層，地上39層，塔頂標(biāo)高176.550 m。

本工程采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，場(chǎng)地土類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，地下水為孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深為3.5 m～4.6 m，水位標(biāo)高為25.66 m～27.11 m，抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高為29.00 m。

2.2 地基方案比選

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.1.3條，在抗震設(shè)防區(qū)，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎(chǔ)其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15;樁箱或樁筏基礎(chǔ)的埋置深度(不計(jì)樁長(zhǎng))不宜小于建筑物高度的1/18～1/20。經(jīng)計(jì)算，基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)大于176.550×1/15=11.8 m，±0.000標(biāo)高為31.700 m，室外地坪標(biāo)高-0.450 m，場(chǎng)地土標(biāo)高31.100 m，相對(duì)標(biāo)高-0.600 m。確定基礎(chǔ)持力層為粗砂⑤，筏板底標(biāo)高為-14.050 m?；A(chǔ)埋深為13.450 m＞11.8 m，滿(mǎn)足要求。粗砂⑤的平均厚度為9.5 m，粉土⑥的平均厚度為8.25 m。經(jīng)過(guò)深度和寬度修正計(jì)算，粗砂⑤修正后的地基承載力特征值fa=1 211 kPa，粉土⑥修正后的地基承載力特征值 fa=752 kPa?；A(chǔ)采用筏板，厚3 m，長(zhǎng)邊挑出 5 m，經(jīng)驗(yàn)算地基承載力滿(mǎn)足要求，下臥層承載力滿(mǎn)足要求。但地基變形不滿(mǎn)足要求，平均沉降量約為212 mm。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.4條規(guī)定體型簡(jiǎn)單的高層建筑基礎(chǔ)的平均沉降量(mm)允許值為200 mm。因此基礎(chǔ)的問(wèn)題是變形不滿(mǎn)足要求而不是承載力。解決方法有兩個(gè)，一個(gè)是做樁基礎(chǔ)，另一個(gè)是地基處理。

考慮到做樁筏基礎(chǔ)樁要鉆透粗砂⑤，樁端落在中砂⑦上，相當(dāng)于鉆透承載力較好土層，樁端落在承載力較差的土層上，樁間土的承載力利用不夠充分;另外，中砂⑦的變形模量為22.8 MPa，也不夠理想;加之樁筏基礎(chǔ)樁的用鋼量較大不夠經(jīng)濟(jì)。因此，選用地基處理方案，用CFG樁做地基處理，形成復(fù)合地基，這樣在減小地基變形，尤其是在減小粉土⑥的變形上效果顯著。

3 CFG樁的設(shè)計(jì)

3.1 樁長(zhǎng)的確定

根據(jù)基礎(chǔ)的埋深和《地質(zhì)報(bào)告》中的土層分布深度可計(jì)算出筏板下粗砂⑤的平均厚度為9.5 m，粉土⑥的平均厚度為8.25 m，粉土⑥下面是中砂⑦，可以作為樁端的持力層?？紤]到土層分布的不均勻性，粉土⑥局部較厚，為避免樁端進(jìn)入持力層長(zhǎng)度不足，取樁長(zhǎng)為20 m，平均進(jìn)入持力層2.25 m，滿(mǎn)足要求。

3.2 樁徑的確定

CFG樁的樁徑宜取350 mm～600 mm，一般采用400 mm。樁徑過(guò)小施工質(zhì)量不易控制，樁徑過(guò)大，需加大褥墊層厚度才能保證樁土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載。另外，從施工設(shè)備方面考慮，由于場(chǎng)地土中含有粗砂、中砂，強(qiáng)度較高，不宜采用擠土的振動(dòng)沉管工藝。擬采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁的施工工藝，故確定樁徑為600 mm。

3.3 樁間距的確定

本工程考慮到持力層承載力較高，應(yīng)充分利用樁間土的承載力，采用大樁距的“疏樁理論”，將樁間土的承載力充分利用，不足的部分由CFG樁來(lái)承擔(dān)。最后，綜合考慮樁間距取4.5d即2.7 m。

3.4 褥墊層厚度的確定

褥墊層的存在保證了樁、土共同承擔(dān)荷載。CFG樁復(fù)合地基通過(guò)設(shè)置褥墊層，在上部荷載作用下，樁體一定程度“刺入”褥墊層中，使樁間土充分發(fā)揮作用，保證樁、土共同承擔(dān)荷載。而且褥墊層越薄，樁承擔(dān)的荷載越大，褥墊層的刺入量也就越小。

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中9.2.3條規(guī)定樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，褥墊層厚度宜取150 mm～300 mm，當(dāng)樁徑大或樁距大時(shí)褥墊層厚度宜取高值?？紤]本工程樁徑、樁間距都較大，褥墊層厚度取300 mm，材料采用中粗砂。

3.5 樁體標(biāo)號(hào)的確定

原則上樁體配比按樁體強(qiáng)度控制，樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿(mǎn)足下式要求:

計(jì)算單樁承載力特征值Ra。

故取CFG樁體強(qiáng)度等級(jí)為C25。

3.6 復(fù)合地基承載力特征值的計(jì)算

對(duì)于粗砂⑤:

對(duì)于粉土⑥:

3.7 復(fù)合地基的變形計(jì)算

未處理前，沉降量S=211.87 mm，處理后的沉降量計(jì)算:

上部荷載引起壓應(yīng)力 P上=433.36 kPa(面積 621.26 m2);

承臺(tái)重增加壓應(yīng)力ΔP=-222.00 kPa;

承臺(tái)底平均附加應(yīng)力P0=211.36 kPa;

基底深度 HP=11.10，水頭深度 HW=4.40，平均容重AVEGAM=20.00。

復(fù)合地基的變形計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。

表1 變形計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

壓縮深度Z:30.000 m;平均模量 Es:26.556 MPa;∑S=150.12 mm;規(guī)范經(jīng)驗(yàn)系數(shù):ψs=0.200 0;計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù):ψ=1.000 0;沉降量:S=30.02 mm，滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

CFG樁復(fù)合地基中褥墊層具有保證樁、土共同承擔(dān)荷載;減小基礎(chǔ)底面應(yīng)力集中;調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)和減小樁頂水平應(yīng)力集中的作用。樁和樁間土及褥墊層一起構(gòu)成CFG樁復(fù)合地基，它的設(shè)計(jì)思想是充分發(fā)揮樁間土的水平和垂直承載能力，因此在本工程中對(duì)于減小地基變形效果明顯。再加上CFG樁樁體材料廉價(jià)，相同條件下采用CFG復(fù)合地基方案比采用預(yù)制樁方案節(jié)約造價(jià)1/2，比灌注樁節(jié)約約1/3，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 閻明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

[4] 馮玉芹，張鳳紅，王英浩.CFG樁復(fù)合地基褥墊層室內(nèi)試驗(yàn)研究[R].2000.

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