CFG樁復(fù)合地基現(xiàn)場載荷試驗(yàn)研究

姚 勇,張玲玲,胡進(jìn)勇

(1.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,四川綿陽 621010;2.綿陽市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站,四川綿陽 621010)

1 概述

CFG樁復(fù)合地基是我國 20世紀(jì)80年代自行研發(fā)的一項(xiàng)地基加固技術(shù),已列為國家級工法。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁 Cement Fly-ash Gravel Pile的簡稱。其復(fù)合地基是由樁、樁間土及褥墊層三部分組成。受力機(jī)理為褥墊層受上部基礎(chǔ)荷載作用產(chǎn)生變形后以一定的比例將荷載分?jǐn)偨o樁及樁間土,使二者共同受力。同時,土體受到樁的擠密而提高承載力,樁又由于周圍土的側(cè)應(yīng)力的增加而改善了受力性能,二者共同工作,形成了一個復(fù)合地基的受力整體,共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來的荷載。

CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)雖已得到了廣泛的應(yīng)用,但由于 CFG樁復(fù)合地基上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同,對CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)要求亦不同。因而本文結(jié)合四川省某工程實(shí)例,通過現(xiàn)場載荷試驗(yàn)對 CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行檢測,以此來評價該工程中 CFG樁復(fù)合地基的承載能力,驗(yàn)證應(yīng)用 CFG樁進(jìn)行地基加固處理的可行性和有效性。

2 工程概況

四川某工程,場地從上自下地基土的分布情況如下:①雜填土:場地內(nèi)均有分布,濕～很濕,松散狀,層厚 0.4～4.4 m。②粉質(zhì)黏土:場地內(nèi)主要呈層狀分布,可塑～軟塑狀,濕～飽和,層厚 0.3～3.1m,厚度變化大。③含粉質(zhì)黏土角礫層:場地內(nèi)局部呈透鏡狀分布于粉質(zhì)黏土之間或伏于卵石層之上;濕～飽和,稍密狀,層厚 1.0～5.6m。④泥炭:場地內(nèi)呈層狀或透鏡狀分布于粉質(zhì)黏土之間,局部缺失,層厚 0.5～5.3 m。⑤卵石:場地廣布;濕～飽和,稍密～密實(shí)。

由于場地內(nèi)的土層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求,地基基礎(chǔ)處理方案采用 CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基加固處理。其中,樁徑為 400mm,樁距取 1.2m,按正方形布置,以稍密角礫層或卵石層作為持力層,處理深度為10.00～15.00 m,總根數(shù) 717根。設(shè)計(jì)要求處理后的CFG樁復(fù)合地基承載力特征值大于等于 150 kPa,壓縮模量大于 14MPa。

3 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)依據(jù)

由于目前還沒有專門針對 CFG樁復(fù)合地基的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),最后確定該項(xiàng)目現(xiàn)場載荷試驗(yàn)主要依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)進(jìn)行。

3.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,對 CFG樁進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)量取 CFG樁總數(shù)的 0.5%～1.0%,但不少于 3點(diǎn)。因此,本次試驗(yàn)數(shù)量為 8個點(diǎn)。

3.3 加壓方式

采用油壓千斤頂加載荷堆載平臺反力裝置。試驗(yàn)由鋼性承壓板、加載系統(tǒng)、反力系統(tǒng)和觀測系統(tǒng)組成(CFG單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)布置如圖1所示)。承壓板采用 1.2m×1.2m,壓板下鋪設(shè) 5～10 cm砂墊層。

圖1 CFG單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)布置

3.4 試驗(yàn)方法

3.4.1 加、卸載等級劃分

根據(jù)規(guī)范要求,加載等級可分為 8～12級。最大加載壓力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求壓力值的 2倍。本次檢測分 8級加載和 4級卸載,總加載量為 312 kPa,大于設(shè)計(jì)要求值的兩倍(300 kPa)。

3.4.2 沉降觀測

每加一級荷載,按 10、10、10、15、15min讀記壓板沉降 1次,以后按每 0.5 h讀記 1次;當(dāng) 1 h內(nèi)沉降量小于 0.1mm時,并連續(xù)出現(xiàn)兩次,認(rèn)為該級已達(dá)到相對穩(wěn)定,可進(jìn)行下一級加載。

3.4.3 終止加載條件

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時,即可終止加載。

(1)沉降急劇增大,土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起;

(2)承壓板的累計(jì)沉降量已大于其寬度或直徑的6%;

(3)當(dāng)達(dá)不到極限荷載,而最大加載壓力已大于設(shè)計(jì)要求壓力值的 2倍。

4 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場載荷試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場載荷試驗(yàn) p-s曲線如圖2所示。

圖2 靜載試驗(yàn)典型p-s曲線

4.2 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)結(jié)果分析

4.2.1 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值的確定

綜合分析本試驗(yàn)研究項(xiàng)目 8組 CFG單樁復(fù)合地基的沉降觀測數(shù)據(jù)和依據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制的 p-s曲線(圖2)可知,該項(xiàng)目所檢測的 CFG單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn) p-s曲線均為緩變形,則各點(diǎn)的 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)按照相對變形量值進(jìn)行取值,即分別取 s/b等于 0.008時所對應(yīng)的壓力(s為沉降量,b為承壓板寬度)。但是由于該項(xiàng)目各點(diǎn)按相對變形值確定的承載力特征值均超過了最大加載壓力的一半,根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)要求,當(dāng)復(fù)合地基承載力特征值超過最大加載壓力一半時,取最大加載壓力的一半作為 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值。則該項(xiàng)目 8個試驗(yàn)點(diǎn)的 CFG單樁復(fù)合地基承載力特征值均為最大加載量 312 kPa的一半,即156 kPa。滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量的確定

各點(diǎn) CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量 Es可按下式計(jì)算

式中,E0為 CFG單樁復(fù)合地基的變形模量,MPa,E0=0.886(1-μ2)bΔp/Δs(方壓板 ),μ為泊松比取 0.38(粉質(zhì)黏土);b為壓板邊長,m;Δp為 p-s曲線線性段荷載增量,kPa;Δs為與線性段相對應(yīng)的沉降增量,mm。

則根據(jù)上述公式,可得各點(diǎn) CFG單樁復(fù)合地基的變形模量和壓縮模量,見表2。

表2 CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量結(jié)果

由表2可以看出,該項(xiàng)目 CFG單樁復(fù)合地基壓縮模量的平均值為 33.71MPa,級差 37.5%。由于 CFG樁復(fù)合地基壓縮模量的級差超過 30%,所以取其最低值 28.22MPa作為該工程 CFG樁復(fù)合地基壓縮模量。滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

通過對四川某工程 CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行現(xiàn)場載荷試驗(yàn)研究,得出如下結(jié)論。

(1)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)研究表明,利用 CFG樁進(jìn)行地基加固處理是可行、有效的。

(2)通過現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出了測試CFG樁復(fù)合地基承載力和壓縮模量的試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)分析方法。

(3)因目前尚沒有關(guān)于 CFG樁及單樁復(fù)合地基的詳細(xì)檢測規(guī)范,各個地區(qū)進(jìn)行 CFG樁及單樁復(fù)合地基的檢測,只能依據(jù)各個地方制定的地方標(biāo)準(zhǔn)以及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)中有關(guān)載荷試驗(yàn)的簡短規(guī)定進(jìn)行,故而試驗(yàn)結(jié)果差別比較大。尤其是對于壓縮模量的測定和計(jì)算,更是沒有詳細(xì)的規(guī)定和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。建議專門制定針對 CFG樁及單樁復(fù)合地基的詳細(xì)檢測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

(4)該項(xiàng)目中717根樁中隨機(jī)選取的檢測樁具有一定的代表性,試驗(yàn)結(jié)果在一定程度上能反映出施工質(zhì)量的優(yōu)劣,試驗(yàn)結(jié)果對 CFG樁復(fù)合地基在土木工程中的推廣應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義。

[1]JGJ79—2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB50007— 2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50202— 2002,建筑地基驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4]川建廳[2004]66號,四川省建筑地基基礎(chǔ)質(zhì)量檢測若干規(guī)定[S].

[5]安 明.應(yīng)用靜載荷試驗(yàn)成果反演地基土壓縮模量指標(biāo)[J].建筑施工,27(8):14-15.

[6]張?zhí)┌?王軍琪.CFG單樁及單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2009(7):20-24.

[7]羅明遠(yuǎn).四川某工程 CFG樁復(fù)合地基承載力及變形問題[J].西部探礦工程,2007(7):17-21.