剛—柔樁二元復(fù)合地基在雜填土地基中的應(yīng)用

李曉光

近年來(lái),復(fù)合地基技術(shù)隨著工程建設(shè)的飛速發(fā)展得到廣泛應(yīng)用,而城市土地日益緊張,在大面積深厚雜填土地基上進(jìn)行的建設(shè)也越來(lái)越多。雜填土成分不均勻,且壓縮性高、孔隙比高、強(qiáng)度低,往往還具有濕陷性,是較難處理的土層之一。剛—柔性樁二元復(fù)合地基就是將承載力較高的剛性樁與造價(jià)較低的柔性樁結(jié)合在一起對(duì)雜填土進(jìn)行處理,從而滿足高層建筑承載力及變形的要求。本文將從碎石樁—CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算出發(fā),結(jié)合工程實(shí)例對(duì)其在雜填土地基中的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。

1 設(shè)計(jì)思路

剛—柔性復(fù)合地基一般由剛性樁主要控制沉降,并提供大部分承載力,柔性樁提供剩余不足的承載力并協(xié)同控制沉降。柔性樁應(yīng)選擇充分發(fā)揮和提高樁間土作用的施工方法,提高加固土層的壓縮模量、降低孔隙比,在一定程度上提高加固土層的承載力;剛性樁的樁端應(yīng)該置于較好的土層上,對(duì)地基承載力及沉降的控制起主要作用。對(duì)剛性樁選擇施工工藝比較成熟的CFG樁,柔性樁選用擠密碎石樁。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 承載力計(jì)算

因?yàn)閯傂詷逗腿嵝詷对趶?fù)合地基中的作用不同,通常將剛性樁作為主樁,將柔性樁作為輔樁。由于雜填土的特殊性,相對(duì)剛性樁,通常對(duì)柔性樁處理后復(fù)合地基承載力按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值,主要對(duì)剛性樁進(jìn)行最終的復(fù)合地基承載力特征值 fspk計(jì)算。計(jì)算公式如下:

其中,β為輔樁處理后的復(fù)合地基承載力發(fā)揮系數(shù);Ap為主樁單樁承載力;m為面積置換率;fsk為輔樁處理后復(fù)合地基承載力。

2.2 沉降計(jì)算

復(fù)合地基的沉降包括3部分:褥墊層的沉降 S1,加固區(qū)的沉降S2和下臥層的沉降S3。一般而言,褥墊層在施工前已經(jīng)壓密,其最終沉降很小,即S1可忽略不計(jì)。S2和 S3可按JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)樁體壓縮模量和樁間土的壓縮模量采用面積加權(quán)平均法按置換率來(lái)確定復(fù)合地基的壓縮模量:

其中,Esp為復(fù)合地基的壓縮模量;Ess為輔樁處理后的復(fù)合地基壓縮模量,由于雜填土的特殊性,通常按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值;Eps為樁體壓縮模量,可根據(jù)樁體試塊通過(guò)試驗(yàn)取得。

最終沉降按下式計(jì)算:

其中,S為最終沉降量;ψs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù);P0為基底附加壓力標(biāo)準(zhǔn)值;Ei為第i層土的壓縮模量;Es為復(fù)合土層的壓縮模量;Zi,Zi-1分別為基礎(chǔ)底面至第 i層土、第 i-1層土底面的距離分別為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)距離第i層土,第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某工程所建建筑物為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),地上18層,地下1層,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。天然地基持力層為雜填土,由于雜填土結(jié)構(gòu)松散,物理力學(xué)性質(zhì)不均勻,不經(jīng)處理不宜作為天然地基持力層,故需要進(jìn)行地基加固處理。要求處理后的復(fù)合地基承載力特征值不小于380 kPa,最終沉降量不大于100 mm,地基變形傾斜度不大于0.15%。地層分布如下:①雜填土,雜色、稍濕,松散,以碎石、碎磚和灰渣為主,粉土充填。層厚為8 m～10 m。承載力特征值為80 kPa。②粉質(zhì)黏土,黃褐色,可塑～硬塑。層厚為6m～10 m。③粉質(zhì)黏土,黃褐色,硬塑。層厚為5 m～7 m。④粉質(zhì)黏土,褐紅色,可塑～硬塑。層厚為10 m～15 m。⑤粉質(zhì)黏土,褐紅色,可塑。層厚為10 m～13 m。勘察范圍內(nèi)未見(jiàn)場(chǎng)地地下水。

3.2 地基設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)要求及場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件,本工程采用CFG樁結(jié)合擠密碎石樁的地基處理方案。③層粉質(zhì)黏土為硬塑狀態(tài),作為CFG樁樁端持力層,②層粉質(zhì)黏土為可塑～硬塑狀態(tài),作為擠密碎石樁的持力層。

具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下:擠密碎石樁:有效樁長(zhǎng) L2=5m,樁徑d2=400 mm,正三角形布樁,樁體材料采用碎石,含泥量小于5%,處理后復(fù)合地基承載力特征值按提高40%考慮,取110 kPa。CFG樁:有效樁長(zhǎng) L1=13 m,樁徑 d1=400 mm,正三角形布樁,單樁承載力特征值 Ra=420 kN,置換率 m1=0.101,樁體材料采用商品混凝土,強(qiáng)度C20。

經(jīng)計(jì)算,復(fù)合地基承載力為410 kPa。

3.3 施工控制

1)試樁:為了保證CFG和擠密碎石樁的施工質(zhì)量,設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后先進(jìn)行試樁,以確定工藝參數(shù)及施工可行性,并驗(yàn)證復(fù)合地基承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2)施工順序:先進(jìn)行擠密碎石樁施工,再進(jìn)行CFG樁施工。

3.4 復(fù)合地基檢測(cè)

由于雜填土的特殊性,本工程進(jìn)行了5組復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。承壓板為圓形,面積1.25 m2,加載總荷載按設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力的2倍考慮,即410×1.25×2=1 025 kN,試驗(yàn)按1 200 kN加壓,每級(jí)加載120 kN。卸載級(jí)數(shù)為加載級(jí)數(shù)的一半,等量進(jìn)行。

經(jīng)試樁檢測(cè),5組復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力特征值分別為450 kPa,422 kPa,437 kPa,485 kPa,464 kPa,最大沉降量 58 mm,可見(jiàn)其控制沉降的效果比較明顯。

低應(yīng)變?cè)囼?yàn)用于檢測(cè)CFG樁的樁身完整性,經(jīng)檢測(cè),所檢測(cè)試樁全部為Ⅰ類樁。

4 結(jié)語(yǔ)

1)剛—柔性樁復(fù)合地基能最大限度的發(fā)揮剛性樁和柔性樁各自的優(yōu)點(diǎn),使復(fù)合地基承載力得到較大幅度的提高,地基變形得以降低和控制。2)用剛—柔性樁處理雜填土,可以改善雜填土的物理力學(xué)性質(zhì),提高雜填土的承載力,降低雜填土的沉降變形,對(duì)于雜填土而言是一種較好的地基處理方法。

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

[2] 閻明禮,王明山,閆雪峰.多樁型復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算方法探討[J].巖土工程學(xué)報(bào),2003,25(3):352-355.

[3] 黃光明.復(fù)合地基應(yīng)用進(jìn)展[J].山西建筑,2007,33(12):103-105.