水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)在蚌埠地區(qū)的應(yīng)用

霍志強(qiáng)，趙云志

(蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，安徽蚌埠 233000)

水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)在蚌埠地區(qū)的應(yīng)用

霍志強(qiáng)?，趙云志

(蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，安徽蚌埠 233000)

結(jié)合蚌埠市南山酈都項(xiàng)目10＃樓(25層)、14＃樓(26層)工程實(shí)例，介紹了水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基的作用機(jī)理及在蚌埠地區(qū)的應(yīng)用效果，對(duì)承載力計(jì)算采用了不同方法，使其更加精確；沉降計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式求得。水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基不但具有適應(yīng)性強(qiáng)、承載力提高幅度大、沉降量小的特點(diǎn)，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

水泥粉煤灰碎石樁；復(fù)合地基；作用機(jī)理

1 低強(qiáng)度樁復(fù)合地基簡介

在樁體復(fù)合地基中，凡豎向增強(qiáng)體是由低強(qiáng)度樁形成的地基，可以統(tǒng)稱為低強(qiáng)度樁復(fù)合地基；低強(qiáng)度樁常用水泥、砂子及其他摻和材料(如砂、粉煤灰、石灰等)加水摻和，用各種成樁機(jī)械在地基中制成的強(qiáng)度等級(jí)在C5—C25的樁。

本文以水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)為例，它適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。應(yīng)選擇承載力相對(duì)較高的土層作為樁端持力層，且設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。

2 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基的作用機(jī)理分析

低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基考慮了樁－土共同承擔(dān)荷載，樁基一般不考慮樁間土分擔(dān)荷載，因此低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基的工程造價(jià)較低，且可以全長發(fā)揮樁的側(cè)摩阻力，假如樁端落在較好的土層上時(shí)，還可以較好的發(fā)揮樁端阻力作用，所以樁體可以將荷載傳遞給較深的土層，因此低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基承載力較大、沉降較小。

圖1 CFG樁復(fù)合地基示意圖

3 承載力和沉降計(jì)算

低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基承載力計(jì)算包括:①單樁承載力計(jì)算；②復(fù)合地基承載力計(jì)算；③復(fù)合地基加固區(qū)下臥層承載力計(jì)算。

4 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

在建的蚌埠市南山酈都項(xiàng)目，北距光彩玉器城500 m，南至燕山路，西鄰朝陽路，東望虎山森林公園。為蚌埠首席意大利托斯卡納風(fēng)情山景社區(qū)。擁有成熟的配套生活環(huán)境，未來周邊將建成大型商業(yè)中心及物流園區(qū)，是城市發(fā)展的騰飛點(diǎn)。

該項(xiàng)目共有住宅樓19棟(11層～26層)。其中10＃樓為26層，14＃樓為25層，都有兩層地下室，框架剪力墻結(jié)構(gòu)。工程重要性等級(jí)為二級(jí)、場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí)、地基等級(jí)為二級(jí)。本場(chǎng)地地形稍有起伏，地面標(biāo)高在25.16 m～28.74 m之間。地貌單元屬淮河南岸Ⅰ級(jí)階地至山前斜地地貌單元的過渡帶。

4.2 地基土的構(gòu)成及其特征

地基各土層的形成時(shí)代及成因類型簡述為:全新世人工填土層()、晚更新世河流沖積層()、晚更新世坡、殘積層()及晚太古代(Ar)區(qū)域變質(zhì)巖漿形成的花崗混合巖

根據(jù)外業(yè)鉆探揭露，擬建場(chǎng)地地面下25.0 m深度范圍內(nèi)，可分為7個(gè)工程地質(zhì)層，主要土(巖)性為黏性土、粉土及花崗混合巖。地基土各層的特征按自上而下和從新到老的順序分別描述如下:①層雜填土:()雜色、灰黃色，松散，以黏性土為主組成，局部地段為砼路面、少量碎磚等建筑垃圾，不均勻、欠固結(jié)。層厚1.2 m～2.5 m。

⑤層全風(fēng)化花崗混合巖:(Ar2)褐黃色、灰白色，組織結(jié)構(gòu)基本破壞，手捏即碎呈砂礫狀，主要造巖礦物成分為石英、長石、云母及暗色礦物，長石、云母及暗色礦物等已風(fēng)化成黏土類礦物，殘留石英質(zhì)礦物?？刂茖雍?.6 m～3.4 m。

⑥層強(qiáng)風(fēng)化花崗混合巖:(Ar2)褐白色、灰白色，結(jié)構(gòu)大部分破壞，主要礦物成分為石英、長石、云母及暗色礦物，長石、云母及暗色礦物大部分黏土化；風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎。本層在場(chǎng)地東南地段下部富集石英塊石?？刂茖雍?.6 m～2.3 m。

⑦層中風(fēng)化花崗混合巖:(Ar2)灰白色，粗粒等粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要造巖礦物成分為石英、長石、云母及暗色礦物，本層頂部節(jié)理及風(fēng)化裂隙較發(fā)育。本層未鉆穿，最大控制厚度5.0 m。

4.3 地下水概述

本勘察場(chǎng)地屬濕潤－半濕潤區(qū)，屬Ⅱ類環(huán)境類型。第一含水層組:地下水類型屬上層滯水，主要分布于①層雜填土及②層粉質(zhì)黏土上部的孔隙中；其水量大小受地表水控制，以地表水的垂直滲透補(bǔ)給為主。地下水的初見水位與穩(wěn)定水位埋深基本一致，在0.52 m～1.58 m(標(biāo)高為26.19 m～23.76 m)之間(勘察期間水位)。

第二含水層組:地下水類型屬承壓水，主要分布于③層粉土中，粉土的透水性較好，以地下水的水平逕向流動(dòng)補(bǔ)給為主；初見水位埋深在6.0 m左右。承壓水頭高出③層粉土頂板約1.0 m左右。

另外⑤層全風(fēng)化花崗混合巖、⑥層強(qiáng)風(fēng)化花崗混合巖中也存在少量地下水，地下水類型屬裂隙及孔隙型地下水，具微承壓性，以地下水的水平逕向流動(dòng)補(bǔ)給為主。承壓水頭高出⑤層頂板約1.0 m左右。

根據(jù)《水質(zhì)分析報(bào)告》，對(duì)地下水的腐蝕性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，判定本場(chǎng)地地下水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。本工程的抗浮設(shè)防水位為自然地面以下1.5 m(標(biāo)高約為24.30 m)。

4.4 巖土力學(xué)參數(shù)

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，并結(jié)合野外各巖土層的原位測(cè)試成果及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，各巖土層地基承載力特征值、主要力學(xué)參數(shù)及樁基有關(guān)參數(shù)，推薦如表1所示。

地層巖性參數(shù)表 表1

4.5 基礎(chǔ)類型的選型與評(píng)價(jià)

根據(jù)場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件和擬建高層建筑物性質(zhì)。巖土工程勘察報(bào)告建議高層建筑中11層～18層建筑采用筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)，選擇②層粉質(zhì)黏土作為天然地基上的淺基礎(chǔ)持力層；10＃樓(26層)、14＃樓(25層)高層采用樁基礎(chǔ)。

①采用鉆孔灌注樁，屬于非擠土樁型，這種樁型蚌埠地區(qū)有較成熟的成樁經(jīng)驗(yàn)，按規(guī)范操作，成樁質(zhì)量應(yīng)較高。但泥漿池排污對(duì)環(huán)境有一定的影響，且工期長，成本較高。

②采用混凝土預(yù)制樁(預(yù)應(yīng)力管樁)屬于擠土樁型，此種樁型在本擬建場(chǎng)地成樁有一定困難，樁難以穿越巖層，工期較短，成本高。若采用此種樁型，可采用⑤層全風(fēng)化花崗混合巖作持力層，靜壓時(shí)應(yīng)配有足夠的配重。施工時(shí)應(yīng)注意擠土效應(yīng)對(duì)臨近建筑物的影響，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求及規(guī)范操作。質(zhì)量可靠穩(wěn)定，施工速度快。

③采用人工挖孔樁，此種樁型屬于非擠土樁，在蚌埠地區(qū)有較成熟的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)環(huán)境影響小，成樁質(zhì)量高。但工期長，成本高。

④采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)，屬復(fù)合地基類非擠土樁，對(duì)環(huán)境影響小，施工條件簡便，成本最低，但在蚌埠地區(qū)尚無成樁的經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)本工程的特點(diǎn)并結(jié)合所處的特定環(huán)境(建筑場(chǎng)地位置、場(chǎng)地的地形和地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較)，為縮短工期，降低成本，保護(hù)環(huán)境。特選擇水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)為本工程樁型。

4.6 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

(1)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)承載力計(jì)算

本工程采用CFG樁復(fù)合地基方案，用長螺旋鉆機(jī)成孔，壓灌混凝土成樁工藝，10＃樓、14＃樓有效樁長分別為10.6 m、8.5(9.5)m，樁徑410 mm。

單樁承載力計(jì)算公式采用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79－2002)》中9.2.6計(jì)算，即:

①10＃樓(26層)(CFG樁)計(jì)算得單樁承載力特征值為783.44 kN，取單樁承載力特征值為700 kN。

②14＃樓(25層)(CFG樁)

計(jì)算得單樁承載力特征值為685.20 kN，取單樁承載力特征值為600 kN。

(2)樁身混凝土強(qiáng)度計(jì)算及地基承載力計(jì)算

①根據(jù)樁身應(yīng)力按下式計(jì)算素混凝土抗壓強(qiáng)度:

其中:fcu為素混凝土抗壓強(qiáng)度；

則fc須不小于15.91 MPa(10＃樓)、13.63 MPa (14＃樓)，根據(jù)工程實(shí)際情況10＃樓、14＃樓均采用樁體混合料強(qiáng)度為C25。

②本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位要求10＃樓(26層)、14＃樓(25層)處理后復(fù)合地基承載力特征值分別達(dá)到390 kPa和370 kPa。

擬建物基底標(biāo)高處地基持力層主要為②層粘土，其地基承載力特征值為220 kPa。

(3)樁間距及面積置換率計(jì)算

①10＃樓(26層)

將各數(shù)據(jù)代入下式:

其中:fspk復(fù)合地基承載力特征值；

fak樁間土承載力特征值，本工程地基承載力特征值取為220 kPa。

β樁間土折減系數(shù)，取0.85。

計(jì)算得樁土面積置換率為0.043 5。

樁位按矩形布置，則樁中心間距按下式計(jì)算:

計(jì)算得樁間距為1.741 m。

②14＃樓(25層)

將各數(shù)據(jù)代入下式:

其中:fspk復(fù)合地基承載力特征值；

fak樁間土承載力特征值，本工程地基承載力特征值取為220 kPa。

β樁間土折減系數(shù)，取0.85。

計(jì)算得樁土面積置換率為0.038 5。

樁位按矩形布置，則樁中心間距按下式計(jì)算:

計(jì)算得樁間距為1.850 m。

(4)沉降計(jì)算

根據(jù)實(shí)際布樁情況及建筑基礎(chǔ)狀況，進(jìn)行計(jì)算。

①10＃樓(26層):

10＃樓地基沉降:s＝22.41 mm；10＃樓褥墊層沉降經(jīng)驗(yàn)值s1＝5 mm；

10＃樓沉降s總＝s＋s1＝27.41 mm＜80 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

②14＃樓(25層):

14＃樓地基沉降:s＝20.21 mm；14＃樓褥墊層沉降經(jīng)驗(yàn)值s1＝5 mm；

14＃樓沉降s總＝s＋s1＝25.21 mm＜80 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.7 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)的施工

(1)施工要點(diǎn)

①水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)施工宜采用長螺旋鉆機(jī)成孔，管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工工藝，施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求由試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)，施工時(shí)按配合比制混合料。

②長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度宜為160 mm～200 mm。

③施工樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.5 m。

④水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)施工垂直度偏差不應(yīng)大于1%，樁位偏差不應(yīng)大于0.4D(D為樁徑)。

⑤成樁過程中，抽樣作混合料試塊，每臺(tái)機(jī)械一天應(yīng)作一組(3塊)試塊(邊長為150 mm的立方體)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測(cè)定其立方體抗壓強(qiáng)度。

⑥清土和截樁時(shí)，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土。

(2)樁頭處理及接樁、補(bǔ)樁頭技術(shù)要求

水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)施工完畢后，樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上樁頭需截?cái)?，具體方法如下:

①打樁棄土和保護(hù)土層清至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用大錘沿水平方向兩相對(duì)方向同時(shí)擊打鋼釬，將樁頭截?cái)?，?yán)禁用鋼釬向斜下方擊打或單向擊打樁身。

②截樁后用鋼釬和手錘將樁頂修平至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高(樁頭標(biāo)高允許誤差＋0 cm～－2 cm)。

③樁頂標(biāo)高若低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，先將樁頂修平鑿毛，用比樁身高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的素混凝土接樁至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

④樁的施工應(yīng)按照《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202—2002)及國家現(xiàn)行的其他有關(guān)規(guī)范、規(guī)定之執(zhí)行。

(3)經(jīng)濟(jì)效益分析

由于水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基可充分利用天然地基承載力，并可以因地制宜，利用工業(yè)廢料和當(dāng)?shù)夭牧?；還具有適應(yīng)性強(qiáng)、承載力提高幅度大、沉降量小、經(jīng)濟(jì)效益好等多種優(yōu)勢(shì)，是一種重要的復(fù)合地基。且有施工工期短，施工過程無噪音、不排污、對(duì)相鄰建筑物無不利影響、工程造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。，因此具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4.8 樁基檢測(cè)結(jié)果

10＃樓(26層)、14＃樓(25層)樁基施工完成后，分別進(jìn)行了單樁豎向靜載試驗(yàn)與低應(yīng)變動(dòng)測(cè)。其檢測(cè)結(jié)論為:

①復(fù)合地基試驗(yàn)每棟檢測(cè)的3根地基承載力特征值可取390 kPa(10＃樓)和370 kPa(14＃樓)，由試驗(yàn)曲線可知，Q～S曲線平緩，無明顯陡降段，S～lgt曲線平緩，規(guī)則排列，復(fù)合地基豎向抗壓承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求。

②低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法每棟檢測(cè)的33根工程樁中Ⅰ類樁23根，Ⅱ類樁10根，無Ⅲ、Ⅳ樁，該工程CFG樁身完整性檢測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

蚌埠地區(qū)在高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工中，首次采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基。實(shí)踐證明，采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基的方法，具有混凝土樁身，施工工藝簡單、質(zhì)量控制保證率高，工期較短、成本低、無污染，高效快捷、具有較好的處理效果，而且還保護(hù)了環(huán)境。

根據(jù)蚌埠市區(qū)樁基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn)，高層建筑主要采用人工挖孔灌注樁，其次為預(yù)應(yīng)力管樁和鉆(沖)灌注樁。隨著蚌埠市城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市中高層建筑不斷涌現(xiàn)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況符合時(shí)，在高層建筑地基基礎(chǔ)中，水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)實(shí)為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的地基處理方法之一，可以在本地區(qū)今后的建設(shè)工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

[1] 龔小南.地基處理手冊(cè)(第二版)[M].北京:中國建筑出版社，2002

[2] 錢家歡.殷宗澤。土工原理與計(jì)算(第二版)[M].北京:中國水利水電出版社，1996

[3] 孫文懷.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與地基處理[M].北京:中國建筑出版社，1999

[4] 龔小南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M].北京:中國建筑出版社，2002

[5] 龔小南.二灰混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)研究.浙江大學(xué)巖土工程研究所，1995

[6] 周建，愈建林，龔小南.高速公路軟土地基低強(qiáng)度樁應(yīng)用研究.地基處理，2002

Composite Analysis of Low－strength Concrete Pile Foundation

Huo ZhiQiang，Zhao YunZhi
(Bengbu Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Bengbu 233000，China)

In this paper，a low－strength concrete mechanism of the composite foundation，using different methods of calculating capacity.it is more accurate.Settlement calculated using the experience equation.Low－intensity concrete pile foundation is not only strong adaptability and capacity growth rate，the characteristics of a small amount of the settlement，Moreover，with good economic and social benefits.

low intensity；Concrete pile；Composite Foundation；Mechanism

1672－8262(2011)01－168－04

TU473

B

2010—12—11

霍志強(qiáng)(1975—)，男，工程師，主要從事巖土工程勘察、巖土力學(xué)試驗(yàn)等工作。