用CFG樁復(fù)合地基處理水利工程中軟土地基的應(yīng)用

王 誼 陳邱云 常 俊

（1、長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院上海分院 上海 200439；2、交通運(yùn)輸部東海救助局 上海 200090）

水泥粉煤灰碎石樁 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)CFG樁）是近年發(fā)展的一種新樁型，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成黏結(jié)強(qiáng)度較高的樁體，它和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基［1］。CFG樁復(fù)合地基法吸收了振沖碎石樁法、砂樁法和水泥攪拌樁法的優(yōu)點(diǎn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）施工簡(jiǎn)單；2）水泥用量少，便于就地取材，能夠有效利用工業(yè)廢渣；3）成樁質(zhì)量較水泥攪拌樁受地層影響?。?］。

我國(guó)在二十世紀(jì)80年代開(kāi)始CFG樁技術(shù)的試驗(yàn)研究，二十世紀(jì)90年代被列為建設(shè)部全國(guó)重點(diǎn)推廣技術(shù)［1］。近年來(lái)，CFG樁在高層建筑、工業(yè)與民用建筑和高速公路等地基處理方面得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。CFG樁復(fù)合地基處理水利工程建筑物中的軟土地基應(yīng)用相對(duì)較少，本文以安徽省無(wú)為經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)煤化工基地長(zhǎng)安大河排澇泵站地基處理為例，介紹了CFG樁在此工程中設(shè)計(jì)方案、技術(shù)參數(shù)、檢測(cè)評(píng)價(jià)等，為在軟土地基上應(yīng)用CFG樁處理水利工程建筑物基礎(chǔ)提供了一個(gè)成功的案例。

1 工程概述

根據(jù)煤化工基地的規(guī)劃要求，基地內(nèi)的澇水經(jīng)各內(nèi)河匯入長(zhǎng)安大河后，由長(zhǎng)安大河泵站將澇水抽入裕溪河。泵站布置在堤外坡碼頭的上游側(cè) （南側(cè)）。泵站中軸線(xiàn)走向NE45°，與該處的裕溪河河堤基本垂直。泵站設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，設(shè)計(jì)排水量為20m3／s，設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量2840kW×4臺(tái)。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括新建泵站廠(chǎng)房、站前節(jié)制閘、前池、壓力水箱、排澇出水涵及防洪閘、變電所、管理處等。本文僅介紹CFG樁復(fù)合地基應(yīng)用于泵室基礎(chǔ)處理的情況。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 泵室地基情況

泵站所在場(chǎng)地地形較平坦，地貌單元屬于長(zhǎng)江河漫灘。場(chǎng)地內(nèi)的地層分布情況如下。

①層素填土 （Q4ml）：灰黃、灰白色，松散，稍濕～濕，主要由粘性土組成，層厚約0.90～6.00m。該層在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍。

②層淤泥質(zhì)壤土夾淤泥 （Q4al）：灰青、灰黑等色，流塑狀態(tài)，含少量Fe、Mn質(zhì)結(jié)核氧化物，偶夾小貝殼等雜物，層頂埋深0.00～6.00m，層厚22.10～25.80m，層頂高程2.20～5.64m。該層在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍。

③細(xì)砂 （Q4al）：灰色、青灰色，上部較松散，中下部為稍密狀，飽和。層頂高程－18.56～－20.95m。該層在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍。

④層細(xì)砂 （Q4al）：青灰、灰黃色，中密～密實(shí)狀，飽和。層頂高程－28.02～－29.20m。該層在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍。

⑤層圓礫 （Q4al）：灰黃、褐黃等色，濕，顆粒形狀呈次圓，圓形。呈密實(shí)狀，夾有粗砂。層頂埋深44.30～52.90m，層厚1.70～2.30m，層頂高程－41.15～－42.40。該層在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍。

⑥層卵石夾礫砂 （Q4al）：灰黃、灰青、黃褐色，飽和，顆粒形狀多為圓形，次圓形。呈中密狀，充填物為礫砂，粗砂。母巖成分主要為石英巖、閃長(zhǎng)巖等。該層未揭穿，在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍。

2.2 泵室基底應(yīng)力和沉降情況

下表為各工況下泵室抗滑穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。

表1 泵房抗滑穩(wěn)定和地基應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，泵室座落在②層淤泥質(zhì)壤土夾淤泥層上，該層土處于流塑態(tài)，含粉細(xì)砂，淤泥質(zhì)土、朽木等，極為軟弱，承載力特征值僅為50kPa?；讐簯?yīng)力不均勻系數(shù)容許值η在基本荷載下取1.5，在特殊荷載組合取2.00。

另一方面，經(jīng)計(jì)算，完建期泵室底板的最大沉降量291.2mm，最小沉降量137.2mm。最大沉降量和沉降差均偏大，表明泵室基礎(chǔ)地基軟弱，壓縮性大。

3 技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案

由于站址處淤泥質(zhì)土層深達(dá)20m，不適合采用水泥土攪拌樁進(jìn)行地基處理。根據(jù)工程實(shí)踐及同類(lèi)地基處理成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)CFG樁、灌注樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁三種基礎(chǔ)處理方案進(jìn)行比較，最終采用CFG樁復(fù)合地基形式。

3.1 CFG樁布置

CFG樁采用正方形塊狀布置，均勻布滿(mǎn)泵室底板。樁端持力層選用③層細(xì)砂，該層地基承載力特征值（fak）為80kPa。因此，確定樁長(zhǎng)為20m，樁底進(jìn)入粉細(xì)砂層（中的）1～2m。樁徑取決于設(shè)計(jì)時(shí)所選用的施工設(shè)備：采用長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝，確定樁徑為0.4m。在樁長(zhǎng)、樁徑確定后，根據(jù)天然地基承載力和設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力求樁間距。樁間距一般要求在（3～5）d范圍內(nèi)。在樁徑選定的情況下，樁長(zhǎng)和樁間距是確定CFG樁復(fù)合地基承載力及估算加固區(qū)和下臥層變形量的重要參數(shù)［1］。經(jīng)計(jì)算不同樁間距復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，如圖1所示。從圖中可知，當(dāng)樁間距小于等于1.55m時(shí)，復(fù)合地基承載力均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，考慮造價(jià)及施工過(guò)程中的諸多不確定因素，確定樁距為1.5m，總共布置樁數(shù)637根，面積置換率5.58%。

圖1 復(fù)合地基承載力和樁間距的關(guān)系

3.2 CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

泵室底板基底標(biāo)高為－3.50m，坐落在②層淤泥質(zhì)壤土夾淤泥層上，該層承載力特征值為50kPa。樁周土側(cè)阻力特征值建議如下：②層為4kPa，③層為12kPa，樁端落在細(xì)砂③層，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值取1500kPa。單樁豎向承載力特征值為223.57kN；復(fù)合地基承載力為134.77kPa。

由計(jì)算結(jié)果可知，處理后的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值已大于泵室基底平均應(yīng)力，且復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍（為162kPa）也超過(guò)泵室基底的最大應(yīng)力（158.3kPa），滿(mǎn)足要求。

處理后的復(fù)合地基已相當(dāng)于中等堅(jiān)實(shí)地基，其允許基底壓應(yīng)力不均勻系數(shù)在基本荷載下可達(dá)2.0，在特殊荷載下可達(dá)2.5，對(duì)照表1，可知基底壓應(yīng)力不均勻系數(shù)也已滿(mǎn)足要求。

3.3 加固后泵房沉降量計(jì)算

復(fù)合地基承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的垂直荷載后，所產(chǎn)生的沉降是由樁土復(fù)合層本身的沉降和樁土復(fù)合層底面以下土的沉降量組成。經(jīng)CFG樁處理后，完建期泵室底板的最大沉降量98.3mm，最小沉降量48.9mm，最大沉降量和沉降差均已滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 CFG樁復(fù)合地基加固效果及其評(píng)價(jià)

CFG樁施工完畢后，由有檢測(cè)資質(zhì)的單位進(jìn)行施工質(zhì)量檢測(cè)。

在本次檢測(cè)中，共對(duì)3根CFG單樁和3臺(tái)單樁復(fù)合地基靜載荷進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)。

圖2 單樁載荷試驗(yàn)Q－s曲線(xiàn)

圖3 單樁載荷試驗(yàn)s－lgt曲線(xiàn)

4.1 CFG單樁靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)

3根CFG單樁Q－s曲線(xiàn)和s－lgt曲線(xiàn)如圖2～3所示。

從單樁靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線(xiàn)分析，其結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表2。

表2 單樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3～50＃單樁承載力特征值可取240kN，4－81＃、5～110＃兩根單樁承載力特征值可取300kN；場(chǎng)地單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值為580kN，場(chǎng)地單樁豎向抗壓承載力特征值為280kN。而在CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算的CFG單樁極限承載力為223.75kN，比實(shí)測(cè)值小，說(shuō)明施工質(zhì)量已得到保證，計(jì)算值偏于安全。

4.2 單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)檢測(cè)

3臺(tái)CFG單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)p－s曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)p－s曲線(xiàn)

從p－s曲線(xiàn)可以看出，復(fù)合地基載荷試驗(yàn)曲線(xiàn)是漸進(jìn)型的光滑曲線(xiàn)，不存在極限荷載，取s／b＝0.015對(duì)應(yīng)的荷載作為CFG樁復(fù)合地基承載力。3根單樁處單樁復(fù)合地基承載力分別為（見(jiàn)表3）：3～50＃樁處194kPa，4～81＃樁處202kPa，5～110＃樁處188kPa，場(chǎng)地單樁復(fù)合地基承載力特征值為192.7kPa。

表3 單樁復(fù)合地基承載力靜載荷試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.3 結(jié)論

從檢測(cè)結(jié)果看，加固后單樁及單樁復(fù)合地基承載力特征值和沉降變形均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)安大河排澇泵站工程已經(jīng)建成，經(jīng)過(guò)靜載試驗(yàn)檢測(cè)，CFG樁復(fù)合地基承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)地基承載力要求，至今運(yùn)行已有兩年多，泵室的沉降量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。在軟土地基上施工水利工程建筑物，地基處理至關(guān)重要，必須認(rèn)真調(diào)查地質(zhì)情況，綜合分析各種地基處理方法，通過(guò)論證，確認(rèn)優(yōu)化的處理方法保證其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。CFG樁具有剛性樁的性狀特征，具有明顯的端承和側(cè)阻作用，可大幅增強(qiáng)地基承載力，減少地基變形沉降，適用于多種土層施工。該工程利用CFG樁處理軟土地基的成功實(shí)踐，為今后類(lèi)似工程提供了一個(gè)成功的實(shí)例。

1 閆禮明；張東綱.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐.2006

2 GB 50007－2001.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

3 袁志明.CFG樁在水利工程軟基處理中的應(yīng)用 .水利規(guī)劃與設(shè)計(jì).2009（6）：51－53

4 鄭俊杰。張建平.CFG樁與石灰樁聯(lián)合處理不均勻地基施工技術(shù).2000（9）：31－32

5 高峰.CFG樁軟土地基應(yīng)用與分析［J］.山西建筑，2008，34（36）：99－100