二元復(fù)合樁在高層建筑地基處理中的應(yīng)用研究

文得貴

(成都鐵路工程總承包有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

在房屋、交通等工程建設(shè)中，常遇到地質(zhì)條件較差的軟弱地基或不良地基問題。地基處理是否恰當(dāng)，地基處理方案設(shè)計(jì)是否合理，不僅影響建筑物的使用安全，而且對(duì)建設(shè)速度、工程造價(jià)也有影響，因此建筑物地基處理有時(shí)候成為工程建設(shè)中的關(guān)鍵問題。常用的地基處理方法很多，根據(jù)加固機(jī)理可以分為密實(shí)法、置換法、復(fù)合地基法、加筋法及灌漿等。各種地基處理方法都有自己的加固原理及適用范圍。

本文針對(duì)某小區(qū)高層住宅樓地質(zhì)情況，選擇“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復(fù)合樁作為其地基處理的方式，闡述了二元復(fù)合樁的加固原理及施工工藝等，并對(duì)處理后的地基進(jìn)行了檢測(cè)以檢驗(yàn)其方案的合理性。

1 二元復(fù)合樁地基概述

1.1 二元復(fù)合樁

在多元復(fù)合地基中，可將樁身強(qiáng)度較高的樁稱為主樁，將強(qiáng)度較低的樁稱為次樁。多元復(fù)合地基通?？煞譃閮深?在第一類多元復(fù)合地基中，主樁的作用是復(fù)合地基的主要部分，次樁起輔助作用。在第二類多元復(fù)合地基中，復(fù)合地基承載力的提高主要依靠次樁的作用，主樁僅布置在節(jié)點(diǎn)及重要位置，達(dá)到減小沉降的目的，特別適用于深厚軟土上的建筑物地基處理。

“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復(fù)合樁即為經(jīng)過水泥攪拌樁處理的場(chǎng)地土，經(jīng)過一定時(shí)間的固結(jié)，其物理力學(xué)性能將得到很大改善，在此基礎(chǔ)上增加CFG 樁而形成第一類二元復(fù)合地基。

1.2 加固原理

水泥土攪拌法是適用于加固飽和黏性土和粉土等地基的一種方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑通過特制的攪拌機(jī)械，就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基土強(qiáng)度和增大變形模量。

CFG 樁復(fù)合地基實(shí)際是在碎石(卵石、礫石)、石屑(細(xì)砂、中砂)、粉煤灰中摻入適量的水泥和水，用各種成樁機(jī)具制成的具有可變粘結(jié)強(qiáng)度、可變樁徑的復(fù)合地基。

CFG 樁復(fù)合地基主要是通過以下作用機(jī)理提高地基承載力的:

(1)置換作用。CFG 樁的樁體是具有一定強(qiáng)度的混合料柱體，在荷載的作用下，樁體壓縮性明顯小于樁周土，因此基礎(chǔ)傳到復(fù)合地基的附加應(yīng)力隨著地基的變形逐漸集中在樁體上，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，樁承受的荷載通過樁周的摩阻力傳到更深的地基土中。

(2)擠密作用。①對(duì)松散砂類土體，在振動(dòng)荷載作用下，可使顆粒間孔隙較大、位置不穩(wěn)定的疏松的單粒結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生較大的變形、擠密，變成密實(shí)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，土體的干密度和摩擦角有所增大，土體物理力學(xué)性能得到改善，從而提高地基承載力。②對(duì)黏性土體，由于振動(dòng)和沖擊擠壓作用使樁間土得到一定程度的擠密，加固后的地基土含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有所減少和降低，而土體的重度、壓縮模量均有所增加。

(3)CFG 樁復(fù)合地基中褥墊層作用機(jī)理。褥墊層技術(shù)是復(fù)合地基的重要組成部分，CFG 樁只有通過褥墊層才能構(gòu)成樁土復(fù)合地基。主要表現(xiàn)在:①保證CFG 樁共同承擔(dān)荷載;②調(diào)整CFG 樁荷載分擔(dān)比;③緩解基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中;④調(diào)整CFG 樁水平荷載的分配。

2 實(shí)際工程應(yīng)用

2.1 工程簡(jiǎn)介及地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水為賦存于第四系沖洪積砂卵石層中的孔隙潛水，受大氣降水及地下徑流補(bǔ)給，并通過地下徑流、蒸發(fā)等方式排泄?？辈炱陂g正值平水期末期，測(cè)得場(chǎng)地地下水水位埋深4.90～7.30 m，相應(yīng)標(biāo)高為512.476～513.136 m。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水豐、枯水期年變化幅度為1.00～2.50 m?；咏邓O(shè)計(jì)靜止水位標(biāo)高按513.486 m 考慮;地下水抗浮設(shè)計(jì)標(biāo)高按515.486 m 考慮。

綜合鉆探、原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)資料，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)提供設(shè)計(jì)使用的各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值，如表1。

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值表

2.2 二元復(fù)合樁地基樁設(shè)計(jì)

2.2.1 持力層及樁徑

根據(jù)目前的設(shè)備情況復(fù)合地基以稍密及以上密實(shí)度卵石層作為樁端持力層，CFG 樁樁徑350 mm，攪拌樁樁徑600 mm。

2.2.2 不利勘察孔分析

根據(jù)不利勘察孔的分析，選擇一個(gè)勘察孔進(jìn)行估算攪拌樁豎向承載力特征值，見表2、表3。

表2 估算攪拌樁豎向承載力特征值

2.2.3 樁體質(zhì)量要求

(1)CFG 樁:樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值fcu應(yīng)大于等于3Ra/Ap，即:3×350/(3.14×0.22)= 8.35MPa，樁體混凝土可按C15 進(jìn)行配制。

樁體材料設(shè)計(jì):以卵石為主，卵石粒徑2～5 cm，摻和一定量的砂、水泥等;坍落度控制在3 cm 左右，土層含水量較高時(shí)坍落度偏低;采用普通硅酸鹽水泥P.O 32.5;施工配合比宜通過試驗(yàn)室進(jìn)行試配確定。

表3 估算CFG 樁豎向承載力特征值

(2)水泥土攪拌樁:水泥土攪拌樁采用普通硅酸鹽水泥P.O 32.5 作為樁體材料，水泥用量為50 kg/m，水泥土立方體強(qiáng)度為2.0 MPa。

2.2.4 地基表面處理

地基加固施工時(shí)，地表面因沖擊作用會(huì)隆起抬高，待地基施工、檢測(cè)完畢后，土建施工部門可進(jìn)行清理，整平至基底標(biāo)高以下20 cm，褥墊層材料可采用為天然級(jí)配為2～5 cm 的連砂石或采用級(jí)配中粗砂加70%左右碎石，碎石粒徑不宜大于3 cm，虛鋪厚度24 cm，壓實(shí)，夯填度取0.9。

2.2.5 加固材料及樁位

普通硅酸鹽水泥P.O 32.5，骨料成分砂(中砂)、石(20～50 mm)。CFG 樁樁體強(qiáng)度配合比按試配報(bào)告進(jìn)行、樁體材料試塊作抗壓試驗(yàn)，報(bào)告達(dá)到C15 強(qiáng)度等級(jí)。

CFG 樁成樁直徑大于或等于350 mm，攪拌樁成樁直徑大于或等于600 mm。樁長(zhǎng)、樁位允許誤差為:樁長(zhǎng)±100 mm，樁位＜100 mm。

2.2.6 設(shè)計(jì)成果

(1)CFG 樁設(shè)計(jì)參數(shù)。CFG 樁有效樁徑350 mm;CFG樁樁體立方體強(qiáng)度C15;采用矩形布置;CFG 樁樁尖以稍密卵石層作為持力層。

(2)攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)。樁徑600 mm;樁體材料普通硅酸鹽水泥P.O 32.5;采用矩形布置。

2.3 施工組織及工藝流程

2.3.1 設(shè)備配置

(1)CFG 樁施工。成孔機(jī)具采用螺旋鉆(CFG15)總計(jì)1套，其電機(jī)功率37×2 kW，取土鉆頭直徑350 mm，沖擊填料重錘800～1000 kg;攪拌機(jī)1 臺(tái)或采用商品混凝土;電焊機(jī)1臺(tái);斗車10個(gè)。

(2)水泥攪拌碎石樁施工。水泥土攪拌樁機(jī)(SJB－1)1套;灰漿拌和機(jī)(200 L)2 臺(tái);灰漿泵(HB6－3)1 臺(tái)。

2.3.2 工藝流程

測(cè)量放點(diǎn)→開挖基槽至基礎(chǔ)墊層高程以下20cm→施工機(jī)械就位→水泥土攪拌樁施工→成孔至持力層→填料→水泥土攪拌成樁至基礎(chǔ)墊層高程以上→螺旋鉆CFG 樁機(jī)成孔至持力層深度→單次填料并夯實(shí)→循環(huán)單次填料、夯實(shí)直至CFG 樁成樁至基礎(chǔ)墊層高程以上→人工撿土并裁樁(褥墊層高度范圍內(nèi))→復(fù)合地基檢測(cè)→鋪設(shè)并壓實(shí)褥墊層→基礎(chǔ)施工。

2.4 質(zhì)量控制

(1)測(cè)量放點(diǎn)。清理平整場(chǎng)地，要求場(chǎng)地標(biāo)高為基底標(biāo)高以上不低于0.3 m;按軸線范圍依據(jù)《復(fù)合地基樁平面布置圖》布樁位，放點(diǎn)誤差要求在2～4 cm 之內(nèi)。

(2)CFG 樁成孔至地基處理深度后，投入3～5個(gè)人頭石，沖密，形成擴(kuò)大頭，再向孔中填料，每次填料高度宜小于0.5 m，搗實(shí)，并根據(jù)錘擊數(shù)控制CFG 樁樁體的密實(shí)度，沖擊錘擊數(shù)5～8 擊，落距2.0～3.0 m。

(3)施工現(xiàn)場(chǎng)全部加固后，平整基坑，進(jìn)行表面處理。

(4)施工過程中，為防止斷樁產(chǎn)生，填料施工中如產(chǎn)生地基土垮坍，應(yīng)重新成孔，保證施工中不產(chǎn)生斷樁。

2.5 地基處理檢測(cè)

2.5.1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值

本工程水泥土攪拌樁復(fù)合地基共選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，為總樁數(shù)(共計(jì)498 根)的0.6%，符合規(guī)范中抽檢總樁數(shù)0.5%～1%的要求，各檢測(cè)點(diǎn)位均由建設(shè)、監(jiān)理、檢測(cè)及設(shè)計(jì)等相關(guān)單位共同認(rèn)可選定。各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值詳見表4。

單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明:本工程水泥土攪拌樁復(fù)合地基按規(guī)范選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，其復(fù)合地基承載力特征值大于設(shè)計(jì)要求的210 kPa，符合設(shè)計(jì)要求。

表4 各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值匯總表

表5 各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值匯總表

2.5.2 CFG 樁復(fù)合地基承載力特征值

本工程CFG 樁復(fù)合地基共選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，為總樁數(shù)(共計(jì)359 根)的0.8%，符合規(guī)范中抽檢總樁數(shù)0.5%～1%的要求，各檢測(cè)點(diǎn)位均由建設(shè)、監(jiān)理、檢測(cè)及設(shè)計(jì)等相關(guān)單位共同認(rèn)可選定。各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值詳見表5。

單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明:本工程CFG 樁復(fù)合地基按規(guī)范選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，其復(fù)合地基承載力特征值大于設(shè)計(jì)要求的350kPa，符合設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)某小區(qū)高層住宅樓地質(zhì)情況，選擇“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復(fù)合樁作為其地基處理的方式，闡述了二元復(fù)合樁的加固原理及施工工藝等，并對(duì)處理后的地基進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明水泥土攪拌樁及CFG 樁復(fù)合地基承載力特征值均大于設(shè)計(jì)值，符合規(guī)范要求。

［1］吳志剛，劉景升.CFG 樁地基處理及最優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2008，34(1)

［2］林森.CFG 樁－碎石樁組合型復(fù)合地基的應(yīng)用實(shí)例及問題分析［J］.建筑科學(xué)，2010，26(3)

［3］宋發(fā)，楊松.多重復(fù)合地基處理的工程實(shí)踐［J］.工業(yè)建筑，2007，37(4)

［4］茍小兵.二元復(fù)合地基在某高層建筑地基處理中的應(yīng)用［J］.四川建筑，2011，31(1)

［5］劉蘭，徐得潛.水泥土攪拌樁在加固軟弱地基中的若干問題的探討［J］.安徽建筑，2008，15(2)