粉煤灰樁加固軟土地基技術(shù)的探討

曾凡洪

(鳳岡縣公路管理所)

粉煤灰樁加固軟土地基技術(shù)的探討

曾凡洪

(鳳岡縣公路管理所)

近年來，粉煤灰樁在工程軟土地基加固中越來越多的被運(yùn)用。利用粉煤灰樁來處理軟土地基，不僅可以提高軟土地基的承載力，減少施工后沉降和地基變形，還能夠加快施工的進(jìn)度，使工期縮短。詳細(xì)介紹了粉煤灰樁加固軟土地基技術(shù)的原理，并根據(jù)工程實(shí)例說明粉煤灰樁在加固軟土地基中的優(yōu)勢。

粉煤灰樁;軟土地基;技術(shù)探討;置換作用

0 引言

現(xiàn)代的建筑設(shè)計(jì)廣泛重視地基處理問題，軟土地基是其中的薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)軟土地基處理的是否恰當(dāng)，會(huì)直接影響建筑物的使用功能。粉煤灰樁加固軟土地基技術(shù)正是處理這一問題的有效方法。粉煤灰樁又稱CFG樁或者水泥粉煤灰混凝土樁，它以粉煤灰為原材料，加入適量的水泥等物質(zhì)形成膠結(jié)材料，用砂石等作為骨料與其拌和形成具有穩(wěn)定性能的粉煤灰混凝土。粉煤灰是工業(yè)廢棄物，利用其作為主材料來加固軟土地基，不僅符合我國可持續(xù)發(fā)展的政策要求，而且其具有良好的性能，其處理軟土地基的加固效果是明顯的。

1 粉煤灰樁加固的基本原理

粉煤灰樁與樁間的土和褥墊層共同構(gòu)成粉煤灰樁復(fù)合地基。褥墊層主要由砂石、粗砂、碎石等散體材料級(jí)配組成，其加固的基本原理可以概括為樁體的置換作用和褥墊層的調(diào)整均化作用。

粉煤灰樁能夠較好的承載荷載，其復(fù)合地基以褥墊層與基層相連，這樣一來無論是在何位置都能夠保證發(fā)揮作用，并且通過將樁身的一部分荷載傳遞到土層中有效的減少了樁身的荷載，從而在一定程度上增加了樁體的承載力。

1.1 樁體的置換作用

粉煤灰樁是以粉煤灰以及砂石、水泥等一系列材料混合以后通過其水化反應(yīng)之后的凝結(jié)從而形成的一系列不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物，例如:氯酸鈣水化物、硅酸鈣水化物和鈣鋁黃長石等。這些結(jié)晶化合物形成纖維狀，不斷生長延伸到碎砂石的空隙之間，交織成一張網(wǎng)，將骨料之間的間隙變得更小，這樣一來便是的粉煤灰樁的強(qiáng)度得到了提高，是的其發(fā)生形變的可能降低。再加上粉煤灰樁的壓縮性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于樁間土的，這樣在附加應(yīng)力是就會(huì)使應(yīng)力集中到樁身上，減少樁間土的應(yīng)力，復(fù)合地基。隨之具有較高的承載能力和較小的沉降量。這是粉煤灰樁相對(duì)于碎石樁的優(yōu)點(diǎn)了，碎石樁其主題都是由碎石構(gòu)成，相對(duì)于粉煤灰樁體而言其結(jié)構(gòu)較為松散，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。粉煤灰樁樁身具有很強(qiáng)的粘結(jié)度，壓力大多由粉煤灰樁本身承擔(dān)，而樁體所受荷載通過樁周摩擦阻力和樁端阻力下傳至深層地基中，復(fù)合地基承載力的幅度得到較大提升。大量的工程實(shí)踐都證明，粉煤灰樁樁體大大優(yōu)于碎石樁、石灰樁等。

1.2 褥墊層的調(diào)整均化作用

褥墊層的調(diào)整均化作用是粉煤灰樁具有加固效果的另外一個(gè)原因了，在承載荷載時(shí)，在重力作用下的樁身以及基層土受力分布不均勻。由于褥墊層的存在，CFG樁可以向墊層產(chǎn)生向上的刺入變形，使得CFG樁可以承擔(dān)更多的荷載，樁間土的承載力也得到充分的發(fā)揮，從而使CFG樁復(fù)合地基獲得了更高的承載力。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想過分依賴樁承擔(dān)垂直荷載和水平荷載，粉煤灰樁復(fù)合地基通過褥墊層把樁和基礎(chǔ)斷開，將這一思想徹底改變。總荷載是由樁間土先承擔(dān)，樁間土的承載能力充分利用后，由粉煤灰樁承擔(dān)不足部分，因此，粉煤灰樁的數(shù)量可以相應(yīng)的減少，加上粉煤灰樁不配筋，工程造價(jià)也就得到了控制。

1.3 擠密和加筋作用

粉煤灰樁成樁過程中，粉煤灰在吸水以后會(huì)發(fā)生一系列的反應(yīng)，其一方面會(huì)發(fā)熱，體積膨脹，并且會(huì)吸水，使得周邊土質(zhì)層受到擠壓，密度上升。除此之外，粉煤灰樁不但可以使地基承載力得到提高，而且還可以使穩(wěn)定軟土地基，提高抗剪強(qiáng)度。

2 粉煤灰樁復(fù)合地基的承載力計(jì)算

2.1 面積比公式

2.2 應(yīng)力比公式

式中:pcf為指復(fù)合地基承載力，kPa;psf為天然地基極限承載力，kPa;Ppf為樁體極限承載力，kPa;k1反映復(fù)合地基中樁體實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，一般大于1.0;k2反映復(fù)合地基中樁間土實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，其值視工程情況確定;m為復(fù)合地基置換率;n為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比。

在計(jì)算應(yīng)力比的時(shí)候，根據(jù)樁間土和樁體先發(fā)生破壞的順序選擇公式。如果樁間土先破壞，選擇公式一，如果樁體先發(fā)生破壞，則選擇公式二。如果兩者同時(shí)被破壞，則要兩個(gè)公式同時(shí)用，之后選擇計(jì)算結(jié)果偏小的值，保證安全。

3 工程實(shí)例

某市一個(gè)公寓住宅總體建筑面積約為5 000 m2，在設(shè)計(jì)時(shí)沒有計(jì)劃建設(shè)地下室。建筑所處區(qū)域地形較為不平，具有一定的坡度，經(jīng)過人工填土以后再行施工，因?yàn)樘钔敛糠譀]有全部按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行碾壓，因而部分地基達(dá)不到要求，無法作為地基基礎(chǔ)持力層，要求對(duì)于地基進(jìn)行加固。

3.1 現(xiàn)場地基荷載試驗(yàn)

(1)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

在施工現(xiàn)場可以進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，首先要選取8根樁，載荷板邊長d為2.5 m，面積 S=6.25 m2，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果值可以看出，表示荷載和位移的QS曲線沒有出現(xiàn)陡降跡象，(如圖1)根據(jù)相對(duì)變形s/b=0.01來確定復(fù)合地基承載力，檢測結(jié)果合格，其標(biāo)準(zhǔn)值比設(shè)計(jì)要求的180 kPa要大。

圖1 荷載QS曲線

(2)輕便觸探試驗(yàn)

在完工之后，布置9個(gè)輕便觸探點(diǎn)來試驗(yàn)，得出加固前后樁聞土承載力的變化。對(duì)樁間土的測試結(jié)果表明，經(jīng)粉煤灰樁處理后淺層樁間土的承載力基本值不低于120 kPa，比地基處理前的樁間土承載力有所提高。

3.2 工程評(píng)價(jià)

根據(jù)本工程相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)表明，此方法的加固效果極為明顯，在加固以后在原來的曾在里基礎(chǔ)上高了一倍。另外，粉煤灰樁的原料是粉煤灰，粉煤灰為工業(yè)廢料，減少了1/3的工程造價(jià)，比其它樁基省時(shí)省力，有著施工速度快和質(zhì)量優(yōu)的特點(diǎn)。

粉煤灰樁復(fù)合地基改變了樁距、樁長、褥墊層厚度和樁體配比，所以復(fù)合地基的承載力具有很大的增加幅度。另外，粉煤灰樁擁有著施工簡單、造價(jià)低和沉降變形小的優(yōu)勢，給施工企業(yè)和社會(huì)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)它具有沉降變形小、施工簡單、造價(jià)低等特點(diǎn)，具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)代城市，有很多高層建筑物，粉煤灰樁的優(yōu)點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)，不斷的運(yùn)用到有著巨大荷載的高層建筑物之中，并且在對(duì)于高層建筑的地基處理中取得了較好的成效。

4 結(jié)束語

粉煤灰樁加固軟土地基的技術(shù)有著明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢，其受力明確，有著明顯的加固效果，而且工后沉降量比較小，工期也短。除此之外，粉煤灰樁不僅能夠加固軟土地基，對(duì)于建筑物荷載巨大，即使擁有較好地基也依然不能承載時(shí)，粉煤灰樁可以用來作為補(bǔ)足。因此，粉煤灰樁被越來越多的運(yùn)用到各種建筑施工的軟土地基加固中。但是，在運(yùn)用粉煤灰樁加固技術(shù)時(shí)，應(yīng)該注意采取有效措施處理好邊角處和新老施工交接處不同加固類型界面的銜接過渡，保證工程質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。

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U416.1

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1008-3383(2014)03-0032-02

2013-10-16

曾凡洪(1983-)，男，貴州鳳岡人，助理工程師，主要從事公路工程養(yǎng)護(hù)、施工方面的工作。