復(fù)合載體夯擴樁在某工程中的應(yīng)用

周少華　陳軍

【摘 要】復(fù)合載體夯擴樁為最近一種新地基處理樁型。本文通過對比介紹了復(fù)合載體夯擴樁與CFG樁地基加固機理；對同一工程采用該兩種樁型分別從造價、工期及對環(huán)境的影響對比分析其各自優(yōu)缺點。最后，從復(fù)合載體樁的設(shè)計、施工及檢測介紹了復(fù)合載體夯擴樁的應(yīng)用。近年來復(fù)合載體夯擴樁作為一項較成功的技術(shù)正逐步應(yīng)用于工程建設(shè)中，而且具有極好的應(yīng)用前景。本文意就復(fù)合載體夯擴樁的基本知識、加固機理以及設(shè)計、施工和檢測幾方面進行探討。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合載體夯擴樁；CFG樁；加固機理；應(yīng)用

一、工程概況

1、建筑物結(jié)構(gòu)概況

由某房地產(chǎn)公司開發(fā)的大興某工程，為7棟居民住宅樓，地上11—16層，地下一層，樓與樓間為一層純地下車庫，基底標(biāo)高相同；樓外側(cè)四周為一層底商，一期總建筑面積12500m2。

2、場地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件

根據(jù)本場地勘察報告，自然地表下1～10m為粘性土和粉土，地基承載力特征值為70～200kpa，10m往下為④層細(xì)砂、⑤層圓礫卵石，地基承載力特征值300kpa以上。場區(qū)地下水水位埋深大于19.6m，施工時可以不考慮地下水的影響。

3、場地現(xiàn)有條件及環(huán)境狀況

場區(qū)改造前為成片密集的危舊居民平房，位于黃村鎮(zhèn)中心。施工前平房全部拆除，場區(qū)存留大量建筑垃圾。

二、地基基礎(chǔ)方案的選擇

為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計對地基承載力的要求，解決主樓與純地下車庫、底商產(chǎn)生的差異沉降，本場地必須進行地基加固，為此項目部對地基基礎(chǔ)加固方案組織專項招標(biāo)，邀請巖土工程專業(yè)公司進行地基加固方案設(shè)計和投標(biāo)報價。投標(biāo)結(jié)果主要為CFG樁復(fù)合地基與復(fù)合載體夯擴樁兩種加固方案。為了保證方案在本場地安全、經(jīng)濟合理，需對這兩種樁型從技術(shù)安全、成本造價、工期進度、環(huán)境因素幾個方面進行評價。

1、復(fù)合載體夯擴樁地基加固機理簡介

復(fù)合載體夯擴樁是近年來發(fā)明的一種新的施工工藝，以樁端土體為研究對象，利用重錘沖擊成孔，對周圍土體進行擠密加固，當(dāng)沉管到設(shè)計標(biāo)高時，對樁端進行連續(xù)填料、夯實、擠密等操作，并用三擊貫入度作為控制指標(biāo)（三擊貫入度為錘重35kN，上提6.0m，自由落體時貫入的深度），再填以干硬性混凝土，使樁端以下深度為3～5m、直徑為2～3m區(qū)域約10m3的土體得到最有效的加固擠密，形成自上而下由干硬性混凝土、填充料、擠密土體和影響土體組成的復(fù)合載體，然后再放置鋼筋籠、灌注混凝土。如圖1所示：

復(fù)合載體夯擴樁的特點：

（1）內(nèi)管底部的干拌混凝土（無樁尖工藝）可有效起到止淤和短時止水作用，使后續(xù)混凝土灌注質(zhì)量得到保證。

（2）樁身混凝土借助于樁錘和內(nèi)夯管的下壓作用成型，可避免或減少縮頸或斷樁等弊病的產(chǎn)生。

（3）在夯擴過程中，錘擊力經(jīng)內(nèi)夯管的傳遞，直接貫入樁端持力層，強制將現(xiàn)澆混凝土擠壓成夯擴頭，同時，也將樁端持力層壓實擠密，使樁端持力層得以改善，樁端截面積增大，促使樁端阻力和樁承載力大幅度提高。復(fù)合載體夯擴樁與夯擴樁是完全不同的，它主要靠錘擊跟管成孔或振動成孔，通過對護筒內(nèi)填料夯擊，使樁端層土體密實。因此復(fù)合載體夯擴樁的受力與夯擴樁的受力也是完全不同的，夯擴樁靠樁側(cè)與樁端擴大頭承載，而復(fù)合載體夯擴樁由于樁側(cè)摩阻力較小，主要靠復(fù)合載體受力，復(fù)合載體夯擴樁受力時，當(dāng)荷載傳遞到樁頂，通過樁頂傳遞到干硬性混凝土，由于干硬性混凝土下為填充料，填充料與干硬性混凝土相比，孔隙比較大，壓縮模量也較干硬性混凝土小，相當(dāng)于干硬性混凝土下一軟弱下臥層，壓應(yīng)力經(jīng)軟弱下臥層擴散后，壓力降低；相對于干硬性混凝土，其下的擠密土體也相當(dāng)一軟弱下臥層，壓力再次被擴散，當(dāng)壓力經(jīng)過填充料、擠密土體和影響土體擴散后，當(dāng)壓力傳遞到復(fù)合載體下持力層后，壓力已經(jīng)明顯降低，小于持力土層承載力，由于復(fù)合載體夯擴樁的樁長較短，其載荷試驗曲線大都為一緩變型曲線，可見承載力主要通過復(fù)合載體傳遞到復(fù)合載體下持力層。

圖2為復(fù)合載體夯擴樁的受力簡化圖。當(dāng)承臺梁下采用復(fù)合載體夯擴樁時，樁端載體等效為在樁端深度形成一條形基礎(chǔ)；當(dāng)獨立柱基下采用復(fù)合載體夯擴樁，樁端載體等效為樁端深度處的一深層獨立基礎(chǔ)；當(dāng)采用滿堂布復(fù)合載體夯擴樁時，樁端載體在樁底等效為樁端深度處的筏板基礎(chǔ)，故復(fù)合載體夯擴樁施工工藝實際上是一種將條基、獨立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等進行深層施工的技術(shù)。

結(jié)合本場地地層條件，將復(fù)合載體樁端選擇在④層細(xì)砂上，可以充分發(fā)揮樁體作用，滿足設(shè)計要求。

2、CFG樁復(fù)合地基作用機理簡介

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，是在碎石樁基礎(chǔ)上加進一定比例的石屑、粉煤灰和水泥加水拌和制成的具有一定強度的樁，樁的承載力主要來自全樁長的摩阻力及樁端承載力，樁越長則承載力越高，樁端落在好土層時可很好地發(fā)揮端阻，在復(fù)合地基增強體（樁體）系列中，CFG樁的置換作用最強，復(fù)合地基承載力提高幅度大，復(fù)合模量高，地基變形小，是高粘結(jié)強度樁復(fù)合地基的代表，目前大量用于高層和超高層建筑地基加固，樁身強度等級多在C15～C25之間。CFG樁、樁間土和褥墊層一起形成復(fù)合地基，筏板基礎(chǔ)素混凝土墊層位于復(fù)合地基褥墊層上。其中褥墊層在保證樁、土共同承擔(dān)荷載、調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比，減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中發(fā)揮著重要作用。根據(jù)本場地地層情況，選擇第④層細(xì)砂作為CFG樁樁端持力層，其復(fù)合地基承載力和地基變形能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

3、以單棟主樓為對象，對CFG樁方案與復(fù)合載體夯擴樁方案進行成本比較在保證技術(shù)安全的前提下，企業(yè)已降低成本來最大限度提高市場競爭力，為此通過同一樓基礎(chǔ)兩種樁型的比較，可形象的說明問題。通過設(shè)計方案，比較如下：

通過以上基礎(chǔ)造價對比分析，單棟主樓基礎(chǔ)復(fù)合載體夯擴樁方案比CFG樁方案綜合造價低19.8萬元。

4、兩種樁型在工期進度、環(huán)境因素上的比較（單棟樓）

從工期上和對環(huán)境影響程度方面CFG樁方案略占優(yōu)勢，但結(jié)合場地實際情況，開工初期復(fù)合載體夯擴樁更適合本場地情況，在不對環(huán)境造成危害同時能消納現(xiàn)有場地建筑垃圾，既為建設(shè)方節(jié)約成本，又能美化環(huán)境。

5、比較結(jié)論：

通過以上三方面的比較，建設(shè)方選擇復(fù)合載體夯擴樁在某工程施工更經(jīng)濟合理。

三、復(fù)合載體夯擴樁在某工程應(yīng)用成果

1、復(fù)合載體夯擴樁的設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場勘察及室內(nèi)土工試驗成果，本場地勘察深度范圍內(nèi)的地層劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀(jì)沉積層三大類，根據(jù)各地層巖性及工程性質(zhì)指標(biāo)對各地層劃分為5大層及相應(yīng)亞層，各土層的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表1。

勘察期間各鉆孔均未見地下水，在設(shè)計計算時，不考慮地下水的影響。

a、持力層和樁長的確定

根據(jù)擬建工程的地質(zhì)勘察資料，選取層細(xì)砂④作為復(fù)合載體夯擴樁持力層，既復(fù)合載體夯擴樁等效基礎(chǔ)的底面位于細(xì)砂層的頂面。選取一代表性鉆孔進行計算，該孔細(xì)砂埋深為30.71m，獨立承臺埋深35.2m，復(fù)合載體夯擴樁的樁長為4.5m。

b、單樁承載力計算

復(fù)合載體夯擴樁復(fù)合載體持力層的修正深度并不是樁的長度，而是建筑物基底埋深與樁長深度之和，根據(jù)規(guī)范，承載力深度修正計算按現(xiàn)行地基規(guī)范：

式中：ηd為地基承載力深度修正系數(shù)；γm為載體基礎(chǔ)計算深度以上地基土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度（kN/m3）；d為等效基礎(chǔ)埋置深度，，L1根據(jù)地質(zhì)情況和填料略有差異，大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，一般取L1=2.0m，對于單樁承載力計算時，只考慮深度修正，而不考慮載體基礎(chǔ)的寬度修正。

基礎(chǔ)埋深d1一般自室外地平面算起。在填方整平地區(qū)可自填土地面算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工完成后時，應(yīng)從天然地面標(biāo)高算起。對于地下室采用箱形基礎(chǔ)或筏基時，基礎(chǔ)埋深深度自室外地面標(biāo)高算起，采用獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時從室內(nèi)地面算起。當(dāng)建筑物存在主裙樓一體結(jié)構(gòu)，主樓結(jié)構(gòu)承載力修正時的d1可以按基礎(chǔ)底面以上范圍內(nèi)的荷載按基礎(chǔ)兩側(cè)的超載考慮，當(dāng)超載寬度大于基礎(chǔ)寬度的兩倍時，將基礎(chǔ)折算成土層厚度作為基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)兩側(cè)超載寬度不等時，取折算深度中較小值。經(jīng)修正后，持力層地基土承載力修正為759kPa。設(shè)計樁徑為450mm，樁長9.0m，有效樁長為4.5m，樁身混凝土強度為C30，復(fù)合載體落在細(xì)砂層上，三擊貫入度不大于10cm，根據(jù)《復(fù)合載體夯擴樁設(shè)計規(guī)程》，Ae=1.9m2，單樁承載力Ra==1590kN>1500kN，滿足設(shè)計要求。

c、樁身混凝土強度的驗算

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的荷載，計算出荷載效應(yīng)基本組合時單樁上作用的豎向力，經(jīng)計算單樁上作用的豎向力為1500kN，樁身混凝土強度為C30，混凝土強度，fc=14.3N/mm2，0.7fcAp=0.7×14.3×3.14×4502/4=1591kN>1500kN，表明樁身混凝土強度滿足設(shè)計要求，選用直徑450mm的樁徑是可以的。

d、配筋

由于復(fù)合載體夯擴樁樁身混凝土主要起傳力杠作用，故只要滿足受力要求，滿足構(gòu)造配筋即可，主筋采用8φ12的縱向鋼筋，箍筋采用φ8@200，在樁頂1.5m內(nèi)進行加倍。

2、復(fù)合載體夯擴樁的施工

（1）合理安排打樁順序。由于單樁承載力高，三擊貫入度控制小，填料量大，因此合理安排打樁順序顯得尤為重要。鄰樁影響不得超過兩次，嚴(yán)格監(jiān)測相臨樁位移的變化，相鄰樁的豎向位移差不得大于20mm。（2）控制樁位。用經(jīng)緯儀和鋼尺按建筑物軸線定位樁孔，孔位偏差控制在100mm以內(nèi)。（3）嚴(yán)格控制樁垂直度。樁機定位后用細(xì)長錘成孔，由于護筒直徑與樁徑匹配，樁徑一般不宜出現(xiàn)偏差，但因為場地平整等原因，樁機的打樁架可能不垂直于地面，造成護筒不垂直，直至樁孔不垂直，所以在成孔前與成孔過程中，要嚴(yán)格控制打樁架的垂直度，確保樁孔垂直度在允許偏差1%之內(nèi)。（4）嚴(yán)格控制三擊貫入度。打擊護筒使其沉放至設(shè)計標(biāo)高后，（工程樁端持力層為細(xì)砂層頂），細(xì)長錘錘擊出護筒約3cm，連續(xù)三擊的貫入度要嚴(yán)格控制在10mm以內(nèi)，并且夯擊后地面隆起不得大于50mm。（5）控制夯擴體的投料量。樁孔成型后，分批填入磚、碎石與干硬性混凝土，反復(fù)夯實擠密。投料量根據(jù)每根樁所處的地質(zhì)條件異同而變化，投入不宜小于0.5m3，且不宜大于1.8m3，如投入量大于1.8m3時，應(yīng)調(diào)整樁長或改變施工參數(shù)，結(jié)合試樁的實際情況由設(shè)計人員定出投料量。（6）控制鋼筋籠的制作與安放。鋼筋籠采用點焊制作而成，縱向鋼筋連接采用雙面焊，焊接要注意同心與焊條規(guī)格，同一截面上縱向鋼筋接頭不得超過50%，箍筋間距和加勁筋的距離要嚴(yán)格按設(shè)計文件要求執(zhí)行。鋼筋籠安放時要對準(zhǔn)孔位，注意就位后固定。（7）控制混凝土灌注質(zhì)量。本工程采用C30混凝土，開盤前，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土坍落度，混凝土坍落度應(yīng)根據(jù)地下水位、樁徑等因素確定，一般為140～160mm?；炷恋臐沧⒘恳罁?jù)理論計算值進行控制，如發(fā)現(xiàn)異常，要及時解決?；炷翝沧⑼瓿珊?，提出護筒，護筒提升過程中應(yīng)嚴(yán)格控制速度，密切觀察混凝土的沉降量，拔管速度過快易出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至斷樁。護筒提出后，插入振搗棒進行振搗，注意插入深度，并“快插慢拔”。

5復(fù)合載體夯擴樁的檢測

為了了解施工完畢的復(fù)合載體夯擴樁的施工質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求，我們對施工完畢的復(fù)合載體夯擴樁進行了檢測，復(fù)合載體夯擴樁的檢測包括2部分：靜載荷試驗檢測和低應(yīng)變完整性的檢測。

靜載荷試驗采用堆載方法進行試驗，試驗加載到設(shè)計要求單樁承載力特征值的2倍即3000kN，按總樁數(shù)量的1%進行隨機抽取，但不少于3根，本小區(qū)共進行了28根靜載荷試驗，所有試樁在2倍設(shè)計荷載下變形最大為18mm，未達到極限，故承載力都滿足設(shè)計要求，圖4為部分試樁的載荷試驗Q-s曲線。

低應(yīng)變完整性檢測是為了檢測樁身混凝土質(zhì)量的一種方法，由于靜載荷試驗檢測數(shù)量比較少，往往低應(yīng)變完整性檢測作為樁基礎(chǔ)的輔助設(shè)計進行，按照規(guī)范隨機抽取20%的樁進行檢測，經(jīng)檢測，所有檢測的樁，樁底反射明顯，波列清晰，表明樁身完整性也滿足設(shè)計要求。

6.結(jié)論

該工程地基加固以歷時約2年，經(jīng)過對主體結(jié)構(gòu)的沉降觀測，基礎(chǔ)沉降很小，地基加固是個非常成功的。做到了技術(shù)上安全，同時為建設(shè)單位節(jié)省造價。復(fù)合載體夯擴樁地基加固工藝由于具有諸多優(yōu)點，目前在全國已被廣泛采用，為國家節(jié)約了大量的建設(shè)資金。

參考文獻：

[1]張東剛，閻明禮，馬驥.CFG樁復(fù)合地基在北京望京高校小區(qū)高層建筑中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2000.

[2]賀武斌，梁仁旺，王奎華.關(guān)于半剛性樁復(fù)合地基若干問題的研究[J].水利學(xué)報，2003（5）.

[3]復(fù)合載體夯擴樁技術(shù)初探--《科技資訊》2011年34期.

[4]葉書麟.地基處理工程實例應(yīng)用手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[5]JGJ135/2001復(fù)合載體夯擴樁設(shè)計規(guī)程.

[6]淺談復(fù)合載體夯擴樁的施工工藝--《科技信息》2009年09期.

[7]復(fù)合載體夯擴樁施工技術(shù)淺談—《城市建設(shè)理論研究》—2011年第28期.