CFG樁復(fù)合地基在公路擋墻地基處理中的應(yīng)用

劉洋宇+王亮

【摘 要】作為復(fù)合地基的CFG樁具有承載力提高幅度大，地基變形小及適用廣等特點(diǎn)，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。論文文結(jié)合實(shí)際工程，對CFG樁基本原理、設(shè)計方法及應(yīng)用做了介紹。

【Abstract】CFG， the composite pile foundation has been widely used as its characters of higher bearing capacity， smaller foundation deformation and wide application. This paper， based on practical projects， introduces the basic principles， design methods and its application of the composite pile foundation.

【關(guān)鍵詞】CFG樁；復(fù)合地基處理法；承載力

【Keywords】CFG pile；measures to deal with the composite pile foundation； bearing capacity

【中圖分類號】TU198 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）01-0164-02

1 復(fù)合地基簡介

復(fù)合地基指部分土體被增強(qiáng)或被置換，形成由地基土和豎向增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的人工地基，復(fù)合地基強(qiáng)調(diào)樁與樁間土共同承擔(dān)荷載。根據(jù)樁體材料的不同，可分為兩類，其一是有粘結(jié)強(qiáng)度的樁，如：CFG樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、夯實(shí)水泥土樁；其二是無粘結(jié)強(qiáng)度的樁，如：振沖碎石樁和沉管砂石樁、灰土擠密樁和土擠密樁、柱錘沖擴(kuò)樁等。

2 CFG樁設(shè)計方法

2.1 適用性及效果

CFG樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁。樁、樁間土和褥墊層構(gòu)成復(fù)合地基。

就地基土質(zhì)而言，CFG樁復(fù)合地基適用于處理粉土、黏性土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。但對淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性，就基礎(chǔ)形式而言，既可適用于筏基、箱基，也可用于條基、獨(dú)立基礎(chǔ)等。

通過CFG樁復(fù)合地基處理后的地基，不但可以較大程度地提高地基承載力，還可降低地基變形。工程實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)表明，此法在抗震設(shè)防區(qū)也有較好的效果。如成都某建筑40層，高度119.9m，持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，采用該法處理后，承載力和變形均滿足規(guī)范要求，并且經(jīng)受住了汶川“5.12”地震的考驗(yàn)。

2.2 加固機(jī)理

CFG樁復(fù)合地基通過半剛性樁體置換原相對柔性的地基土，樁體起加筋、排水作用，并通過褥墊層使樁體與樁間土兩種介質(zhì)共同承擔(dān)荷載，形成復(fù)合地基。

2.3 設(shè)計計算

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計依據(jù)為：勘察報告、場地條件、結(jié)構(gòu)形式、對承載力和變形的要求及現(xiàn)有的施工機(jī)械種類、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等。

第一，設(shè)計原則。滿足承載力和變形要求，滿足樁與樁間土變形協(xié)調(diào)要求。第二，持力層選擇。應(yīng)盡量選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為持力層，以充分發(fā)揮樁的端阻力，也可避免地基巖性變化引起的不均勻沉降，同時，好的持力層能讓沉降穩(wěn)定加快。目前施工工藝可以實(shí)現(xiàn)較長的樁長，因此在相對軟弱層不是很厚的情況下，盡量采用穿過軟層而進(jìn)入硬層的樁體。第三，樁徑、樁間距、布樁范圍。樁徑應(yīng)根據(jù)成孔施工工藝，如長螺旋鉆中心壓灌、成孔和振動沉管成樁、泥漿護(hù)壁鉆孔成樁等，選擇在300～800mm之間。樁間距應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)形式、地基土性、施工工藝以及設(shè)計所需的承載力和變形要求綜合確定。當(dāng)樁長范圍內(nèi)有飽和粉土、淤泥等時，采用長螺旋鉆孔中心壓灌成樁施工中可能發(fā)生竄孔、縮頸時宜采用較大樁距；對不可擠密土和擠土成樁工藝宜采用較大樁距。CFG樁可只在基礎(chǔ)內(nèi)布置，通常可采用等邊三角形和正方形布置；還可以與其他樁型組合形成多樁型復(fù)合地基，以適用地基承載力和變形要求更高的地基。第四，褥墊層。設(shè)置0.4～0.6倍樁徑厚度的，由中砂、粗砂、級配碎石等組成褥墊層，可以起到保證樁和樁間土共同承擔(dān)荷載、減少基底應(yīng)力集中、調(diào)整樁與樁間土水平荷載分擔(dān)比例、充分發(fā)揮樁間土豎向承載力的作用。第五，承載力。對CFG樁復(fù)合地基承載力特征值fspk按下式計算：其中Ra為單樁豎向承載力特征值，它由兩類承載力控制：其一是由（2）式表達(dá)的樁周土對樁體產(chǎn)生的樁側(cè)摩阻力及樁端土對樁體提供的樁端阻力之和；其二是由（3）式表達(dá)的樁體材料強(qiáng)度。Ra對承載力影響較大，采用較好的持力層可以增大參數(shù)qp值，采用較高的材料強(qiáng)度可增大fcu值，均對提高承載力有幫助。復(fù)合地基基礎(chǔ)寬度地基承載力修正系數(shù)取0，基礎(chǔ)埋深承載力修正系數(shù)取1。第六，變形。復(fù)合地基變形計算深度應(yīng)大于復(fù)合土層，復(fù)合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，ζ為復(fù)合地基承載力特征值與基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值之比。通常ζ>1，因此復(fù)合土層內(nèi)的土體壓縮模量增加，該區(qū)段恰好處于附加應(yīng)力面積較大區(qū)，因此對地基變形起主導(dǎo)作用；而復(fù)合土層以下土層雖然壓縮模量未增加，但處于附加應(yīng)力面積較小區(qū)，其對地基變形起次要作用[1]。綜上所述，基底地基層次中，位于上部的復(fù)合土層因壓縮模量的增大而使得地基變形量減小。

3 CFG樁施工工藝與檢驗(yàn)

3.1 施工工藝

施工工藝可分兩大類：對樁間土產(chǎn)生擾動或擠密的施工工藝，如振動沉管打樁機(jī)成孔制樁；對樁間土不產(chǎn)生擾動或擠密的施工工藝，如長螺旋鉆灌注成樁。

3.2 檢驗(yàn)

檢驗(yàn)分施工質(zhì)量檢驗(yàn)、竣工驗(yàn)收檢驗(yàn)、承載力檢驗(yàn)以及樁身完整性檢驗(yàn)等。

4 CFG樁在工程上的應(yīng)用

4.1 工程概況

某二級公路位于西雙版納，全長38km，設(shè)計速度60km/h，路基寬12m，公路為Ⅱ級，沿江而建，抗震設(shè)防烈度為8°；道路中間規(guī)劃一水電站，正常蓄水位會導(dǎo)致電站上游路段的部分擋墻基底、墻身淹沒。擋土墻共由5種形式，分別如下：非浸水地區(qū)：俯斜式路肩、衡重式路肩、俯斜式路堤擋土墻；浸水地區(qū)：俯斜式路堤、衡重式路肩擋土墻。endprint

4.2 設(shè)計思路

第一，梳理。地基設(shè)計時，根據(jù)路線規(guī)劃圖、路線縱斷面地質(zhì)填圖、地勘報告、路基橫斷面圖、擋墻布置表、擋墻標(biāo)準(zhǔn)圖、并考慮浸水對地基承載力和土壓力計算的影響，將路線、擋墻、地勘進(jìn)行一一對應(yīng)，對全線擋墻進(jìn)行梳理，將地基承載力不滿足段的樁號理出，優(yōu)先采用換填法處理。當(dāng)采用換填措施后，地基承載力仍不能滿足設(shè)計承載力要求時，則采用復(fù)合地基方法。根據(jù)地勘報告及規(guī)范，本工程擋墻地基土以黏性土為主，結(jié)合對當(dāng)?shù)靥幚斫?jīng)驗(yàn)的調(diào)查，能采用CFG樁復(fù)合地基處理。第二，統(tǒng)計。對需要進(jìn)行CFG樁處理的擋墻段，列表統(tǒng)計相關(guān)資料：運(yùn)營期是否浸水、擋墻形式、基底寬度、擋墻所需承載力、地基土質(zhì)、地下水位、地基土承載力、樁側(cè)摩阻力、樁端阻力、基底至承載力相對較高土層的距離等，將設(shè)計所需資料進(jìn)行統(tǒng)計，為詳細(xì)設(shè)計做好準(zhǔn)備。第三，設(shè)計計算。根據(jù)統(tǒng)計資料及規(guī)范，對由CFG樁處理的擋墻段進(jìn)行設(shè)計計算。采用置換率高的正三角形布樁法，通過試算確定合理樁徑、樁間距。樁長方面，考慮擋墻對地基承載力的要求隨墻高、形式的不同而不同，以及實(shí)際地質(zhì)情況與勘查地質(zhì)填圖的可能差異等多種因素，因而設(shè)計時給出標(biāo)準(zhǔn)圖形式，采用參數(shù)化設(shè)計方法，以樁長為變量，通過調(diào)整樁長獲得不同的承載力，滿足各段需要處理的擋墻的承載力需求。

承載力設(shè)計的同時，對擋墻所處場地的穩(wěn)定性、復(fù)合地基變形等也需驗(yàn)算。同時在設(shè)計文件應(yīng)提出對施工、檢驗(yàn)的相應(yīng)要求。

需要注意的是：①擋墻基底采用凸榫結(jié)構(gòu)時，凸榫及其放坡線范圍的CFG樁樁頂高程應(yīng)根據(jù)凸榫高度降低；當(dāng)擋墻基底為斜坡時，采用變厚度褥墊層，并沿基底傾斜方向，CFG樁樁頂高程也相應(yīng)傾斜；②CFG樁設(shè)計時按地勘資料選擇承載力和模量相對較高的土層作為樁端持力層。若施工時，發(fā)現(xiàn)在本設(shè)計所列樁長范圍內(nèi)，樁底土層承載力仍未提高，應(yīng)加長樁長[2]。

4.3 設(shè)計成果

設(shè)計成果為：樁直徑0.5m，平面上按正三角形布置，樁間距1.5m，樁長有6～8m、11m、12m；褥墊層采用0.2m厚度的級配碎石，碎石粒徑為8～20mm，夯填度不大于0.9，每邊寬出基底0.5m，CFG樁樁頂嵌入褥墊層不低于10cm；對CFG樁樁體的要求：樁體混合料試塊（邊長為150mm立方體）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d立方體抗壓強(qiáng)度平均值不低于12MPa；復(fù)合地基的地基承載力是原狀土的1.3～2倍，提高效果明顯，復(fù)合土層的壓縮模量亦相應(yīng)提高，沉降滿足要求。

5 結(jié)語

CFG樁復(fù)合地基的優(yōu)勢使得其擁有廣泛的使用前景，從設(shè)計到施工到檢驗(yàn)，每個環(huán)節(jié)均不可少，其中設(shè)計是最關(guān)鍵的，需對結(jié)構(gòu)需求、地勘報告、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)、施工水平等進(jìn)行全方位評價后，對每個設(shè)計參數(shù)都應(yīng)細(xì)致設(shè)計，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。

【參考文獻(xiàn)】

【1】GB50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

【2】JGJ 79-2012.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].endprint