軟土場地CFG樁復(fù)合地基適用性試驗(yàn)研究

陸 波

(中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

1 概述

軟土地基在浙江東部沿海廣泛分布，該廠址區(qū)域內(nèi)上部有7～15 m厚的軟土，且以工程性質(zhì)差的淤泥或淤泥質(zhì)土層為主，具有厚度大、含水量高、孔隙比大、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度小、承載力低等特性。廠內(nèi)主要建筑物采用樁基礎(chǔ)，輔助及附屬、部分水工等對地基承載力和變形要求相對較小的建(構(gòu))筑物，計(jì)劃利用地基處理后的復(fù)合地基作為持力層，復(fù)合地基承載力特征值要求大于120 kPa。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擬采用CFG樁復(fù)合地基作為本工程淺地基處理的主要形式。CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》7.7節(jié)此種復(fù)合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基，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。而本工程所在的浙江沿海地區(qū)有關(guān)CFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)很少，因此需進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，以確定有關(guān)施工和設(shè)計(jì)參數(shù)。

2 CFG樁設(shè)計(jì)及施工

試驗(yàn)場地地層及CFG樁設(shè)計(jì)參數(shù)見圖1所示，樁長為22.0 m，樁徑為0.40 m，樁位5×5正方形布置，間距為1.6 m，樁體強(qiáng)度為C20。

圖1 CFG樁豎向布置圖

見圖1，本次試驗(yàn)成樁采用振動(dòng)沉管灌注成樁，表層碎石為廠平期間開山碎石，成樁前使用挖掘機(jī)將其清除，并下放Φ460的護(hù)筒，隨即在護(hù)筒周圍回填碎石以固定護(hù)筒，未壓實(shí)。護(hù)筒長6 m，進(jìn)入淤泥層約3 m。使用起重機(jī)起吊液壓振動(dòng)錘并鉗住孔徑為Φ400 mm套管頂部，吊裝定位，延護(hù)筒垂直振動(dòng)下放套管，套管進(jìn)入③黏土層約0.5 m。采用GXY－1型鉆機(jī)延套管鉆進(jìn)成孔，鉆孔深度為220 m。成孔結(jié)束后，采用潛水泵抽排出套管內(nèi)的泥水，并及時(shí)灌入混合料。當(dāng)套管充滿混合料后振動(dòng)勻速上拔套管。為了使樁土在受荷時(shí)能協(xié)調(diào)變形，需要在樁頂鋪設(shè)一定厚度的褥墊層，本次試驗(yàn)采用30 cm厚的中粗砂。

樁體混合料配合比為水：水泥：粗骨料：砂：Ⅲ級粉煤灰=275∶320∶1106∶738∶40；混凝土坍落度為40～50 mm。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 低應(yīng)變監(jiān)測

分別于休止期內(nèi)和載荷試驗(yàn)后進(jìn)行低應(yīng)變法檢測，所有工程樁有效樁長均大于22.0 m，樁身完整性較好，均為Ⅰ類樁，占所測樁數(shù)的100%。

3.2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

各試樁混凝土齡期滿足規(guī)范要求后，進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)和復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。豎向抗壓靜載試驗(yàn)選擇3根試樁采用慢速荷載維持法進(jìn)行。

各試樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值及豎向抗壓承載力特征值見表1。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

3.3 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

本次采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，由于本試驗(yàn)布樁面積置換率為0.05(計(jì)算見4結(jié)果分析)，進(jìn)而計(jì)算單樁處理面積為2.5 m2，故承壓板采用1.6 m×1.6 m的正方形鋼板。

選擇3根試樁進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，以C7試樁為例，各樁荷載－沉降(P～S)曲線均為陡降型，陡降段拐點(diǎn)即極限荷載所對應(yīng)的荷載值。

各單樁復(fù)合地基極限承載力，單樁復(fù)合地基承載力特征值見表2。

表2 單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)果分析

4.1 復(fù)合地基效果

復(fù)合地基的設(shè)計(jì)原理是通過變形協(xié)調(diào)使增強(qiáng)體與土共同承載的效果。

本次試驗(yàn)根據(jù)復(fù)合地基承載力特征值fspk=115 kPa與承壓板面積2.56 m2，可知達(dá)到復(fù)合地基承載力特征值時(shí)豎向荷載為294.4 kN，該荷載略小于且十分接近單樁承載力特征值Ra=306 kN。

圖2 單樁復(fù)合地基Q～s、s-lgQ和s～lgt關(guān)系曲線

復(fù)合地基載荷試驗(yàn)極限承載力對應(yīng)位移均接近且略大于單樁豎向抗壓極限承載力對應(yīng)位移，且均為陡降型破壞模式，因此復(fù)合地基的破壞同樣以CFG樁的破壞為標(biāo)志。

以上兩點(diǎn)表明雖然處理后地基可滿足120 kPa的承載力需求，但未充分發(fā)揮復(fù)合地基效果，即樁間土承載力發(fā)揮甚微。

4.2 樁間土承載力發(fā)揮程度

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79－2012)條文7.7.2第6款，CFG樁復(fù)合地基的承載力特征值按下式計(jì)算：

式中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值(115 kPa)；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)；m為面積置換率，m=d2/de2=0.05；de為根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效直徑(m)，正方形布置時(shí)，其值為1.13S，S為樁間距；Ra為單樁承載力特征值(306 kN)；Ap為CFG樁截面積(0.126 m2)；β為樁間土承載力折減系數(shù)；fsk為處理后樁間土承載力特征值( kPa)。將以上已知條件代入，式(1)轉(zhuǎn)化為

經(jīng)4.1節(jié)分析，單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ應(yīng)取大值，λ=0.8～1.0，進(jìn)而β·fsk=0～18.5 kPa，表層回填碎石由于未壓實(shí)，且無載荷試驗(yàn)資料，但其與①淤泥層的綜合承載力特征值應(yīng)大于35 kPa，因此樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β的最大取值約為0.5，遠(yuǎn)小于規(guī)范條文給出的0.9～1.0的經(jīng)驗(yàn)值。

5 結(jié)論與建議

本文通過CFG樁單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)和復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)成果的對比分析，得出如下結(jié)論及建議：

(1)本場地CFG樁復(fù)合地基的破壞以樁的破壞為標(biāo)志。

(2)復(fù)合地基效果未充分發(fā)揮，即樁間土承載力發(fā)揮甚微，CFG樁復(fù)合地基在深厚軟土地基條件下適用性較差。

(3)樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β的最大取值約為0.5，遠(yuǎn)小于規(guī)范條文給出的0.9～1.0的經(jīng)驗(yàn)值。

(4)建議在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，可以將褥墊層厚度適當(dāng)增大，以提高樁間土體分擔(dān)荷載的比例。

[1] J220－2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]．2012．

[2] 郝東明．CFG樁復(fù)合地基在軟土環(huán)境中的應(yīng)用[J]．山西建筑，2011，(1)．

[3] 徐磊．CFG 樁復(fù)合地基在軟土地區(qū)回填場地中的應(yīng)用[J]．浙江電力，2014，(7)．

[4] 王誼，陳邱云，?？。肅FG樁復(fù)合地基處理水利工程中軟土地基的應(yīng)用[J]．水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2011，(6)．