載荷試驗(yàn)法確定CFG樁單樁復(fù)合地基承載力

姜勇

摘 要：在工程建設(shè)中正確合理的巖土工程技術(shù)指標(biāo)，對(duì)確立基礎(chǔ)形式、核算工程造價(jià)、計(jì)劃建設(shè)周期以及控制工程質(zhì)量至關(guān)重要，本次通過(guò)精心的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)過(guò)程控制和合理的成果技術(shù)分析，成功對(duì)擬建工程場(chǎng)地進(jìn)行了CFG樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，較好地掌握了CFG樁單樁復(fù)合地基的承載性能，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了可靠的巖土工程技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：工程建設(shè) CFG樁地基處理 載荷試驗(yàn) 單樁復(fù)合地基承載力

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（b）-0060-04

某大型工程建設(shè)項(xiàng)目位于遼河三角洲沖積平原地區(qū)，根據(jù)擬建場(chǎng)地的巖土工程勘察報(bào)告，該區(qū)域的地層主要由第四系的粘性土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土及粉細(xì)砂組成，上部地基土層工程性質(zhì)較差，不能滿足擬建建筑物天然地基要求，需進(jìn)行地基處理。經(jīng)多方分析比較及論證，決定本工程主要建構(gòu)筑物采用CFG樁復(fù)合地基[1]。為合理確定CFG樁單樁復(fù)合地基的承載力，了解CFG樁在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘性土、粉土以及粉細(xì)砂地層中處理的適宜性，為設(shè)計(jì)提供合理的計(jì)算參數(shù)，本工程開展了CFG樁單樁復(fù)合地基試驗(yàn)工作。

1 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地形平坦開闊，地貌上屬遼河三角洲沖積平原，高程介于2.80～3.58m之間，其地層巖性自上而下為以下幾個(gè)方面。

①粉質(zhì)粘土：黃褐色，無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光澤，可塑狀態(tài)，該層在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍，層厚0.90～4.50m。

①1粉質(zhì)粘土：黃褐色，干強(qiáng)度、韌性中等，軟塑狀態(tài)，該層僅在局部見(jiàn)有，層厚2.00～4.40m。

②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰黑色，含腐殖質(zhì)，有腥臭味，流塑狀態(tài)，該層僅在局部見(jiàn)有，層厚1.30～5.10m。

②1粉土：灰色，搖振反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性低，稍密狀態(tài)，很濕。該層在場(chǎng)地內(nèi)分布普遍，層厚0.90～7.60m。

③粉砂：深灰色，稍密狀態(tài)，飽和，顆粒成分主要以長(zhǎng)石、石英為主，見(jiàn)少量貝殼，該層僅在局部見(jiàn)有，層厚0.60～6.80m。

③1粉質(zhì)粘土：灰色，無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度、韌性低，軟塑～可塑狀態(tài)，該層僅在局部見(jiàn)有，層厚0.50～3.90m。

④細(xì)砂：灰白色，密實(shí)狀態(tài)，飽和，顆粒成分主要以長(zhǎng)石、石英為主，分選、磨圓一般，該層分布普遍，層厚1.00～19.00m。

⑤粉質(zhì)粘土：灰色，可塑～硬塑狀態(tài)，稍有光澤，韌性、干強(qiáng)度中等，該層在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，本次勘察未穿透該層。

擬建場(chǎng)地的地下水為第四系松散層孔隙承壓水，勘測(cè)期間水頭埋深2.5～3.0m，該地下水主要接受大氣降水及上游地下水的徑流補(bǔ)給，以蒸發(fā)、向下游徑流及人工開采等方式排泄。該地區(qū)地下水年變幅為1.00～2.00m。

2 CFG樁單樁復(fù)合地基試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)區(qū)的選擇及勘察

試驗(yàn)區(qū)應(yīng)選在地層具有代表性的地段，并盡量靠近工程樁的使用區(qū)，且又不影響今后的工程施工，本次試驗(yàn)區(qū)位置由業(yè)主、總圖及結(jié)構(gòu)專業(yè)共同研究確定。

為進(jìn)一步查明試樁區(qū)地層情況，合理確定試樁的樁徑、樁長(zhǎng)及樁端持力層，試樁施工前又布置靜力觸探孔、勘探孔各一眼，對(duì)試樁區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘察，勘察結(jié)果如表1所示。

2.2 樁距、樁長(zhǎng)及樁位布置

本次試驗(yàn)共進(jìn)行3根CFG樁單樁復(fù)合地基試樁，設(shè)計(jì)樁徑為Φ400mm，樁長(zhǎng)12m，樁間距1.20m，樁頂高程0.50 m，樁端持力層為④細(xì)砂層，采用正方形布樁，樁身強(qiáng)度相當(dāng)C25。試驗(yàn)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

2.3 CFG樁施工

2.3.1 施工設(shè)備及材料

CFG樁施工采用DJK800型步履式長(zhǎng)螺旋打樁機(jī)，該型機(jī)重心穩(wěn)定、移動(dòng)靈活、鉆桿強(qiáng)度高、能原地旋轉(zhuǎn)360°打樁。CFG樁為水泥粉煤灰碎石樁，混凝土強(qiáng)度相當(dāng)C25，混凝土坍落度160～200mm，混凝土供應(yīng)采用商品混凝土。

2.3.2 施工技術(shù)要求

（1）鉆機(jī)就位時(shí)做到機(jī)座平穩(wěn)，鉆頭中心與樁位偏差不得大于20mm，開孔時(shí)將鉆頭兩活瓣合攏。

（2）在鉆進(jìn)過(guò)程中，隨時(shí)檢查鉆機(jī)的平穩(wěn)狀態(tài)和垂直度，確保樁孔垂直度偏差<1%。

（3）成樁過(guò)程中，為防止第③層粉砂砂串孔，采用跳打方式成孔。

（4）開孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度終孔，提鉆200mm左右，開動(dòng)輸送泵泵送混合料。

（5）按照泵送混合料速度邊送料邊提鉆，提鉆的速度應(yīng)在1.5～2.0m/min，應(yīng)保持鉆桿中的混凝土面比孔內(nèi)混凝土面高出3～5m，應(yīng)確保在砂層中成樁不縮徑、不坍塌。

（6）成樁過(guò)程中應(yīng)抽樣做混合料試塊，要求每臺(tái)機(jī)械每臺(tái)班不少于一組。

（7）提鉆至設(shè)計(jì)樁頂并留出保護(hù)樁長(zhǎng)不小于0.50m。

2.4 試坑開挖、截樁及樁身的檢測(cè)

試驗(yàn)樁滿足規(guī)定養(yǎng)護(hù)期后即可進(jìn)行試坑開挖，設(shè)計(jì)要求樁頂高程0.50m，因此試坑開挖深度為-2.5m。本次試樁采用堆載，為保證加荷平臺(tái)支點(diǎn)與承壓板邊的凈距大于2m，試坑底邊長(zhǎng)、寬按13.0m×6.0m考慮。試坑開挖時(shí)要求施工機(jī)械輕挖、輕起，避免施工機(jī)械對(duì)樁頭產(chǎn)生大力碰撞，使樁頭或樁在基礎(chǔ)下部折斷?；拥酌嬉陨项A(yù)留300mm土層用作人工清理。

CFG樁為水泥粉煤灰碎石樁，內(nèi)部不設(shè)置鋼筋，抗撞擊能力及抗彎曲能力較差，極易折斷，因此本次截樁頭采取了在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高處用打磨機(jī)沿樁圓周由外向里切割的方法，并保持切割面在同一個(gè)水平基準(zhǔn)上。為確保樁身質(zhì)量，本次試驗(yàn)前抽選3組試塊到質(zhì)檢部門進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，同時(shí)采用低應(yīng)變手段，對(duì)截完樁頭的CFG樁逐一的進(jìn)行了樁身完整性檢測(cè)，結(jié)果表明試驗(yàn)區(qū)的CFG樁的樁身強(qiáng)度和樁身完整性均滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 試驗(yàn)方法

將試樁周圍的地基土人工清理至設(shè)計(jì)樁頂頂面，并保持地基土為原狀結(jié)構(gòu)土層，為使樁、土能更好地發(fā)揮共同承擔(dān)荷載的作用，樁頂及四周需鋪設(shè)200mm厚的級(jí)配碎石褥墊層，用水平尺找平，然后安裝承壓板、千斤頂及反力堆載裝置等，承壓板為圓形剛性承壓板，面積1.45m2，與一根樁承擔(dān)的處理面積相當(dāng)，承壓板的中心應(yīng)與樁的中心重合。試驗(yàn)每級(jí)加荷75kPa，預(yù)估最大加載900kPa，荷載大小由安裝在油泵油路上的壓力傳感器通過(guò)“RS-JYC”型樁基靜載荷測(cè)試分析系統(tǒng)自動(dòng)控制和記錄。試驗(yàn)設(shè)備安裝見(jiàn)圖2。試驗(yàn)方法完全按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[2]的有關(guān)要求進(jìn)行。

3 試驗(yàn)成果及分析

3.1 試驗(yàn)成果

S01試驗(yàn)點(diǎn)累計(jì)歷時(shí)5600min，當(dāng)加至第10級(jí)825kPa時(shí)，沉降急劇增大，累計(jì)沉降量大于承壓板直徑6%，終止加荷，總沉降達(dá)106.45mm，最大回彈量5.36mm，回彈率5.0%。

S02試驗(yàn)點(diǎn)累計(jì)歷時(shí)6450min，當(dāng)加至第10級(jí)825kPa時(shí)，沉降急劇增大，累計(jì)沉降量大于承壓板直徑6%，終止加荷，總沉降達(dá)133.67mm，最大回彈量9.13mm，回彈率6.8%。

S03試驗(yàn)點(diǎn)累計(jì)歷時(shí)5430min，當(dāng)加至第9級(jí)750kPa時(shí)，沉降量加大且24h未穩(wěn)定，終止加荷，總沉降達(dá)107.66mm，最大回彈量8.03mm，回彈率7.5%。

S01、S02、S03這3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基荷載及沉降（P～S）曲線見(jiàn)圖3、圖4、圖5。

3.2 成果分析

S01試驗(yàn)點(diǎn)P～S曲線上有比例界線，且比例界限2倍不大于極限值，因此比例界限對(duì)應(yīng)的荷載值即為承載力特征值，S01比例界限為25.4mm，對(duì)應(yīng)的荷載值為300kPa；S02試驗(yàn)點(diǎn)在荷載825kPa作用下，沉降出現(xiàn)陡降，取其前一級(jí)荷載750kPa作為極限荷載，承載力特征值為375kPa，對(duì)應(yīng)沉降為50.07mm；S03試驗(yàn)點(diǎn)在750kPa荷載作用下，24h內(nèi)沉降未達(dá)到穩(wěn)定，該荷載的前一級(jí)荷載675kPa為極限荷載，承載力特征值為337.5kPa，對(duì)應(yīng)沉降為43.12mm。3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)極差占平均值的比例為22.22%﹤30%，所以擬建工程CFG樁單樁復(fù)合地基的承載力特征值取S01、S02、S03這3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值的平均值，即337.5kPa，對(duì)應(yīng)的平均沉降為39.53mm[2-3]。

4 結(jié)語(yǔ)

為切實(shí)了解擬建工程復(fù)合地基的巖土工程特性，更好地為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)服務(wù)，本工程對(duì)CFG樁單樁復(fù)合地基進(jìn)行了載荷試驗(yàn)，從試驗(yàn)區(qū)位置的確立，到對(duì)試樁區(qū)進(jìn)行的細(xì)致勘察；從對(duì)施工設(shè)備及材料的選擇，到對(duì)成樁質(zhì)量的嚴(yán)格控制；從對(duì)試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，到對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析整理，整個(gè)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)合理，過(guò)程周密嚴(yán)謹(jǐn)，成果詳實(shí)可靠，客觀真實(shí)地反映了擬建場(chǎng)地CFG樁單樁復(fù)合地基承載性能，從而為本工程合理的確立基礎(chǔ)形式和進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆明禮，張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2] JCJ79-2012，中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DL/T 5024-2005，電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.