碎石樁+CFG樁處理紅黏土地基實(shí)例分析

王 偉 兵

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)公司，山西 太原 030009)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，民用航空事業(yè)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的階段，為了適應(yīng)未來(lái)航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，全國(guó)掀起了新一輪的機(jī)場(chǎng)建設(shè)熱潮。各地方為了保持自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)機(jī)場(chǎng)建設(shè)的重視程度越來(lái)越高，大規(guī)模的啟動(dòng)各項(xiàng)機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目以滿足客流與物流高速增長(zhǎng)的需求。貴州某機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建項(xiàng)目經(jīng)國(guó)家發(fā)改委批復(fù)：“本期工程按照2025年旅客吞吐量3 000萬(wàn)人次、貨郵吞吐量25萬(wàn)t的目標(biāo)設(shè)計(jì)，飛行區(qū)等級(jí)指標(biāo)4E?！爆F(xiàn)已全面進(jìn)入施工階段，由于工程區(qū)域存在大面積紅黏土范圍，在本工程部分紅黏土范圍采用碎石樁+CFG樁組合型復(fù)合地基處理。其處理效果較好。

下面以一實(shí)例介紹碎石樁+CFG樁組合型復(fù)合地基處理在紅黏土建筑工程中的應(yīng)用情況。

1 工程概況

某機(jī)場(chǎng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，該工程建筑場(chǎng)地范圍內(nèi)地層巖性及性質(zhì)為：①植物土層；②填土層；③湖積層；④殘坡積層(④-3紅黏土；④-2紅黏土；④-1紅黏土)；⑤漏斗充填物；⑥土洞；⑦溶洞；⑧-1強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r；⑧-2中等風(fēng)化灰?guī)r；⑨-1強(qiáng)風(fēng)化白云巖；⑨-2中等風(fēng)化白云巖。

場(chǎng)區(qū)發(fā)育的斷裂對(duì)場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定性影響較小，未發(fā)生過(guò)破壞性地震，施工階段對(duì)地質(zhì)災(zāi)害及不良地質(zhì)進(jìn)行處理可規(guī)避或減輕對(duì)建設(shè)危害性，場(chǎng)地穩(wěn)定性較好。場(chǎng)區(qū)未見(jiàn)大的褶皺分布，區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌雖少量發(fā)育，但規(guī)模較小，為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)。區(qū)內(nèi)地貌單元主要為丘陵和低山，其表層為填土、耕植土，上部為紅黏土，下部為基巖，局部溶蝕槽谷、溶蝕洼地底部存在軟弱土，厚度小于10 m；地下水埋深0.30 m～14.50 m，主要為包氣帶上層滯水、基巖裂隙水。紅黏土在該區(qū)內(nèi)分布較廣，場(chǎng)地整平后，跑道基礎(chǔ)下部分布的紅黏土、軟弱土，易產(chǎn)生不均勻沉降，該區(qū)域進(jìn)行地基處理后可滿足要求。綜合分析，該場(chǎng)地適宜機(jī)場(chǎng)建設(shè)。

紅黏土在全場(chǎng)廣泛分布，厚度一般為2 m～8 m，最大可達(dá)17.0 m。根據(jù)勘察報(bào)告，該區(qū)可塑～硬塑紅黏土具弱膨脹潛勢(shì)，且以收縮為主，膨脹等級(jí)為Ⅲ級(jí)。應(yīng)根據(jù)紅黏土分布位置和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性處理。

根據(jù)勘察揭露地層情況，在對(duì)場(chǎng)地施工條件、設(shè)計(jì)要求、工程造價(jià)、施工工期及對(duì)環(huán)境的影響等方面綜合考慮后，本工程在部分區(qū)域采用碎石樁+CFG樁組合型復(fù)合地基處理紅黏土，樁長(zhǎng)可至基巖，碎石樁可采用振動(dòng)沉管,充盈系數(shù)1.34。

2 碎石樁+CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

復(fù)合地基法處理紅黏土地基，布樁方式主要為組合布樁，CFG樁和碎石樁交錯(cuò)布置，參數(shù)如下：

樁徑500 mm，樁長(zhǎng)按勘察鉆孔處紅黏土厚度計(jì)算至基巖，樁距1.4 m，排距1.4 m，布樁形式為正方形。

CFG樁采用商品混凝土，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，混凝土坍落度為16 cm～20 cm。碎石樁樁體采用粒徑不大于5 cm的自然級(jí)配碎石，含泥量不大于4%。

組合布樁區(qū)內(nèi)，先施工碎石樁，碎石樁施工完成后再施工CFG樁。道面影響區(qū)樁頂鋪設(shè)墊層，墊層頂面鋪設(shè)高強(qiáng)土工格室，形成樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)，土工格室高20 cm，結(jié)點(diǎn)距離60 cm～80 cm，格室片厚不小于1 mm，片材抗拉強(qiáng)度不小于80 kN/m，結(jié)點(diǎn)剝離強(qiáng)度不小于40 kN/m，格室充填塊碎石。邊坡穩(wěn)定影響區(qū)的樁頂鋪設(shè)厚度0.5 m的墊層。

復(fù)合地基樁頂墊層材料為場(chǎng)內(nèi)中風(fēng)化白云巖或灰?guī)r，粒徑不大于0.2 m，含泥量不超過(guò)7%，墊層應(yīng)碾壓密實(shí)。土工格室充填材料為場(chǎng)內(nèi)風(fēng)化白云巖或灰?guī)r，粒徑不大于0.1 m，含泥量不超過(guò)20%，墊層應(yīng)碾壓密實(shí)。

3 施工與檢測(cè)

3.1 施工順序

組合型復(fù)合地基施工順序：測(cè)量、放線并平整場(chǎng)地→碎石樁機(jī)就位→振動(dòng)沉管→灌碎石、沉管擠密碎石成樁→CFG樁位放線→長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁→清土、挖除碎石樁頂面松散層→鋪設(shè)墊層。

3.2 試樁要求

大面積施工前應(yīng)進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)，碎石樁和CFG樁的試樁數(shù)量各不少于6根。

3.3 碎石樁技術(shù)要求

1)采用振動(dòng)沉管法施工，樁靴通過(guò)試樁確定；

2)碎石粒徑不大于5 cm，含泥量不大于4%；

3)樁定位偏差不超過(guò)5 cm，沉管垂直度偏差不超過(guò)1.5%；樁徑不小于設(shè)計(jì)值；

4)應(yīng)嚴(yán)格控制沉管下沉和提升的速度，參考參數(shù)如下：施工時(shí)應(yīng)通過(guò)試樁優(yōu)化：下沉速率宜為1 m/min～2 m/min，樁管下沉至設(shè)計(jì)樁底留振5 s左右；拔管宜在管內(nèi)貫入碎石料高度大于1/3管長(zhǎng)后開(kāi)始，提升速率控制在0.5 m/min～1.0 m/min，每提升0.5 m時(shí)留10 s～20 s，每拔管達(dá)到1 m向下反插深度不小于30 cm至穩(wěn)定電流，在距離地表2 m～6 m范圍內(nèi)，反插深度不小于50 cm；樁頂處復(fù)打，當(dāng)填料頂部高于設(shè)計(jì)樁頂時(shí)，合龍樁尖，降低樁管予以擠壓，使二者一致，當(dāng)填料頂部低于設(shè)計(jì)樁頂時(shí)，要再填料，開(kāi)錘振動(dòng)擠壓，使之達(dá)到樁頂標(biāo)高；當(dāng)樁管底端接近地面2 m～3 m時(shí)拔管應(yīng)尤其注意，必要時(shí)可采取短停拔(0.3 m～0.5 m)，長(zhǎng)留振(5 s～20 s)的措施嚴(yán)防斷樁夾層或破壞樁尖土層等，直至拔出地面成樁；

5)碎石的貫入量應(yīng)有詳細(xì)的記錄；

6)嚴(yán)格按施工操作規(guī)程進(jìn)行施工；

7)宜從中間向外圍或隔排施工；

8)碎石樁孔內(nèi)的填料量，估算時(shí)可按設(shè)計(jì)樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，充盈系數(shù)可按1.34考慮。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，則填料數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況予以增減。

3.4 CFG樁技術(shù)要求

1)施工前，在試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)；施工時(shí)，按配合比配制混合料；坍落度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；

2)樁定位偏差不超過(guò)5 cm，沉管垂直度偏差不超過(guò)1%；飛行區(qū)道面影響區(qū)施工后樁頂高出周邊地面部分應(yīng)截除；

3)成樁過(guò)程中，應(yīng)抽樣做混合料試塊，每臺(tái)機(jī)械每臺(tái)班不少于一組(3塊)；

4)嚴(yán)禁先拔管后泵料，提鉆速度宜控制在2 m/min，并與混凝土送量相配合，以保證管內(nèi)有一定高度的混凝土料，成樁過(guò)程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，保證排氣閥排氣順暢，避免停機(jī)待料；

5)低溫施工時(shí)，混合料入孔溫度不得低于5 ℃，對(duì)樁頭和樁間土應(yīng)采取保溫措施；

6)進(jìn)行載荷試驗(yàn)的樁應(yīng)截除0.5 m樁頭，清土和截樁(進(jìn)行載荷試驗(yàn)的樁)時(shí)，應(yīng)采用小型機(jī)械或人工剔除等措施，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂或樁間擾動(dòng)。

3.5 墊層要求

1)厚度不小于設(shè)計(jì)值，碎石粒徑和含泥量符合設(shè)計(jì)要求；

2)墊層壓實(shí)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求；

3)鋪設(shè)墊層時(shí)，碎石樁中的碎石應(yīng)外露，不得有黏性土覆蓋。

3.6 紅黏土地基處理復(fù)合地基處理檢測(cè)

宜在碎石樁和CFG樁均施工完成后間隔28 d。

碎石樁體采用重型動(dòng)力觸探檢測(cè)，樁長(zhǎng)應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值，樁長(zhǎng)全深度內(nèi)動(dòng)力觸探擊數(shù)(N63.5)不低于8擊，檢測(cè)數(shù)量不小于總樁數(shù)的2%。樁身垂直度和樁徑應(yīng)查驗(yàn)符合設(shè)計(jì)要求。

CFG樁單樁承載力不小于300 kN，檢測(cè)數(shù)量不小于總樁數(shù)的0.5%；采用低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)檢測(cè)樁身完整性，檢測(cè)數(shù)量不低于10%，檢測(cè)樁身有明顯缺陷時(shí)，取芯法檢測(cè)樁身強(qiáng)度，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的可以使用，否則應(yīng)補(bǔ)樁；鉆芯檢測(cè)樁長(zhǎng)，應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值，檢測(cè)數(shù)量(含取芯法檢測(cè)部分)不低于總樁數(shù)的0.5%。

樁間土全深度內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)當(dāng)量值不小于16，檢測(cè)數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%，檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)位于樁位正方形間隔中心。

飛行區(qū)道面影響區(qū)、下穿通道地基應(yīng)進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，承載力不小于400 kPa，試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.5%。

4 驗(yàn)樁結(jié)果

工程成樁養(yǎng)護(hù)28 d后碎石樁隨機(jī)抽取了509根進(jìn)行了重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，樁長(zhǎng)全深度內(nèi)動(dòng)力觸探擊數(shù)均不低于8擊；CFG樁隨機(jī)抽取了130組進(jìn)行了單樁承載力試驗(yàn)，單樁承載力均不小于300 kN；隨機(jī)抽取了2 600根進(jìn)行了低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)，Ⅰ類(lèi)樁達(dá)到81%，Ⅱ類(lèi)樁19%，未出現(xiàn)不合格樁；隨機(jī)抽取128根進(jìn)行了樁長(zhǎng)檢測(cè)，全部入巖，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；在飛行區(qū)道面影響區(qū)隨機(jī)抽取了65組進(jìn)行了復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，承載力均不小于400 kPa，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 經(jīng)濟(jì)分析

以該工程為例，將碎石樁+CFG樁復(fù)合地基處理西南地區(qū)紅黏土地基與其他處理方案(混凝土灌注樁)進(jìn)行比較，降低了工程造價(jià)，更主要的是提供了在機(jī)場(chǎng)處理紅黏土地基的又一種方法，并且綜合效果較好。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)該工程的實(shí)踐證明，碎石樁+CFG樁復(fù)合地基處理厚度較厚的紅黏土是一種行之有效的地基處理方式，它造價(jià)低，施工工藝簡(jiǎn)單，處理效果較好，這種樁在西南地區(qū)機(jī)場(chǎng)處理紅黏土地基越來(lái)越受到重視，可以在類(lèi)似工程中推廣使用。

[1] GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 79—2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 某機(jī)場(chǎng)施工圖設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)號(hào)：ZY16-009-XND-S[Z].

[4] 楊彩云,高 杰.碎石樁+CFG樁處理液化地基的實(shí)例分析[J].山西建筑，2008,34(6):142-143.