高層建筑灰土擠密樁+CFG復(fù)合地基在濕陷性黃土場(chǎng)地的應(yīng)用

文/范帥朋、崔喆林 上海寶冶集團(tuán)有限公司 上海 200941

1、工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

擬建工程位于某市中原區(qū)通達(dá)路以南服裝三街以東，包括11 棟23～33F 住宅及通體1F地下車庫（局部2F 地下車庫），本地塊基坑大致呈梯形，東西長約272m，南北寬約212m。

表1.1 擬建建筑物概況一覽表

1.2 工程地質(zhì)

場(chǎng)地地貌單元為黃河沖積二級(jí)階地。根據(jù)勘察報(bào)告，地表高差約為2.1m，場(chǎng)地內(nèi)的地質(zhì)情況自上向下簡(jiǎn)述如下：

第1-1 層：雜填土，雜色，松散，稍濕，不均勻，含建筑垃圾，以粉土為主。該層僅分布在場(chǎng)地西南端；

第1 層：粉土，褐黃色，稍濕，中密，搖振反應(yīng)中等，局部層底夾薄層粉砂、粉質(zhì)黏土；

第2 層：粉土，褐黃色，稍濕，中密，偶見小粒徑姜石；

第3 層：粉土，黃褐色，稍濕，稍密～中密，黏粒含量高，含有少量鈣質(zhì)結(jié)核，含量約占2～5%；

第4 層：粉土：黃褐色，稍濕，中密，黏粒含量高，含鐵質(zhì)錳質(zhì)氧化物、白色鈣質(zhì)條紋，含有少量鈣質(zhì)結(jié)核；

第5 層：粉土，褐黃色，稍濕，中密，黏粒含量高，含鐵質(zhì)錳質(zhì)氧化物，偶見少量鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾薄層粉質(zhì)黏土 。

第6 層：粉土，棕黃色、黃褐色，稍濕，中密，黏粒含量高，含灰斑、鐵錳質(zhì)黑斑，有針孔，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，含量約占1～5%，粒徑φ=0.2～3.0cm。局部夾薄層粉質(zhì)黏土；

第7 層：粉土，棕黃色、黃褐色，稍濕，中密，黏粒含量高，含灰斑、鐵錳質(zhì)黑斑，有針孔，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，含量約占1～5%，粒徑φ=0.2～3.0cm。局部夾薄層粉質(zhì)黏土。

根據(jù)地勘報(bào)告，在實(shí)際壓力下（500KPa、600KPa），基底下②～⑤層粉土具濕陷性，基底下土層濕陷系數(shù)最大值為0.025，濕陷量為1.5～115.25mm，濕陷土層厚度最大值為6.02m，最大深度為14.5m。11 個(gè)探井中有4 個(gè)探井的濕陷量小于50mm，其余7 個(gè)大于50mm。自重濕陷系數(shù)均小于0.015，自重濕陷量為0mm。結(jié)合區(qū)域資料，判定本場(chǎng)地為Ⅰ級(jí)（輕微）非自重濕陷性場(chǎng)地，高壓下濕陷土層為②、③、④、⑤層。

1.3 水文地質(zhì)條件

勘察期間，付莊02 地塊實(shí)測(cè)穩(wěn)定水位位于32.16～33.55m 之間，絕對(duì)標(biāo)高為90.35～91.64m；水位年變化幅度約為2.0m。

1.4 設(shè)計(jì)概況

本場(chǎng)地為Ⅰ級(jí)（輕微）非自重濕陷性場(chǎng)地，高壓下濕陷土層為②、③、④、⑤層。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》6.1.1 條第1 款、6.1.3條[1]，結(jié)合本場(chǎng)地地質(zhì)條件，可采用灰土擠密樁方案，采用振動(dòng)沉管成孔后，樁端進(jìn)入非濕陷土層，將其中的濕陷性土置換為灰土，并對(duì)灰土進(jìn)行夯實(shí)，以達(dá)到擠密周圍濕陷性土體、降低濕陷系數(shù)、消除濕陷性的目的[2]，然后進(jìn)行CFG樁施工，最終使地基承載力滿足上部荷載要求。

1.4.1 灰土擠密樁

(1)樁間距均為1.2m(正方形布置),有效樁長≥14.0m，鉆孔直徑d=400mm(沉管成孔，成孔夯實(shí)后直徑d≥500mm)，消除地基土全部濕陷性[3]；

(2)處理范圍:超出主樓筏板邊緣的寬度,每邊不應(yīng)小于7.0m。

(3)場(chǎng)地內(nèi)的雜填土、坑、墓、穴等不利因素，可將其全部清除后用素土分層夯填,每層虛填厚度不大于250mm，壓實(shí)系數(shù)≥0.97,且每層土夯實(shí)后均需環(huán)切取樣檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)，滿足要求后方可進(jìn)行下層回填,直至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高，回填完成后再按設(shè)計(jì)施工，灰土擠密樁和CFG樁，最后施工基礎(chǔ)筏板。

(4)灰土的配合比采用2:8（體積比），含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含量±2%以內(nèi)，石灰應(yīng)為熟石灰。

(5)填料前孔底必須夯實(shí)，孔內(nèi)填料應(yīng)分層回填夯實(shí)，填料的平均壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)低于0.97，其中最小壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)低于0.93。

(6)素土擠密樁頂均鋪設(shè)500mm 厚灰土褥墊層。墊層材料采用2:8 灰土分層夯填，其壓實(shí)系數(shù)≥0.95。

(7)樁孔質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在成孔后及時(shí)進(jìn)行，所有樁孔均需檢驗(yàn)并做出記錄，檢驗(yàn)合格或經(jīng)處理后方可進(jìn)行夯填施工。隨機(jī)抽樣檢測(cè)夯后樁長范圍內(nèi)填料的平均壓實(shí)系數(shù)λc，抽檢數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的1%，且不少于9 根。應(yīng)抽檢處理深度內(nèi)樁間土的平均擠密系數(shù)ηc,檢測(cè)探井不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.3%，且不得少于3 個(gè)。應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)浸水靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)方法應(yīng)符合《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004 的規(guī)定[1]。承載力檢驗(yàn)應(yīng)在成樁后14d～28d 進(jìn)行，檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%，復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)不少于3 點(diǎn)[4]。

(8)素土擠密樁處理后，經(jīng)檢驗(yàn)復(fù)合地基承載力特征值為：fspk=200kpa，并通過現(xiàn)場(chǎng)浸水靜荷載試驗(yàn)證明已消除黃土濕陷性。

1.4.2 CFG 樁復(fù)合地基

(1)本工程采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）加固處理地基，樁徑400，設(shè)計(jì)樁長17000mm，樁數(shù)672 根。

(2)樁身強(qiáng)度等級(jí)為C25。單樁承載力特征值為700kN，復(fù)合地基承載力特征值不小于545kPa。

(3)樁頂鋪填200 厚級(jí)配3：7 砂石褥墊層，砂石最大粒徑不大于30mm，夯填度不大于0.9,褥墊層每邊伸出基礎(chǔ)邊緣不小于300mm。

(4)施工樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高不少于0.5m，且必須保證暴露的樁頂混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

(5)承載力檢驗(yàn)宜在施工結(jié)束28d 后進(jìn)行，其樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足試驗(yàn)荷載條件；復(fù)合地基靜載試驗(yàn)和單樁靜載試驗(yàn)的數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1.0%，且每個(gè)單體工程的復(fù)合地基靜載試驗(yàn)和單樁靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)量各不應(yīng)少于3 點(diǎn)。采用低應(yīng)變法檢測(cè)樁身的完整性，抽檢數(shù)量為總樁數(shù)的20%，且應(yīng)滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》要求[4]。

2、施工工藝

2.1 工藝特點(diǎn)

2.1.1 利用CFG 樁與灰土擠密樁結(jié)合，灰土擠密樁處理黃土的濕陷性，同時(shí)利用CFG 樁提高了地基承載力，既能解決黃土場(chǎng)地的濕陷性問題，又能保證基礎(chǔ)的承載力。

2.1.2 灰土擠密樁+CFG 樁施工工藝簡(jiǎn)單，材料來源廣泛，整體造價(jià)低。

2.2 工藝流程

2.2.1 灰土擠密樁及CFG 樁基施工前，要進(jìn)行成樁試驗(yàn)，用于指導(dǎo)大面積施工。

2.2.2 工程樁施工工藝流程如下：

圖2.2 施工工藝流程

2.3 操作要點(diǎn)

2.3.1 原地面處理

對(duì)施工范圍內(nèi)的原地面進(jìn)行清表處理，開挖至路基填土標(biāo)高部位，地表清理要做到無草皮、樹根等雜物，且無積水。

2.3.2 樁位測(cè)量放樣

根據(jù)確定各個(gè)樁位的位置及關(guān)系，采用全站儀測(cè)量放線，定出控制軸線，打樁場(chǎng)地邊線并標(biāo)識(shí)。

2.3.3 設(shè)備就位

樁機(jī)就位，使沉管尖對(duì)準(zhǔn)樁位，調(diào)整擴(kuò)樁機(jī)架，保持樁管垂直，用線錘吊線復(fù)核垂直度，偏差不大于1.0%。

2.3.4 灰土擠密樁成孔

根據(jù)定位孔位，采用鉆機(jī)下鉆，灰土擠密樁要穿透濕陷性黃土，可根據(jù)錘擊樁尖帶出的顆粒進(jìn)行判斷，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際土樣判斷為主，設(shè)計(jì)樁長判斷為輔。成孔后要及時(shí)對(duì)樁孔進(jìn)行檢查驗(yàn)收。檢查的內(nèi)容有：樁徑、孔深、垂直度、有無縮徑、塌孔、回淤等現(xiàn)象。如遇塌孔或縮徑現(xiàn)象，則采用回填灰土復(fù)打處理。

填樁孔用的土料和石灰應(yīng)符合下列要求：

（1）土料：樁身灰土用料采用就地挖取的粉質(zhì)粘土，嚴(yán)禁用鹽漬、膨脹土、凍土、有機(jī)質(zhì)含量大于5%的不良土料及粗顆粒（砂、石）的透水性材料作填料，并根據(jù)土的情況采取過篩進(jìn)行篩分或進(jìn)行機(jī)械粉碎等方式進(jìn)行處理，保證土的粒徑不超過15mm，土性及有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)符合規(guī)范要求。

（2）石灰：按設(shè)計(jì)要求，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的石灰需經(jīng)見證取樣合格后方可投入使用。在使用前1～2d 進(jìn)行消解并過篩，其顆粒不得大于5mm，消石灰的質(zhì)量應(yīng)合格，有效Cao+Mgo含量不得低于60%。

（3）灰土混合料的拌制：灰土的體積配合比為3:7（2:8），采用機(jī)械拌合，素土采用粉質(zhì)粘土，嚴(yán)禁采用耕種土、雜填土、淤泥質(zhì)土，同時(shí)土料中不得夾有磚塊、瓦礫、生活垃圾等，填土含水量應(yīng)接近最優(yōu)含水量，含水量由擊實(shí)試驗(yàn)確定。每天施工前核定土的含水率是否為合理值，以保證拌合后灰土的含水率接近最佳含水量。根據(jù)回填要求隨拌隨用，已拌成灰土不得隔夜使用；被雨淋濕、浸泡的灰土嚴(yán)禁使用，按作廢處理。下雨期間不進(jìn)行灰土拌制。

2.3.5 樁體分層夯填

成孔后及時(shí)夯填，在向孔內(nèi)填料前先夯實(shí)孔底?；彝练謱舆M(jìn)行回填夯實(shí)，逐層定量向樁孔內(nèi)下料，采用夯實(shí)機(jī)和吊錘分層夯實(shí)。夯填施工前應(yīng)進(jìn)行夯填試驗(yàn)，以確定每次合理的填料量、夯擊次數(shù)、落距等，灰土夯填采用連續(xù)施工，每個(gè)孔樁一次性分層回填夯實(shí)，不得間隔停頓或隔日施工。

2.3.6 灰土擠密樁成樁質(zhì)量檢測(cè)

灰土擠密樁施工結(jié)束7～14 天后，樁身質(zhì)量進(jìn)行檢查。在樁心附近采用鉆機(jī)取樣，每2m采用試樣測(cè)定干密度。

2.3.7 CFG 樁孔位放樣

對(duì)已施工的灰土擠密樁場(chǎng)地清理平整，按樁位點(diǎn)設(shè)計(jì)布置圖放樣布點(diǎn)。以1#樓為例，灰土擠密樁與CFG 樁位置關(guān)系如下圖（灰土擠密樁、CFG 樁間距均為1.2m，灰土擠密樁處理范圍超出主樓筏板邊緣不小于7m）：

2.3.8 CFG 樁成孔

使鉆機(jī)就位，保證鉆桿垂直度，偏差不大于5cm，垂直度控制在1%之內(nèi)。關(guān)閉鉆頭閥門，移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面。啟動(dòng)先慢后快鉆進(jìn)，減少鉆桿晃動(dòng)。

2.3.9 提管灌注混凝土

鉆孔完畢滿足入巖要求后進(jìn)行灌注，混合料的泵送量應(yīng)與拔管速度相匹配。成樁過程須連續(xù)進(jìn)行，施工樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)高程50cm，確保有效保護(hù)狀體。拌合料的原材料需進(jìn)行進(jìn)廠檢驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行拌和。

2.3.10 CFG 樁基檢測(cè)

28 天成樁之后進(jìn)行樁頭切割，切割前做好樁頭抄平準(zhǔn)備，之后使用切割機(jī)對(duì)樁帽進(jìn)行切割，切割面平整順滑，樁身高程控制更精確。因?qū)嶋H樁頂標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高+0.5m，在清除樁間土?xí)r使用小挖機(jī)配合人工進(jìn)行清理，施工時(shí)嚴(yán)禁使用大型、重型機(jī)械進(jìn)入，避免出現(xiàn)因機(jī)械碾壓造成斷樁現(xiàn)象。

采用低應(yīng)變法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，確定樁身完整長度滿足設(shè)計(jì)要求后采用堆載法檢測(cè)樁身承載力。

2.3.11 復(fù)合地基承載力檢測(cè)

樁基全部施工完畢后，選取樁周圍的地質(zhì)情況，對(duì)處理后的復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，以滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.12 褥墊層施工

褥墊層為大面積砂石墊層，20cm 厚3：7砂石褥墊層，要求砂石最大粒徑不得大于3cm，夯填度不大于0.9，無需進(jìn)行分層鋪筑，直接虛鋪約230mm 厚的碎石墊層（200/0.9=222mm，取230mm），褥墊層每邊延伸出基礎(chǔ)邊緣不小于300mm。

3、質(zhì)量控制

3.1 質(zhì)量保證措施

3.1.1 嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程。

3.1.2 嚴(yán)格進(jìn)行圖紙會(huì)審，領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖，抓好技術(shù)操作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，制定關(guān)鍵部位的施工方法并編寫技術(shù)交底記錄。以技術(shù)指導(dǎo)工作，從而保證工程質(zhì)量。

3.1.3 嚴(yán)格掌握好樁長、樁端持力層、樁徑和樁體砼強(qiáng)度的控制，實(shí)行科學(xué)管理，認(rèn)真執(zhí)行操作程序。

3.2 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1 本工程將嚴(yán)格按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012、《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014、《建筑地基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》GB50202-2018、《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50300-2013、《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004 等國家現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工驗(yàn)收。

3.2.2 灰土體積比為3:7（2:8），灰土拌和時(shí)要滿足設(shè)計(jì)要求，商品水泥粉煤灰碎石配合比應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。加強(qiáng)對(duì)原材料的質(zhì)量控制，不合格品嚴(yán)禁使用，做好灰土攪拌及存儲(chǔ)工作。

3.2.3 施工中應(yīng)檢查樁身商品混合料的配合比、坍落度和提拔鉆桿速度、成孔深度、商品混合料灌入量等。

3.2.4 施工結(jié)束后，應(yīng)對(duì)樁頂標(biāo)高、樁位、樁體質(zhì)量、地基承載力的質(zhì)量做檢查。

3.2.5 灰土擠密樁、CFG 樁復(fù)合地基的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下表的規(guī)定。

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3.2.6 施工前，技術(shù)員對(duì)各施工工序人員進(jìn)行技術(shù)交底，施工過程中，每天按照施工樁數(shù)對(duì)以上的施工技術(shù)要求指標(biāo)進(jìn)行抽檢，確保施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。施工結(jié)束后，做好質(zhì)量檢驗(yàn)及工程質(zhì)量評(píng)定。

結(jié)論：

通過灰土擠密樁+CFG 復(fù)合地基在濕陷性黃土場(chǎng)地的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)與較常見的混凝土樁基相比，具有施工速度快、質(zhì)量易控制、成本造價(jià)低的特點(diǎn)，具備較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。另外本文通過灰土擠密樁+CFG 復(fù)合地基施工工藝介紹，為今后類似的工程提供了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。