CFG樁復(fù)合地基在泥炭土地基市政工程中的應(yīng)用

謝本怡 ，葉遇春 ，雷才波 ，起大鵬 （.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 43000；.楚雄市供排水有限公司，云南 楚雄 675000）

1 引言

CFG 樁復(fù)合地基作為一種剛性樁復(fù)合地基，具有較大的適用范圍，可處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。市政工程中對(duì)地基承載力要求較低， CFG 樁復(fù)合地基充分利用了天然地基的承載力，相比于樁基，造價(jià)明顯降低，同時(shí)還具有工期短、施工質(zhì)量容易控制等特點(diǎn)[1]，因此，CFG 樁復(fù)合地基在市政工程中具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 工程概況及地質(zhì)情況

昆明市官渡區(qū)擬建某污水處理站，處理規(guī)模為 10000m3/d。擬建場(chǎng)地現(xiàn)狀為廢棄空地，地勢(shì)較為平坦，堆有 大量填土及建筑垃圾。污水處理站擬建建筑物及污水處理構(gòu)筑物共13座，均為地上一層建筑，建筑物基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，構(gòu)筑物為筏板基礎(chǔ)。場(chǎng)地土層較為復(fù)雜，地質(zhì)參數(shù)詳見表 1。

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)建議值表

3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

本工程所處場(chǎng)地表層覆蓋了較厚的填土層，下部為滇池邊常年淤積的泥炭質(zhì)土，土層整體承載力較低，穩(wěn)定性較差。因本工程各單體建筑物所需荷載（見表 2）較低，地基土層分布不均勻，樁端持力層難以確定，故不考慮樁基礎(chǔ)。對(duì)于散體材料樁復(fù)合地基（如碎石樁）和黏結(jié)體復(fù)合地基（如水泥土攪拌樁），在含水率高、高壓縮性不穩(wěn)定土體中成樁效果不好，也不適用于本工程。

綜合以上因素，本工程采用 CFG 樁復(fù)合地基作為地基處理方案。

3.1 CFG樁配合比設(shè)計(jì)

考慮 CFG 樁在施工過程及后期使用中需要足夠的剛度，CFG 樁設(shè)計(jì)樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于 C20，設(shè)計(jì)坍落度150～200mm。根據(jù) JGJ 55—2011 《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，設(shè)計(jì)配合比和水膠比如下：

式中，fcu,0為混凝土配制強(qiáng)度，MPa；fcu,k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；σ 為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa；W 為單位體積混凝土中水的用量；C 為單位體積混凝土中膠凝材料的用量；a、b 為回歸系數(shù)；fc為膠凝材料 28d 膠砂抗壓強(qiáng)度，MPa。

由式（2）計(jì)算得 W/C=0.7，取水膠比 0.65；

計(jì)算得：石屑用量 G1=496kg，碎石用量 G2=1198kg。

施工前按上述配比試配, 并按坍落度孔調(diào)整減水劑及水的用量。

3.2 CFG樁復(fù)合地基承載力

CFG 樁以水泥和粉煤灰為主要膠結(jié)材料，添加在碎石體中共同作用，同時(shí)添加適量改善級(jí)配的石屑，從而使樁體獲得膠結(jié)強(qiáng)度并轉(zhuǎn)化為具有剛性樁特點(diǎn)的高黏結(jié)強(qiáng)度樁。CFG 樁在豎向荷載作用下，樁身剛度較大，不易發(fā)生側(cè)向應(yīng)變，樁承受的荷載通過樁周的摩阻力和樁端阻力傳到深層地基中，使地基承載力顯著提高。

CFG 樁屬于有黏結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基，其承載力由樁間土承載力和單樁承載力共同組成，根據(jù) JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[2]，地基承載力按式（3）計(jì)算：

CFG 樁單樁承載力 Ra按式（4）計(jì)算：

式中，fspk為處理后樁間土承載力特征值，kPa；λ 為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)：Ra為單樁承載力特征值，kN；Ap為樁截面面積，m2；為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)；m 為面積置換率；up為樁周長(zhǎng)，m；qsi為樁周第 i 層土的側(cè)阻力特征值，kPa；lpi為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第 i層土的厚度，m；αp為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)；qp為樁端端阻力特征值。

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，本工程樁端可用持力層較深，樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，為保證 CFG 樁長(zhǎng)細(xì)比，適當(dāng)增加樁直徑，取 600mm，樁間距 1500mm。CFG 樁面積置換率 m=0.095，樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)取 0.9。

由式（3）和式（4）計(jì)算可得：Ra=165kN，fspk=114kPa。設(shè)計(jì)取單樁承載力 150kN，復(fù)合地基承載力特征值 110kPa。

3.3 CFG樁沉降計(jì)算

剛性樁復(fù)合地基樁間土與樁在荷載作用下的荷載分擔(dān)與壓縮變形是一種動(dòng)態(tài)關(guān)系，CFG 樁復(fù)合地基沉降計(jì)算按照 GB 50007—2012《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]中推薦的復(fù)合模量法計(jì)算。

加固區(qū)和下臥層土體內(nèi)的應(yīng)力分布采用各向同性均質(zhì)的直線變形體理論，按分層總和法計(jì)算變形量：

式中，n 為下臥層土的分層數(shù)；p 為對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加壓力；ψ 為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，參照規(guī)范中的表 5.3.5 取值；ζ 為復(fù)合模量提高系數(shù)；Esi為基礎(chǔ)地面下第 i 層土的壓縮模量；zi、zi-1分別為基礎(chǔ)地面至第 i 層土、第 i-1 層土底面的距離為基礎(chǔ)地面計(jì)算點(diǎn)至第 i 層土、第 i-1 層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。

在本工程中，結(jié)合已計(jì)算出的復(fù)合地基承載力 fak及其他查表得的已知參數(shù)，可計(jì)算出值、復(fù)合地基加固區(qū)等效壓縮模量等參數(shù)，代入式（5）應(yīng)用分層總和法，計(jì)算出復(fù)合地基最終沉降量 S=95mm。

3.4 施工工藝

根據(jù)擬建場(chǎng)地的地基土含水率高、靈敏度高的特性，選用長(zhǎng)螺旋壓灌成樁的施工工藝，增強(qiáng)樁間土的壓實(shí)擠密效果，施工時(shí)應(yīng)采用跳打的施工順序。實(shí)際施工過程中出現(xiàn)了充盈系數(shù)較大的問題，通過超灌混凝土，保證了成樁效果。

4 CFG樁復(fù)合地基加固效果

CFG 樁復(fù)合地基施工完成后，對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行了單樁承載力試驗(yàn)和復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，載荷板尺寸選用 2.5m×2.5m，覆蓋4根 CFG 樁。

測(cè)得單樁承載力 Ra=160kN，復(fù)合地基承載力 fspk=120kPa，均較設(shè)計(jì)值略大，滿足設(shè)計(jì)要求。靜載試驗(yàn)下 P-S（荷載-沉降）曲線如圖1所示。對(duì)復(fù)合地基上各單體進(jìn)行沉降觀測(cè)，取6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)（分別布置在細(xì)格柵、初沉池、速分池、孢子機(jī)、濾布濾池、脫水車間上）的沉降值如圖2所示。

圖1 荷載試驗(yàn)下沉降量

圖2 沉降觀測(cè)記錄表

由沉降觀測(cè)結(jié)果可知，經(jīng)過15個(gè)月后，沉降趨勢(shì)已經(jīng)穩(wěn)定，沉降量在可控范圍內(nèi)，地基處理較為成功。各單體構(gòu)筑物沉降差較小，未出現(xiàn)超過規(guī)范限制的不均勻沉降。

5 結(jié)語

根據(jù)規(guī)范合理選用樁、土、褥墊層等地基相關(guān)參數(shù)，考慮樁土間摩擦，可以較客觀真實(shí)地計(jì)算出樁土共同工作、復(fù)合受力等特點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果可以指導(dǎo) CFG 樁復(fù)合地基在市政工程中設(shè)計(jì)施工。對(duì)該污水處理站的泥炭質(zhì)土軟弱地基經(jīng) CFG 樁處理后，復(fù)合地基承載力可達(dá) 110kPa，可作為滇池邊類似條件下工程的參考經(jīng)驗(yàn)。