CFG樁和灰土擠密樁結(jié)合而成的復(fù)合地基處理技術(shù)研究

張永偉，賈 鵬

（山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

我國地域遼闊，地質(zhì)條件多樣性較強(qiáng)，在施工過程中可能遇到多種工程性質(zhì)較差的地基環(huán)境，結(jié)合不同施工環(huán)境的地質(zhì)特性，采用針對(duì)性的地基處理手段，減少工程施工成本，提高施工效率，才能促進(jìn)我國建筑行業(yè)更好地發(fā)展。

1 CFG樁和灰土擠密樁的基本原理

CFG樁是一種水泥粉煤灰碎石樁，制作方法是將水泥材料與碎石、石屑、砂、粉煤灰等材料加水拌和而成。CFG樁具有良好的工程應(yīng)用效果，造價(jià)較低，且在褥墊層和樁間土的共同配合下形成復(fù)合地基，能有效提高地基的承載能力，使軟土地基的強(qiáng)度、密實(shí)度等能滿足工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前在高層建筑和超高層建筑建造過程中有廣泛應(yīng)用。CFG樁在應(yīng)用過程中通過褥墊層和基礎(chǔ)相連，樁體強(qiáng)度遠(yuǎn)超樁間土，使得樁間土的應(yīng)用程度不受CFG樁設(shè)置地點(diǎn)限制，全程參與工作。另外，在上部結(jié)構(gòu)荷載的作用下，CFG樁頂部會(huì)產(chǎn)生較高作用力，但樁體能將所受荷載轉(zhuǎn)移到更深的土層中，有效緩解樁間土需要承受的荷載作用，進(jìn)一步提升了地基的承載能力，也會(huì)顯著減少CFG樁變形情況，提高復(fù)合地基的安全性。CFG樁本身制造材料的來源較為廣泛，造價(jià)較低且不需要配筋，具有非常明顯的價(jià)格優(yōu)勢。

灰土擠密樁是將鋼管利用錘擊設(shè)備釘入土壤中，利用鋼管擠壓周邊土壤并形成釘孔，然后將鋼管取出，將預(yù)先完成配置的灰土回填到釘孔內(nèi)，灰土配置比例為3:7或2:8，使灰土擠密樁和樁間土共同組成復(fù)合地基，承擔(dān)上層結(jié)構(gòu)荷載。在制作灰土擠密樁時(shí)，除需要嚴(yán)格控制回填灰土的配置比例，還需要在回填過程中控制好灰土的回填質(zhì)量，結(jié)合施工要求將灰土分層次填入釘孔內(nèi)，并做好每層灰土的夯實(shí)工作，保證灰土擠密樁的密實(shí)度和強(qiáng)度能符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，從根本上規(guī)避濕陷性黃土對(duì)工程建設(shè)造成的不良影響，全面提高地基的承載能力、承載負(fù)荷以及樁基的堅(jiān)固度?；彝翑D密樁在地層和多層建筑地基加固施工中有廣泛應(yīng)用，并且具有良好的工程應(yīng)用效果，但難以達(dá)到中高層建筑地基處理要求。

2 CFG樁和灰土擠密樁的實(shí)際特點(diǎn)及適用范圍

CFG樁具有施工難度小、施工效率高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)勢，將其應(yīng)用在的高層、超高層建筑的地基處理施工中，能為工程上部結(jié)構(gòu)提供充分的支撐[1]。但CFG樁難以對(duì)周圍土壤形成有效的擠密約束作用，尤其在較為常見的濕陷性黃土環(huán)境中，難以保證土層始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

灰土擠密樁施工所用材料構(gòu)成非常簡單，可就地取材，造價(jià)成本很低，對(duì)施工設(shè)備的要求也較為簡單?；彝翑D密樁在沙土地、黃土地、雜填土地基、人工素土地基等地基環(huán)境中都有良好的地基處理效果，適用范圍較廣，但承載能力有限。

若建筑工程地基所在環(huán)境為濕陷性黃土地基，當(dāng)前建筑行業(yè)內(nèi)普遍采用制作鋼筋混凝土樁的方式對(duì)地基進(jìn)行加固處理，此種方式雖然具有良好的應(yīng)用效果，但鋼筋混凝土樁本身長度較長，造價(jià)較高，對(duì)施工設(shè)備也具有較高要求，不利于節(jié)省工程成本[2]。采用CFG樁和灰土擠密樁結(jié)合而成的復(fù)合地基處理技術(shù)，不僅能對(duì)濕陷性黃土地基形成良好的擠密約束作用，還能有效承載上部建筑結(jié)構(gòu)施加的荷載，同時(shí)整體造價(jià)遠(yuǎn)低于鋼筋混凝土樁，施工難度較小，綜合來看，CFG樁和灰土擠密樁集合而成的復(fù)合地基處理技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。

3 CFG樁和灰土擠密樁結(jié)合而成的復(fù)合地基處理技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

某市地質(zhì)特性主要為濕陷性黃土，該市某高層住宅建設(shè)項(xiàng)目，建筑工程共33層，地上結(jié)構(gòu)30層，地下3層，總高度為90.18m。建筑主體結(jié)構(gòu)采用剪力墻設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)采用梁板式筏板設(shè)計(jì)。結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)工程勘察院出具的工程勘察報(bào)告克制，工程所在施工環(huán)境屬于穩(wěn)定場地，場地地質(zhì)特性為自重濕陷性場地，地基濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)。為在保證地基承載能力和穩(wěn)定性符合工程建設(shè)要求的基礎(chǔ)上盡量降低造價(jià)成本，本工程采用CFG樁和灰土擠密樁結(jié)合而成的復(fù)合地基處理技術(shù)對(duì)地基土進(jìn)行處理，消除濕陷性場地對(duì)建筑工程造成的不良影響。

3.2 工程設(shè)計(jì)和施工要求

3.2.1 灰土擠密樁設(shè)計(jì)和施工要求

由于建設(shè)場地土壤本身具有濕陷性特點(diǎn)，先利用灰土擠密樁對(duì)主樓樓座施工范圍進(jìn)行處理，使灰土擠密樁能對(duì)樓座施工范圍能土壤形成良好的擠密約束作用，完全消除樓座施工中可能出現(xiàn)的土壤濕陷風(fēng)險(xiǎn)[3]。然后逐步進(jìn)行素土樁和CFG樁的施工作業(yè)。為保證所有擠密樁都能順利成樁，釘樁成孔順序應(yīng)按照由內(nèi)向往的順序依次進(jìn)行，并采用隔行跳打的方式進(jìn)行。本工程中設(shè)計(jì)灰土擠密樁總安裝數(shù)量為1589根，樁長18.8m，樁徑450mm，所有灰土擠密樁以正三角形形狀布設(shè)，樁距有0.9m和1.1m兩種。

灰土擠密樁的詳細(xì)施工要求：

（1）施工設(shè)備采用自由落體式卷揚(yáng)機(jī)，采用錘擊的方式將鋼管打入土中并拔出成孔；樁孔回填灰土材質(zhì)為粉質(zhì)黏土，粒徑應(yīng)小于15mm，嚴(yán)格控制粉質(zhì)黏土質(zhì)量，嚴(yán)禁有粉質(zhì)沙土和塊狀黏土摻雜，使用前還應(yīng)進(jìn)行過篩操作，保證黏土規(guī)格合格；灰土比例為2:8，壓實(shí)系數(shù)為0.97。

（2）根據(jù)施工場地工程地質(zhì)條件調(diào)查表可知，灰土擠密樁撞斷持力層土質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土+黏土，必須保證樁長，使其深入持力層，才能保障施工場地土層不會(huì)在后續(xù)施工中發(fā)生濕陷情況。

（3）工程設(shè)計(jì)地基承載力特征值需超過180kPa[4]。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在灰土擠密樁施工過程中，在基礎(chǔ)墊層和樁頂之間設(shè)置褥墊層，褥墊層厚度為300mm，褥墊層材料回填材料為同材質(zhì)灰土，灰土比例為3:7，夯填度在0.9以內(nèi)，鋪設(shè)方法為靜力壓實(shí)法。

2.5 壞死物的病理診斷與細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果 引流及排出標(biāo)本于光鏡下觀察均未見甲狀腺濾泡結(jié)構(gòu)，但可見大量淋巴細(xì)胞（圖4），病理診斷均為壞死組織。除 2例自行消散未行細(xì)菌培養(yǎng)，余16例標(biāo)本細(xì)菌培養(yǎng)均陰性，細(xì)菌培養(yǎng)陰性率為100.00%（16/16）。10例手術(shù)切開引流患者同時(shí)行靜脈血細(xì)菌培養(yǎng)，亦均為陰性結(jié)果。

3.2.2 素土樁設(shè)計(jì)和施工要求

使用素土樁對(duì)主樓樓座周邊外擴(kuò)部分地基進(jìn)行加固和增強(qiáng)，本工程設(shè)計(jì)素土樁共1667根，其中以正方形布置方式安裝的素土樁共807根，以正三角形布置方式安裝的素土樁共860根，兩種布置方式素土樁的間距都為1.1m，樁長15m，樁徑450mm。

素土樁詳細(xì)施工要求為：

（1）使用5t以上錘擊設(shè)備以沖擊成孔方式開展成孔作業(yè)，嚴(yán)禁采用人工掏土或機(jī)械鉆孔等形式[5]。

（2）采用同等規(guī)格的夯實(shí)設(shè)備對(duì)作業(yè)孔內(nèi)填料進(jìn)行夯實(shí)，完成夯擊的孔徑不能小于450mm，樁端持力層仍位于粉質(zhì)黏土+粉土層中。進(jìn)行作業(yè)孔回填之前必須保證孔底已經(jīng)夯實(shí)，回填材料為素土，按工程作業(yè)要求進(jìn)行分層回填，每層壓實(shí)系數(shù)約為0.97。完成素土樁回填之后，若需進(jìn)行褥墊層鋪設(shè)作業(yè)，需要先挖除樁頂標(biāo)高以上預(yù)留松動(dòng)土壤。

（3）回填素土種類為粉質(zhì)黏土，土壤粒徑需小于5mm，內(nèi)部有機(jī)質(zhì)的總含量應(yīng)在5%以下，回填素土中嚴(yán)禁摻雜粉質(zhì)沙土和塊狀黏土，并在回填之前進(jìn)行過篩操作。

（4）素土樁施工需要采用分隔成孔的方式分批進(jìn)行，成孔作業(yè)需要與回填施工同步進(jìn)行，避免成孔在空置時(shí)間內(nèi)發(fā)生損壞[5]。樁頂預(yù)留松動(dòng)土層的厚度至少應(yīng)在1000mm以上。

（5）破樁高度應(yīng)超過500mm。

3.2.3 CGF樁設(shè)計(jì)和施工要求

確定主樓施工環(huán)境中地基濕陷性危害被完全消除后，進(jìn)行CGF樁施工作業(yè)。CGF樁的布設(shè)位置位于主樓樓座下方，本工程中設(shè)計(jì)CGF樁數(shù)量共967根，樁長16.5m，樁徑400mm，以正方形形狀進(jìn)行布設(shè)，樁距為1.1m，CGF樁樁體強(qiáng)度等級(jí)為C20。CGF樁的詳細(xì)施工要求為：

（1）根據(jù)工程試驗(yàn)確定CGF樁樁體材料配比，本工程CGF樁施工方式采用長螺旋鉆孔配合管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁技術(shù)，施工坍落度為160~200。

（2）樁端持力層位于粉質(zhì)黏土+粉土層中。

（3）打樁過程中需同時(shí)留存樣本進(jìn)行強(qiáng)度測試，每天每臺(tái)機(jī)械應(yīng)留存三塊試塊，并與CGF樁同步進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測試28d后強(qiáng)度等級(jí)。

（4）破樁高度應(yīng)在500mm以上。

（5）若施工時(shí)環(huán)境溫度較低，應(yīng)采取一定的保溫措施，并保證CGF樁混合料入孔時(shí)溫度在5℃以上[6]。

3.3 樁基質(zhì)量檢測

（1）完成灰土擠密樁和CGF樁整體施工后，對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行檢測，對(duì)灰土及素土擠密樁來說，抽檢樁體數(shù)量應(yīng)至少為總樁數(shù)的1.5%以上[7]。質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容具體包含施工記錄、全部處理深度樁體和樁間土的干密度、壓實(shí)系數(shù)、機(jī)密系數(shù)（3個(gè)孔之間的土平均擠密系數(shù)應(yīng)在0.93以上）和樁間土的濕陷性。確保灰土擠密樁和素土擠密樁施工范圍內(nèi)地基土壤完全不存在濕陷性危害。

（2）地基工程竣工后，需要對(duì)復(fù)合地基的靜載荷數(shù)值進(jìn)行檢測，檢測數(shù)量應(yīng)超過總樁數(shù)量的0.5%。確保完成處理后的符合地基承載力特征值在560kPa以上。

4 結(jié)語

綜上所述，CGF樁和灰土擠密樁結(jié)合而成的復(fù)合地基處理技術(shù)能有效抵抗?jié)裣菪渣S土的不良工程特性，提高地基土壤的承載能力，為建筑工程上部結(jié)構(gòu)提供可靠的支撐。CGF樁和灰土擠密樁結(jié)合而成的復(fù)合地基完美地發(fā)揮了CFG樁和灰土擠密樁各自的優(yōu)勢，并且整體造價(jià)較低，施工難度較小，加強(qiáng)對(duì)CGF樁和灰土擠密樁結(jié)合而成的復(fù)合地基處理技術(shù)的研究，對(duì)推動(dòng)我國建筑行業(yè)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。