李勇偉,何飛,宋紅民,馬志強(qiáng),杜榮波
(中電建路橋集團(tuán)西北基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司,陜西 西安 710000)
CFG樁是指由水泥、粉煤灰、碎石和石屑等攪拌而成的高粘結(jié)性樁,其樁體內(nèi)部不設(shè)置鋼筋,樁體與樁間土、褥墊層三者協(xié)同形成CFG樁復(fù)合地基。該復(fù)合地基不但施工工藝簡單方便、造價(jià)較低,且廣泛適用于各類軟弱地基提高承載力、控制地基變形和消除黃土濕陷性等,其工作原理如圖1所示。
圖1 CFG樁復(fù)合地基工作原理
本文針對西安市西咸新區(qū)某工程實(shí)例,根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)探究黃土地區(qū)下CFG樁復(fù)合地基的承載性能,研究結(jié)果可為類似工程地質(zhì)下的工程應(yīng)用提供參考。
擬建工程為西安市西咸新區(qū)某高層住宅小區(qū),該項(xiàng)目由12棟高層住宅樓(29~32層)、1棟商務(wù)辦公樓(21層)和3棟配套公共建筑(3層)組成,其結(jié)構(gòu)體系為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),并采用筏板基礎(chǔ)。為提高地基承載力,項(xiàng)目采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基處理。
地層劃分及巖性特征
場地天然地基條件下,地基持力層為黃土狀土③、中砂③-1,其承載力特征值分別為150kPa、180kPa,經(jīng)修正后的承載力特征值不能滿足建筑物荷載要求,必須進(jìn)行地基處理。
根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果,原有地基土層厚度分布不均,CFG樁的樁體長度對于荷載分布有重要作用。若樁長過長,可能會(huì)造成材料浪費(fèi),若樁長不足,則可能會(huì)使樁端未達(dá)到理想的持力層,降低樁基的實(shí)際承載力。
場地中分布的中砂⑥及其以下地層物理力學(xué)性質(zhì)較好,埋藏較深,厚度較大,分布連續(xù),其地基土的承載力特征值為210kPa,是較為良好的樁端持力層。綜合考慮各樓棟的荷載情況,該項(xiàng)目中CFG樁最短為16.0m,最長為24.0m。
樁距和樁徑大小是影響CFG樁復(fù)合地基面積置換率的重要因素,反映了復(fù)合地基的置換效果,即CFG樁復(fù)合地基的施工效果。
考慮樁體受力特征以及樁間土與樁的協(xié)調(diào)效果,同時(shí)根據(jù)褥墊層的厚度,設(shè)計(jì)CFG樁的樁徑為0.4m。樁間距極大影響單樁所分擔(dān)的荷載以及樁體數(shù)量,從而影響復(fù)合地基的承載性能和沉降大小,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)與本工程實(shí)際地質(zhì)特征,設(shè)計(jì)樁間距為1.3m,在平面上呈正三角形或正方形布置。
除樁間距與樁徑外,樁的布置方式是復(fù)合地基面置換率的影響因素之一。面積置換率的改變會(huì)使復(fù)合地基的復(fù)合模量與復(fù)合泊松比的數(shù)值,提高面積置換率是提高CFG樁復(fù)合地基承載力的最有效途徑。
對其中一種類型的樁進(jìn)行計(jì)算其面積置換率,該類型CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)樁徑為0.4m,有效樁長為21.5m,樁距為1.3m,正方形布置,樁身為C35素混凝土。故面積置換率:
CFG樁的截面面積為0.1256m,面積置換率m=0.0744。
在大規(guī)模的樁基施工前,為檢驗(yàn)CFG樁單樁及復(fù)合地基的極限抗壓承載力,并將其作為承載路設(shè)計(jì)的依據(jù)之一并驗(yàn)證CFG樁復(fù)合地基在荷載作用下的可行性,選取樣本樁進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)和復(fù)合地基承載力試驗(yàn),如圖2所示。
圖2 CFG樁基檢測
4.1.1 試驗(yàn)方法
CFG樁復(fù)合地基的單樁豎向抗壓承載力采用堆載法檢測,加載系統(tǒng)由1臺6300kN或3200kN液壓千斤頂,通過高壓油管、高壓電動(dòng)油泵加載。試驗(yàn)加載方法為慢速維持荷載法,按樁的設(shè)計(jì)荷載分為十級,每次施加兩級荷載,逐級加載至預(yù)估的單樁極限承載力后,再增加兩級荷載。
試驗(yàn)過程中,對樁頂?shù)某两颠M(jìn)行實(shí)時(shí)觀測并記錄沉降數(shù)據(jù),直至達(dá)到終止加荷的條件。
4.1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及分析
選取6根工程樁進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn),并記錄整理其荷載-沉降實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),得到6根樁的單樁靜荷載的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及Q-s曲線,如圖3所示。
圖3 單樁靜荷載Q-s曲線
根據(jù)圖3顯示,6根試樁單樁豎向靜載荷試驗(yàn)的Q-s關(guān)系曲線均比較光滑,曲線均屬于緩變型,無明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn),在最大加載至2200kN時(shí),最終沉降量介于12.580mm~15.755mm之間,均未達(dá)到破壞狀態(tài),即三樁單樁豎向極限承載力值為2200kN。
按國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)的規(guī)定綜合判定,樁徑為0.4m,樁長約21.5m的樁單樁豎向承載力特征值為1100kN。
4.2.1 試驗(yàn)方法
在復(fù)合結(jié)構(gòu)中,其抗壓承載力是以單樁地基為試驗(yàn)中心,整體分擔(dān)相同荷載的一塊等效的地基承壓板上逐級依次施加復(fù)合荷載。試驗(yàn)前需對原地面進(jìn)行地基處理,試驗(yàn)中反力由壓重平臺反力裝置提供,承壓板直徑為1.365m。加載裝置采用千斤頂,試驗(yàn)加載為慢速維持荷載法,試驗(yàn)的加載量為設(shè)計(jì)單樁復(fù)合地基承載力特征值的2倍,加載分級進(jìn)行,每級加載量為最大加載量的1/8。
4.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及分析
試驗(yàn)全過程對6根試樁的荷載-沉降變化進(jìn)行記錄,同時(shí)觀察記錄承壓板的變形量,并得到6根樁的復(fù)合地基靜荷載的p-s曲線及承壓板的相對變形量曲線,如圖4、圖5所示。
圖4 復(fù)合地基靜荷載p-s曲線
圖5 復(fù)合地基承壓板相對變形量
圖4、圖5中靜載荷試驗(yàn)的壓力p(kPa)與對應(yīng)沉降量s(mm)顯示:當(dāng)壓力加載至1260kPa時(shí),最終沉降量介于12.725mm~13.367mm之間,相對變形量s/d介于0.0093~0.0098,均未達(dá)到破壞狀態(tài)。根據(jù)地基處理規(guī)范,復(fù)合地基承載力特征值為630kPa,相應(yīng)的s/d值介于0.0031~0.0038,滿足設(shè)計(jì)要求。
4.3.1 試驗(yàn)方法
根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì),需通過CFG樁低應(yīng)變反射波法檢測樁體完整性、單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn)檢驗(yàn)復(fù)合地基承載力特征值是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在樁頭布置接收點(diǎn)和激振點(diǎn),用激振錘敲擊樁頂,通過內(nèi)部加速度傳感器接收檢測信號從而得到傳播速度,以此判斷樁體的完整性。
4.3.2 試驗(yàn)結(jié)果
樁基施工完畢后,對樁基總量的20%進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測,并對樁身完整性進(jìn)行檢測。為了使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為精確,在樁頂部不同位置分別激發(fā)采集數(shù)據(jù),增大試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。按《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測規(guī)程》(JGJ/T93-95)檢測混凝土灌注樁樁身完整性,占全部CFG樁比例為22.16%,滿足規(guī)程要求。其中低應(yīng)變檢測樁均屬Ⅰ、Ⅱ類樁,樁身不足以影響承載力的質(zhì)量問題,滿足設(shè)計(jì)要求。低應(yīng)變動(dòng)力檢測結(jié)果滿足《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測規(guī)程》(JGJ/T93-95)。
本文依托于西安市西咸新區(qū)某工程項(xiàng)目,探討了CFG樁復(fù)合地基在黃土地區(qū)的應(yīng)用,并對復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)的重要參數(shù)進(jìn)行了討論。同時(shí)采用現(xiàn)場試驗(yàn),驗(yàn)證黃土地區(qū)下的CFG樁復(fù)合地基的承載性能,試驗(yàn)結(jié)果表明,在各個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)合理的情況下,CFG樁復(fù)合地基能夠起到提高地基承載力的作用。