黃土地區(qū)CFG樁復(fù)合地基承載性能試驗(yàn)研究

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）

1 引言

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。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目概況

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

2.2 工程地質(zhì)條件

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。

3 CFG樁復(fù)合地基參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 樁長

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。

3.2 樁間距、樁徑

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。

3.3 面積置換率

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。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)及分析

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 單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn)

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 復(fù)合地基抗壓承載力試驗(yàn)

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 樁身完整性試驗(yàn)

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）。

5 結(jié)論

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。