CFG樁復(fù)合地基在高層住宅工程中的應(yīng)用

摘要：城市地面建筑日趨飽和，高層建筑數(shù)量也越來越多。建筑高度增加，其地基荷載也更大，在實(shí)際建筑工程中，應(yīng)用適宜的地基處理方式非常重要。CFG樁復(fù)合地基技術(shù)是近年來提出的新型技術(shù)，在建筑工程中應(yīng)用廣泛。詳細(xì)介紹CFG樁復(fù)合地基的優(yōu)勢(shì)和實(shí)際工程中的應(yīng)用，具體闡述了其原理和施工手段，并結(jié)合高層住宅分析CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：地基基礎(chǔ);CFG樁復(fù)合地基;高層建筑;施工技術(shù)

0" "引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑物越來越多，隨之而來的問題也越來越多，例如抗震能力、消防、地基的承載力及穩(wěn)定性問題，因此，采取適宜的地基處理方式至關(guān)重要。

CFG樁因其承載能力強(qiáng)，近年來得到了廣泛應(yīng)用，本文詳細(xì)介紹了CFG樁復(fù)合地基的優(yōu)勢(shì)和實(shí)際工程中的應(yīng)用，具體闡述了其原理和施工手段，并結(jié)合高層住宅樓分析了CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)在其中的應(yīng)用。

1" "工程概況及地質(zhì)條件

本項(xiàng)目位于福州市某小區(qū)A-10住宅樓。根據(jù)采集數(shù)據(jù)，勘察鉆孔穩(wěn)定水位埋深距自然地表2.4～2.5m，屬于第四紀(jì)松散巖石孔隙水，下層地下水具有相對(duì)承壓的性質(zhì)，水位變化較大，變化幅度約1.5m。場(chǎng)地土壤滲透系數(shù)為2×10^-6～2×10^-3cm/s，單位進(jìn)水量為2.0～3.0m³/h。根據(jù)鉆孔取芯、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)巖土測(cè)試綜合分析，該場(chǎng)地層在鉆孔深度范圍內(nèi)分為4層。地層由上至下分別為：①粉質(zhì)黏土（Q4^al）、②粉砂（Q4^al）、③粉土（Q3^al）。

2" "復(fù)合地基處理方案

2.1" "地基處理方案選取理論依據(jù)

地基處理方法種類很多，沒有一種方法可以解決所有問題，且工程地質(zhì)條件差異很大，對(duì)地基的要求也不一樣，因此需要結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行考究和選擇。在地基技術(shù)確定前，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、環(huán)境、工期等條件，對(duì)具體的項(xiàng)目進(jìn)行相應(yīng)的分析，確定地基的處理方式。選擇合適的地基處理方式后，還應(yīng)根據(jù)技術(shù)、進(jìn)度等情況進(jìn)行進(jìn)一步的比較[1]，選擇一種或結(jié)合2種及以上的技術(shù)，最終形成一套較綜合的建設(shè)方案。

2.2nbsp; "地基處理方案分析及優(yōu)選

2.2.1" "鉆孔灌注樁方案

在項(xiàng)目工程實(shí)踐中，鉆孔灌注樁具有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)螛冻休d力高，穩(wěn)定性較強(qiáng)、抗震能力較好，沉降差異變形較小，方便施工，能應(yīng)用于大多數(shù)復(fù)雜的地質(zhì)條件且樁身長(zhǎng)度和直徑可靈活調(diào)整[2]。

但也存在以下缺點(diǎn)：容易因?yàn)榈叵聦訌?fù)雜的分布，在成孔時(shí)容易出現(xiàn)縮孔的現(xiàn)象，造成樁身頸縮，導(dǎo)致質(zhì)量下降，與CFG樁相比，施工成本較高。

2.2.2" "CFG樁方案

CFG樁復(fù)合地基是在基礎(chǔ)與地基之間設(shè)置一個(gè)褥墊層，以保證樁間土協(xié)同工作。而CFG樁的強(qiáng)度模量比樁間土的強(qiáng)度模量大，可以將高層建筑的荷載通過CFG樁傳遞到深層土層中，從而減輕了樁間土的變形[3]。CFG樁可不添加鋼筋，添加工業(yè)煤灰，從而極大地降低建設(shè)成本[4]。

CFG樁復(fù)合地基因采用工業(yè)煤灰外加劑，造價(jià)成本低，且承載力好。鉆孔灌注樁一般直徑差異較大，成本高。根據(jù)以上方案優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合項(xiàng)目場(chǎng)地的巖土分布等因素，最終確定CFG樁復(fù)合地基方案。

3" "CFG樁復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)建筑方法往往都過分要求樁來承擔(dān)豎向、橫向荷載[5]。而在實(shí)際工程中，如果荷載較大，普通的地基承載力不夠，可采用CFG樁對(duì)地基進(jìn)行加固。

在設(shè)計(jì)過程中，CFG樁可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，使用不同的樁長(zhǎng)，也可與另外的樁型進(jìn)行配合使用，形成多樁型復(fù)合地基。

3.1" "CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)理論

3.1.1" "CFG樁設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]，CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)可通過載荷試驗(yàn)來確定其承載力特征值，按照以下公式進(jìn)行估算。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)流程見圖1。

3.1.2" "樁基沉降設(shè)計(jì)與計(jì)算

上部荷載的作用下，CFG樁的樁身由于模量較大，會(huì)刺入褥墊層和下臥層，樁間土也會(huì)相應(yīng)沉降[7]，如圖2所示。各土層綜合模量如圖3所示。復(fù)合地基沉降計(jì)算分層如圖4所示。

3.1.3" "CFG樁數(shù)量計(jì)算

在實(shí)際工程中，CFG樁數(shù)量可能會(huì)受基礎(chǔ)各方面因素的影響而增加。原則上，在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置CFG樁，其數(shù)量可按下式確定。

3.2" "地基持力層強(qiáng)度驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算得到如下數(shù)據(jù)：6層樓基底壓力為130kN/m²，修正后的地基承載力為142.8kPa。7層樓基底壓力為143kN/m²，修正后的地基承載力149.85kPa。對(duì)于11層樓，帶地下室基底壓力200kN/m²，修正后的地基承載力為177.72kPa;不帶地下室基底壓力為215kN/m² ，修正后的地基承載力159.8kPa 。綜上所述，該大樓6、7層天然地基的計(jì)算強(qiáng)度可滿足設(shè)計(jì)要求，而11層不能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3" "CFG樁基設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化及樁基承載力計(jì)算

根據(jù)各土層物理、力學(xué)性質(zhì)，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)規(guī)范，CFG樁相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。采用4個(gè)不同的方案對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行計(jì)算，不同方案樁基設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及上表提供的設(shè)計(jì)參數(shù)，以9號(hào)孔揭露的地層情況為依據(jù)，單樁豎向承載力特征值估算如下：

基礎(chǔ)平均壓力規(guī)定為215kPa，經(jīng)過比較分析，表2種4種CFG樁復(fù)合地基的荷載承載力皆達(dá)到要求。當(dāng)復(fù)合樁的間距s=4d=1.6m時(shí)，可滿足建筑物的承載力要求。因此最終選擇方案2的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

3.4" "CFG樁體強(qiáng)度及樁基沉降計(jì)算

3.4.1" "樁體強(qiáng)度

3.4.2" "樁基沉降計(jì)算

本次選擇4、9、15和18號(hào)鉆孔進(jìn)行沉降計(jì)算。4號(hào)和15號(hào)孔的②號(hào)土層厚度與9號(hào)和18號(hào)的土層厚度相差較大，更具代表性。鉆孔平面布置示意圖如圖5所示。

3.5" "CFG樁布置及褥墊層設(shè)計(jì)

3.5.1" "CFG樁的布置

CFG樁為正方形布樁，面積置換率公式為：

3.5.2" 褥墊層設(shè)計(jì)

在CFG樁基中，褥墊層可有效調(diào)節(jié)樁土的應(yīng)力比。褥墊層的厚度很大程度上會(huì)影響其調(diào)節(jié)作用，從而影響CFG樁復(fù)合地基的承載能力。

若需利用樁間土的承載能力，可適當(dāng)增加褥墊層的厚度。若利用樁的承載能力，褥墊層的厚度需適當(dāng)減小。另外，褥墊層材料會(huì)影響其剛度，礫石墊層可充分利用樁間土的承載能力。

綜上所述，參考實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)并考慮技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性，本項(xiàng)目選擇褥墊層厚度為20cm。宜采用中砂、粗砂或礫石，粒徑不宜大于30mm。

4" "CFG樁復(fù)合地基施工

4.1" "施工工藝流程

本項(xiàng)目采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工工藝。施工時(shí)與其他樁基施工一樣，先測(cè)量定點(diǎn)，然后修正樁位。在螺旋鉆孔施工過程中，應(yīng)及時(shí)清理鉆孔，運(yùn)出棄土。具體流程如圖6所示。

4.2" "施工要點(diǎn)

4.2.1" "鉆孔

打樁機(jī)位置必須水平穩(wěn)定，保證垂直偏差不大于1%。鉆井過程中必須時(shí)刻注意地層的變化，直至鉆達(dá)到設(shè)計(jì)要求的持力層。

4.2.2" "投料

一旦螺旋鉆達(dá)到設(shè)計(jì)所需持力層，則開始泵送混合料，直至管內(nèi)混合料表面與鋼管料口齊平，且嚴(yán)格執(zhí)行混合料配比。

4.2.3" "提鉆

鋼管填滿混合料后，開始緩慢提升鉆頭，使鉆頭始終處于混合料表面以下，倒入混合料直至高出設(shè)計(jì)值約0.5 m樁頂標(biāo)高。

4.2.4" "樁頭處理

CFG樁施工后直至樁體達(dá)到一定強(qiáng)度（約7d）方可開挖基槽。

4.2.5" "鋪設(shè)褥墊層

為調(diào)整CFG樁與樁間土的聯(lián)合作用，在基礎(chǔ)下鋪設(shè)20cm厚褥墊層。

5" "結(jié)語

高層建筑大力發(fā)展，復(fù)合地基的種類也越來越多，CFG樁因造價(jià)成本低、施工過程效率高、效果好，近些年得到廣泛應(yīng)用。

CFG樁復(fù)合地基技術(shù)在建筑工程的實(shí)際應(yīng)用過程中，需根據(jù)該工程的地質(zhì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等各方面因素，設(shè)計(jì)適宜的地基方案，通過比較選擇最合理的施工方案，并在施工過程中控制地基的各項(xiàng)施工要求和標(biāo)準(zhǔn)。

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