CFG樁復(fù)合地基參數(shù)變化對軟土地基處理的影響分析

莫艷合，梁冰心

（中冀建勘集團有限公司，河北石家莊 050000）

1 工程概況

擬建新區(qū)規(guī)劃路位于某沿海城市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，從上至下的地層構(gòu)成分別是①層雜填土～②層粘土～③層淤泥～④層細砂～⑤層淤泥～⑥層中砂～⑦層花崗巖，由于項目對工后沉降要求較高，經(jīng)過對多種軟基處理措施進行綜合比選后，確定采用CFG 樁復(fù)合地基進行軟基處理。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計樁身強度為C15，基樁呈矩形布置，碎石直徑在20～30mm范圍內(nèi)，石屑直徑在2～10mm范圍內(nèi)且雜質(zhì)含量需控制在5%以內(nèi)。水泥選用無結(jié)塊未變質(zhì)的普通硅酸鹽水泥，混合料的攪拌時間不低于2min，為了有效改善混合料的和易性，項目部在混合料內(nèi)適當?shù)脑黾恿怂嗪图毶坝昧?，相?yīng)減少了粉煤灰用量?？刂苹旌狭系奶涠仍?～5cm內(nèi)，控制混合料密度不低于22t/m3。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計直徑為400mm；CFG樁有效樁長為16.5m，矩形布樁，樁間距為1.5m，褥墊層厚度為50cm。針對設(shè)計方案的最不利處進行了理論驗算，驗算結(jié)果滿足要求，進一步驗證了設(shè)計的合理性。

為了研究CFG樁復(fù)合地承載能力和沉降量受CFG樁樁長、樁間距、樁身直徑以及褥墊層厚度參數(shù)的影響情況，以規(guī)劃路C1+052.8～C1+082.8 路段為研究背景，從通過改變其中一個變量來分析CFG樁復(fù)合地承載能力和沉降量變化情況。

2 CFG樁單一參數(shù)變化對復(fù)合地基的影響分析

2.1 改變樁長

通過單一改變樁長長度，將樁長長度作為變量來分析CFG 樁復(fù)合地基承載能力和沉降量的變化情況。由于項目所在地常用CFG樁灌注設(shè)備能達到的最大長度為18m，所以在樁長變量方面可達到的最長長度為17.5m。樁間距、墊層厚度以及樁身直徑不變的情況下，單一改變樁長的設(shè)計方案見表1。

表1 樁長作為單一變量的設(shè)計方案表

通過理論計算確定了改變樁長前和改變樁長后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表2。

表2 不同CFG樁復(fù)合地基樁長所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表1、表2 中的數(shù)據(jù)，分別繪制出樁長變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線和樁長變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖1 和圖2 所示。從圖1可知，當樁的長度增加時，CFG樁復(fù)合地基的承載力是逐漸增加的，但是增加的幅度有限。這主要是因為樁的長度較短時，樁身影響范圍只限于其周圍土體，繼而限制了其加固深度；當樁的長度增加時，樁體周圍土體的擠密程度增加，繼而增加了樁體的加固深度，增加了復(fù)合地基的承載能力。換言之，樁長的長度增加可以使樁土共同分擔上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，行之有效地增加地基承載能力[1]。從圖1曲線曲率的變化可知，當有效樁長增加到17m 后，復(fù)合地基的承載力變化開始減緩，也就是說當樁長增加到一定長度后，樁長對復(fù)合地基的承載能力的影響減弱，基于此，在設(shè)計CFG樁復(fù)合地基樁長時，要合理選取樁長設(shè)計值，避免工程成本浪費現(xiàn)象發(fā)生。從圖2可知，CFG樁復(fù)合地基沉降量隨著樁長的增加不斷降低，當樁長長度從16m變化到16.5m時，復(fù)合地基的沉降量變化幅度最大，當有效樁長超過16.5m時，復(fù)合地基的沉降量變化趨勢大幅度減小?；诖耍谠O(shè)計CFG樁復(fù)合地基樁長時，要合理選取樁長設(shè)計值，避免工程成本浪費現(xiàn)象發(fā)生。

圖1 樁長變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線

圖2 樁長變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線

2.2 改變樁身直徑

CFG 樁直徑規(guī)范范圍為350～600mm 之間，項目部通過區(qū)域施工機械設(shè)備特點等因素綜合考慮確定了樁身直徑設(shè)計值為400mm。以樁身直徑為單一變量，樁長、樁間距以及褥墊層厚度為不變量來分析復(fù)合地基的承載能力和最終沉降量的變化情況，設(shè)計方案見表3。

表3 樁身直徑作為單一變量的設(shè)計方案表

通過理論計算確定了改變樁身直徑前和改變樁身直徑后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表4。

表4 不同CFG樁復(fù)合地基樁身直徑所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表3、表4 中的數(shù)據(jù)，分別繪制出樁身直徑變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線和樁身直徑變化對CFG 樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖3 和圖4 所示。從圖3可知，當樁身直徑增加時，復(fù)合地基承載力增加，當樁身直徑從350mm 增加到400mm 時，地基承載力增加趨勢明顯，當繼續(xù)增加樁身直徑后，地基承載力增加趨勢變緩。這主要是因為增加樁身直徑可增加樁土接觸面積，上部荷載可以較好地傳遞到持力層，既增加了復(fù)合地基的承載能力，又降低了復(fù)合地基的沉降量[2]。但是并不是一味地增加樁身直徑就是對的，從圖中曲線變化可知，當樁身直徑增加到400mm后，再增加樁身直徑時，復(fù)合地基的承載能力和復(fù)合地基的沉降數(shù)值變化幅度越來越小。所以在CFG樁復(fù)合地基設(shè)計過程中要合理選取樁身直徑，避免工程成本浪費現(xiàn)象發(fā)生。從圖4可知，在上部荷載相同時，隨著樁身直徑的不斷增加，復(fù)合地基的沉降量不斷減小，特別到當樁徑從350mm到400mm變化的過程中，復(fù)合地基沉降量變化最為明顯，當繼續(xù)增加樁身直徑后，復(fù)合地基沉降量變化趨勢逐漸降低。

圖3 樁身直徑變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線

2.3 改變?nèi)靿|層厚度

通過嚴密的理論計算確定了該案例項目褥墊層最佳厚度范圍為25～57cm 之間，項目部根據(jù)綜合因素通盤考慮確定了褥墊層厚度為50cm。將褥墊層厚度作為單一變量，樁長、樁身直徑以及樁間距作為不變量，來分析研究褥墊層厚度變化對復(fù)合地基承載能力和沉降量的影響。單一改變?nèi)靿|層厚度的設(shè)計方案見表5。

表5 褥墊層厚度作為單一變量的設(shè)計方案表

通過理論計算確定了改變?nèi)靿|層厚度前和改變?nèi)靿|層厚度后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表6。

表6 不同CFG樁復(fù)合地基褥墊層厚度所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表6中的數(shù)據(jù)可知，褥墊層厚度變化沒有對復(fù)合地基承載能力有任何影響，只對復(fù)合地基的沉降量產(chǎn)生了影響，根據(jù)表6 數(shù)據(jù)繪制出褥墊層厚度變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖5所示。從圖5可知，復(fù)合地基褥墊層厚度增加其地基沉降量也隨之增加。之所以褥墊層厚度不會對復(fù)合地基承載能力產(chǎn)生影響，是因為褥墊層的作用就是傳遞基樁和樁間土之間的荷載。當褥墊層厚度增加時，荷載作用在褥墊層時就獲得了比較大的壓縮空間，導(dǎo)致上部荷載通過樁傳遞給樁間土的部分變小，而通過樁身直接傳遞給樁端部分的荷載增加，導(dǎo)致復(fù)合地基的沉降增加。

圖5 褥墊層厚度變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線

圖6 樁間距變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線

2.4 改變樁間距

地基處理規(guī)范要求，CFG 樁樁間距的距離應(yīng)為樁身直徑的3～4倍，即案例項目的樁間距距離在1.2～1.6m范圍內(nèi)均復(fù)合規(guī)范要求。通過單一改變樁間距距離，來分析判斷樁間距變化對復(fù)合地基承載力和沉降量的影響。但是樁間距改變勢必要引起樁數(shù)的改變，根據(jù)有限元模型分析，樁間距改變后的方案設(shè)計情況及樁數(shù)變化情況，如表7所示。

表7 樁間距作為單一變量的設(shè)計方案表

通過理論計算確定了改變樁間距前和改變樁間距后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表8。

表8 不同CFG樁復(fù)合地基樁間距所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表7、表8 中的數(shù)據(jù)，分別繪制出樁間距變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線和樁長變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖7和圖8所示。在基樁數(shù)量合理條件下，樁間間距越小，其復(fù)合地基承載能力越高，這主要是樁間間距越小，其樁間土的擠密程度越高，樁周土體約束基樁變形的能力增加。即當?shù)缆返某两盗亢统休d能力要求不高時，盡量避免使用較小的樁間距的設(shè)計方案，可以有效地減少基樁數(shù)量，繼而在滿足設(shè)計規(guī)范要求的前提下，大幅度合理削減工程開支。

圖7 樁間距變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線

3 結(jié)語

針對上述幾種單一變量替換方案進行復(fù)合地基承載力檢測和復(fù)合地基沉降量檢測，檢測結(jié)果均符合設(shè)計和規(guī)范要求。再次對幾種方案的造價情況進行驗算，某沿海城市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)規(guī)劃路C1+052.8～C1+082.8 軟基路段采用原方案的造價為44158元，當有效樁長改為16m、樁身直徑400mm 保持不變、樁間距改為1.6m、復(fù)合地基乳墊陳厚度改為30cm 后，C1+052.8～C1+082.8 軟基路段的施工造價為40117 元。所以，案例項目C1+052.8～C1+082.8軟基路段CFG樁復(fù)合地基最優(yōu)處理參數(shù)為：有效樁長16m；樁身直徑400mm；樁間距1.6m；褥墊層厚度30cm。