李 治 文

(1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林長春 130026;2.上海海洋地質(zhì)勘察設(shè)計有限公司，上海 200120)

0 引言

CFG樁全稱為水泥粉煤灰碎石樁，它主要由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等加水拌和后，再用于各種成樁機具制成的高粘結(jié)強度樁，樁體強度等級一般在C5～C20之間[1-3]。CFG樁用于加固復(fù)合地基不但有施工速度快、工期短、質(zhì)量易控制等優(yōu)點，而且由于樁體不用配筋，并可摻入工業(yè)廢料粉煤灰，使得單樁承載力高，具有經(jīng)濟安全優(yōu)勢，因此CFG樁復(fù)合地基已廣泛應(yīng)用于我國地基處理技術(shù)[4，5]。本文擬在深基坑中應(yīng)用CFG樁解決高層建筑地基承載力不足的難題，通過設(shè)計合理的CFG樁參數(shù)，并進行檢測試驗，分析其適用性和合理性。

1 工程概況及地質(zhì)條件

擬建建筑地上共15層，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，設(shè)兩層地下室，基礎(chǔ)埋深－10.60m。本工程標(biāo)高±0相當(dāng)于絕對標(biāo)高50.20m?；幽媳狈较蜷L100m左右，東西方向?qū)捈s60m。場地內(nèi)表層為填土，其下為一般第四紀(jì)沖、洪積層，主要為粘性土和砂土交互沉積層。根據(jù)本次勘探現(xiàn)場勘探、原位測試及室內(nèi)試驗成果，按地層沉積年代、成因類型，將擬建場區(qū)內(nèi)本次最大勘探深度50.00m內(nèi)地層劃分為9大層。場地地層按自上而下簡述如下:

①層素填土:黃褐色，濕、局部飽和，稍密，以粘粉土為主，含少量磚渣、灰渣、碎石等。局部為雜填土，以建筑垃圾為主。層厚0.8m ～2.5m，層底標(biāo)高 46.84m ～48.71m。②層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土，②1層粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土:本層以②層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土為主，上部為②1層粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土，總層厚2.80m～4.90m，層底標(biāo)高43.10m～44.58m。③層粘質(zhì)粉土:灰黃～褐灰色，可塑，飽和含有機質(zhì)、姜石云母，局部夾粘質(zhì)粉土薄層。本層呈中～中高壓縮性，層厚1.70m ～4.00m，層底埋深7.50m ～9.50m，層底標(biāo)高39.63m～41.78m。④層粉質(zhì)粘土:褐黃～黃褐色，可塑，飽和，含有機質(zhì)、姜石、云母，局部夾粘質(zhì)粉土、重粉土粘土薄層或透鏡體。本層呈中壓縮性，層厚3.20m～5.70m，層底埋深11.50m ～14.20m，層底標(biāo)高 35.20m ～ 37.78m。⑤層粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土，⑤1層砂質(zhì)粉土:本層以⑤層粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土為主，局部夾⑤1層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土薄層及透鏡體?？倢雍?.30m ～11.60m，層底埋深 22.60m ～ 23.50m，層 底 標(biāo)高25.48m～26.58m。⑥層粉質(zhì)粘土、⑥1層砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土:本層以⑥層粉質(zhì)粘土為主，局部夾⑥1層砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土薄層及透鏡體?？倢雍?0.3m ～14.20m，層底埋深33.50m ～37.00m，層底標(biāo)高12.55m～15.66m。⑦層粉土，⑦1層粉質(zhì)粘土:本層以⑦層細(xì)砂為主，下部為⑦1層粉質(zhì)粘土?？倢雍?.00m～2.50m，層底埋深36.70m ～37.40m，層底標(biāo)高12.05m ～12.43m。⑧層卵石，⑧1層圓礫。總層厚3.00m ～3.30m，層底埋深 40.00m ～40.40m，層底標(biāo)高9.05m ～9.13m。⑨層粉質(zhì)粘土，⑨1層細(xì)砂，⑨2層圓礫:本層以⑨層粉質(zhì)粘土為主，與⑨1層細(xì)砂、⑨2層圓礫交互沉積，本次勘查未穿透該層。

2 深基坑CFG樁設(shè)計

2.1 設(shè)計要求

1)基礎(chǔ)以下均采用同一種復(fù)合地基，即CFG樁復(fù)合地基進行加固處理。2)地基處理后其復(fù)合承載力特征值應(yīng)滿足設(shè)計要求，復(fù)合地基承載力特征值不小于255kN/m2。3)地基變形應(yīng)滿足最終沉降量的相關(guān)規(guī)定，最大沉降控制在不大于50mm范圍內(nèi)。

2.2 CFG樁參數(shù)設(shè)計

1)樁長(L)參數(shù)設(shè)計:設(shè)計樁時應(yīng)盡量使樁端落在承載力相對較高的土層上。假如樁長設(shè)計不等時，應(yīng)考慮建筑物對承載力和變形的要求、土質(zhì)條件和設(shè)備能力等因素來確定樁端在持力土層的厚度，從而確定樁長。由地質(zhì)剖面圖和土的物理力學(xué)指標(biāo)可以看出，場地標(biāo)高12.4m以下存在密實的圓礫，層厚為3000mm～3 300mm，是較理想的樁端持力層，但該層埋深較深。若CFG樁樁端落在該層，樁長為28m，施工難度較大。另外通過計算也可以看出，若樁端落在該層。計算時的樁間距較大，超過樁間距的合理范圍。若按合理樁間距布樁，布樁數(shù)必然增加，造成不必要浪費。場地⑥層為可塑，中密，低壓縮性的粉質(zhì)粘土層，該層土的承載力特征值為210kPa，壓縮模量為16.5kPa，亦可作為持力層，初步確定樁端落在⑥層，樁長為18.5m。

2)樁徑(d)設(shè)計:CFG樁樁徑的確定取決于所采用的成樁設(shè)備。由于場地土強度較高，且存在粉土，粉砂層，不宜采用擠土的振動沉管工藝，擬采用非擠土的長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝，確定樁徑為400mm。

3)樁間距(s)設(shè)計:在樁長，樁徑確定后，計算樁間距之前需確定天然地基承載力fak，計算出單樁承載力Ra和復(fù)合地基承載力特征值fspk。

確定天然地基承載力特征值fak:建筑物基礎(chǔ)底面在粉質(zhì)粘土④層，該層承載力特征值fak=170kPa。計算單樁承載力是根據(jù)規(guī)范確定各土層的CFG樁的側(cè)阻力特征值為:④層粉質(zhì)粘土32.5kPa;⑤層粘質(zhì)粉土 32.5kPa;⑥層粉質(zhì)粘土 32.5kPa。樁端落在粉質(zhì)粘土⑥層，端阻力特征值取500kPa。

其中，up為樁的周長，m;qsi，qp分別為樁周第i層土的側(cè)阻力，樁端端阻力特征值，kPa;li為第i層土的厚度，m。

計算得單樁承載力特征值Ra=840kPa。

4)計算置換率:條件給出復(fù)合地基承載力fspk≥255kPa。

在已知天然地基承載力特征值的基礎(chǔ)上，單樁承載力特征值及復(fù)合地基承載力特征值可按式fspk=mRa/Ap+αβ(1－m)fak求得置換率m，計算時取樁間土折減系數(shù)β=0.95，樁間土強度提高系數(shù)

初步確定樁間距為2，此時復(fù)合地基承載力特征值fspk=366kPa。

6)驗算變形是否滿足要求:樁長，樁徑和樁間距初步確定后，需驗算是否滿足復(fù)合地基承載力，按下式計算:

進行驗算是否滿足復(fù)合地基變形要求。

在變形計算時，由式p0=pk－r0d。

pk≤fa=fspk+rm(d－0.5)，fspk≥pk－ rm(d －0.5)確定基底平均附加應(yīng)力p0=256.5kPa。

在計算模量提高系數(shù)時，復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)取試驗值，在這里近似地取計算值，模量提高系數(shù)為:

計算得最大變形量為45mm，平均變形量為40mm，可見計算結(jié)果滿足55mm的要求。

3 CFG樁的檢測及數(shù)據(jù)分析

3.1 CFG樁的檢測

試驗采用慢速維持法[6，7]，本文在該樓S1號，S2號，S3號及S4號共計4個試點進行了復(fù)合地基載荷試驗。當(dāng)試驗滿足下列條件之一時終止加荷:1)在某級荷載作用下，樁的沉降量為前一級加載下沉降量5倍時;2)在某級荷載作用下，樁的沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍;且經(jīng)過24h尚未達到相對穩(wěn)定。之后根據(jù)測試樁的荷載—沉降曲線來分析其加固效果。

S1號，S2號，S3號及S4號四根測試CFG樁的沉降量見圖1，從圖1可知設(shè)計比較合理。

3.2 CFG樁檢測數(shù)據(jù)分析

按照規(guī)范 GJ 7-89地基土載荷試驗規(guī)定，分析測試樁間土P—S的曲線，考慮地基土變化特征，樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值取400kPa。再按規(guī)范JGJ 94-94單樁豎向抗壓靜載試驗規(guī)定，分析測試樁P—S曲線特征，得到 PUK=715kN。根據(jù)《水泥、粉煤灰、碎石樁(CFG)復(fù)合地基技術(shù)規(guī)定》:單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值RK=ηPUK(η=0.57～0.67)。從單樁載荷試驗P—S曲線中發(fā)現(xiàn)四個測試樁存在比例界限，平均值為512.5kN，最小值為450kN，因此從工程安全考慮η取0.57，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值取407.6kN，符合設(shè)計要求。

4 結(jié)語

從工程設(shè)計和檢測結(jié)果說明:高層建筑深基坑復(fù)合地基加固采用CFG樁，其施工工藝及技術(shù)措施是可行的，CFG樁復(fù)合地基加固效果明顯。

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