周少華　陳軍

【摘 要】復(fù)合載體夯擴(kuò)樁為最近一種新地基處理樁型。本文通過(guò)對(duì)比介紹了復(fù)合載體夯擴(kuò)樁與CFG樁地基加固機(jī)理；對(duì)同一工程采用該兩種樁型分別從造價(jià)、工期及對(duì)環(huán)境的影響對(duì)比分析其各自優(yōu)缺點(diǎn)。最后，從復(fù)合載體樁的設(shè)計(jì)、施工及檢測(cè)介紹了復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的應(yīng)用。近年來(lái)復(fù)合載體夯擴(kuò)樁作為一項(xiàng)較成功的技術(shù)正逐步應(yīng)用于工程建設(shè)中，而且具有極好的應(yīng)用前景。本文意就復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的基本知識(shí)、加固機(jī)理以及設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)幾方面進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合載體夯擴(kuò)樁；CFG樁；加固機(jī)理；應(yīng)用

一、工程概況

1、建筑物結(jié)構(gòu)概況

由某房地產(chǎn)公司開發(fā)的大興某工程，為7棟居民住宅樓，地上11—16層，地下一層，樓與樓間為一層純地下車庫(kù)，基底標(biāo)高相同；樓外側(cè)四周為一層底商，一期總建筑面積12500m2。

2、場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件

根據(jù)本場(chǎng)地勘察報(bào)告，自然地表下1～10m為粘性土和粉土，地基承載力特征值為70～200kpa，10m往下為④層細(xì)砂、⑤層圓礫卵石，地基承載力特征值300kpa以上。場(chǎng)區(qū)地下水水位埋深大于19.6m，施工時(shí)可以不考慮地下水的影響。

3、場(chǎng)地現(xiàn)有條件及環(huán)境狀況

場(chǎng)區(qū)改造前為成片密集的危舊居民平房，位于黃村鎮(zhèn)中心。施工前平房全部拆除，場(chǎng)區(qū)存留大量建筑垃圾。

二、地基基礎(chǔ)方案的選擇

為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)地基承載力的要求，解決主樓與純地下車庫(kù)、底商產(chǎn)生的差異沉降，本場(chǎng)地必須進(jìn)行地基加固，為此項(xiàng)目部對(duì)地基基礎(chǔ)加固方案組織專項(xiàng)招標(biāo)，邀請(qǐng)巖土工程專業(yè)公司進(jìn)行地基加固方案設(shè)計(jì)和投標(biāo)報(bào)價(jià)。投標(biāo)結(jié)果主要為CFG樁復(fù)合地基與復(fù)合載體夯擴(kuò)樁兩種加固方案。為了保證方案在本場(chǎng)地安全、經(jīng)濟(jì)合理，需對(duì)這兩種樁型從技術(shù)安全、成本造價(jià)、工期進(jìn)度、環(huán)境因素幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1、復(fù)合載體夯擴(kuò)樁地基加固機(jī)理簡(jiǎn)介

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁是近年來(lái)發(fā)明的一種新的施工工藝，以樁端土體為研究對(duì)象，利用重錘沖擊成孔，對(duì)周圍土體進(jìn)行擠密加固，當(dāng)沉管到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，對(duì)樁端進(jìn)行連續(xù)填料、夯實(shí)、擠密等操作，并用三擊貫入度作為控制指標(biāo)（三擊貫入度為錘重35kN，上提6.0m，自由落體時(shí)貫入的深度），再填以干硬性混凝土，使樁端以下深度為3～5m、直徑為2～3m區(qū)域約10m3的土體得到最有效的加固擠密，形成自上而下由干硬性混凝土、填充料、擠密土體和影響土體組成的復(fù)合載體，然后再放置鋼筋籠、灌注混凝土。如圖1所示：

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的特點(diǎn)：

（1）內(nèi)管底部的干拌混凝土（無(wú)樁尖工藝）可有效起到止淤和短時(shí)止水作用，使后續(xù)混凝土灌注質(zhì)量得到保證。

（2）樁身混凝土借助于樁錘和內(nèi)夯管的下壓作用成型，可避免或減少縮頸或斷樁等弊病的產(chǎn)生。

（3）在夯擴(kuò)過(guò)程中，錘擊力經(jīng)內(nèi)夯管的傳遞，直接貫入樁端持力層，強(qiáng)制將現(xiàn)澆混凝土擠壓成夯擴(kuò)頭，同時(shí)，也將樁端持力層壓實(shí)擠密，使樁端持力層得以改善，樁端截面積增大，促使樁端阻力和樁承載力大幅度提高。復(fù)合載體夯擴(kuò)樁與夯擴(kuò)樁是完全不同的，它主要靠錘擊跟管成孔或振動(dòng)成孔，通過(guò)對(duì)護(hù)筒內(nèi)填料夯擊，使樁端層土體密實(shí)。因此復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的受力與夯擴(kuò)樁的受力也是完全不同的，夯擴(kuò)樁靠樁側(cè)與樁端擴(kuò)大頭承載，而復(fù)合載體夯擴(kuò)樁由于樁側(cè)摩阻力較小，主要靠復(fù)合載體受力，復(fù)合載體夯擴(kuò)樁受力時(shí)，當(dāng)荷載傳遞到樁頂，通過(guò)樁頂傳遞到干硬性混凝土，由于干硬性混凝土下為填充料，填充料與干硬性混凝土相比，孔隙比較大，壓縮模量也較干硬性混凝土小，相當(dāng)于干硬性混凝土下一軟弱下臥層，壓應(yīng)力經(jīng)軟弱下臥層擴(kuò)散后，壓力降低；相對(duì)于干硬性混凝土，其下的擠密土體也相當(dāng)一軟弱下臥層，壓力再次被擴(kuò)散，當(dāng)壓力經(jīng)過(guò)填充料、擠密土體和影響土體擴(kuò)散后，當(dāng)壓力傳遞到復(fù)合載體下持力層后，壓力已經(jīng)明顯降低，小于持力土層承載力，由于復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的樁長(zhǎng)較短，其載荷試驗(yàn)曲線大都為一緩變型曲線，可見承載力主要通過(guò)復(fù)合載體傳遞到復(fù)合載體下持力層。

圖2為復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的受力簡(jiǎn)化圖。當(dāng)承臺(tái)梁下采用復(fù)合載體夯擴(kuò)樁時(shí)，樁端載體等效為在樁端深度形成一條形基礎(chǔ)；當(dāng)獨(dú)立柱基下采用復(fù)合載體夯擴(kuò)樁，樁端載體等效為樁端深度處的一深層獨(dú)立基礎(chǔ)；當(dāng)采用滿堂布復(fù)合載體夯擴(kuò)樁時(shí)，樁端載體在樁底等效為樁端深度處的筏板基礎(chǔ)，故復(fù)合載體夯擴(kuò)樁施工工藝實(shí)際上是一種將條基、獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等進(jìn)行深層施工的技術(shù)。

結(jié)合本場(chǎng)地地層條件，將復(fù)合載體樁端選擇在④層細(xì)砂上，可以充分發(fā)揮樁體作用，滿足設(shè)計(jì)要求。

2、CFG樁復(fù)合地基作用機(jī)理簡(jiǎn)介

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，是在碎石樁基礎(chǔ)上加進(jìn)一定比例的石屑、粉煤灰和水泥加水拌和制成的具有一定強(qiáng)度的樁，樁的承載力主要來(lái)自全樁長(zhǎng)的摩阻力及樁端承載力，樁越長(zhǎng)則承載力越高，樁端落在好土層時(shí)可很好地發(fā)揮端阻，在復(fù)合地基增強(qiáng)體（樁體）系列中，CFG樁的置換作用最強(qiáng)，復(fù)合地基承載力提高幅度大，復(fù)合模量高，地基變形小，是高粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基的代表，目前大量用于高層和超高層建筑地基加固，樁身強(qiáng)度等級(jí)多在C15～C25之間。CFG樁、樁間土和褥墊層一起形成復(fù)合地基，筏板基礎(chǔ)素混凝土墊層位于復(fù)合地基褥墊層上。其中褥墊層在保證樁、土共同承擔(dān)荷載、調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比，減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中發(fā)揮著重要作用。根據(jù)本場(chǎng)地地層情況，選擇第④層細(xì)砂作為CFG樁樁端持力層，其復(fù)合地基承載力和地基變形能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

3、以單棟主樓為對(duì)象，對(duì)CFG樁方案與復(fù)合載體夯擴(kuò)樁方案進(jìn)行成本比較在保證技術(shù)安全的前提下，企業(yè)已降低成本來(lái)最大限度提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為此通過(guò)同一樓基礎(chǔ)兩種樁型的比較，可形象的說(shuō)明問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)方案，比較如下：

通過(guò)以上基礎(chǔ)造價(jià)對(duì)比分析，單棟主樓基礎(chǔ)復(fù)合載體夯擴(kuò)樁方案比CFG樁方案綜合造價(jià)低19.8萬(wàn)元。

4、兩種樁型在工期進(jìn)度、環(huán)境因素上的比較（單棟樓）

從工期上和對(duì)環(huán)境影響程度方面CFG樁方案略占優(yōu)勢(shì)，但結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況，開工初期復(fù)合載體夯擴(kuò)樁更適合本場(chǎng)地情況，在不對(duì)環(huán)境造成危害同時(shí)能消納現(xiàn)有場(chǎng)地建筑垃圾，既為建設(shè)方節(jié)約成本，又能美化環(huán)境。

5、比較結(jié)論：

通過(guò)以上三方面的比較，建設(shè)方選擇復(fù)合載體夯擴(kuò)樁在某工程施工更經(jīng)濟(jì)合理。

三、復(fù)合載體夯擴(kuò)樁在某工程應(yīng)用成果

1、復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，本場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)的地層劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀(jì)沉積層三大類，根據(jù)各地層巖性及工程性質(zhì)指標(biāo)對(duì)各地層劃分為5大層及相應(yīng)亞層，各土層的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表1。

勘察期間各鉆孔均未見地下水，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，不考慮地下水的影響。

a、持力層和樁長(zhǎng)的確定

根據(jù)擬建工程的地質(zhì)勘察資料，選取層細(xì)砂④作為復(fù)合載體夯擴(kuò)樁持力層，既復(fù)合載體夯擴(kuò)樁等效基礎(chǔ)的底面位于細(xì)砂層的頂面。選取一代表性鉆孔進(jìn)行計(jì)算，該孔細(xì)砂埋深為30.71m，獨(dú)立承臺(tái)埋深35.2m，復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的樁長(zhǎng)為4.5m。

b、單樁承載力計(jì)算

復(fù)合載體夯擴(kuò)樁復(fù)合載體持力層的修正深度并不是樁的長(zhǎng)度，而是建筑物基底埋深與樁長(zhǎng)深度之和，根據(jù)規(guī)范，承載力深度修正計(jì)算按現(xiàn)行地基規(guī)范：

式中：ηd為地基承載力深度修正系數(shù)；γm為載體基礎(chǔ)計(jì)算深度以上地基土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度（kN/m3）；d為等效基礎(chǔ)埋置深度，，L1根據(jù)地質(zhì)情況和填料略有差異，大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，一般取L1=2.0m，對(duì)于單樁承載力計(jì)算時(shí)，只考慮深度修正，而不考慮載體基礎(chǔ)的寬度修正。

基礎(chǔ)埋深d1一般自室外地平面算起。在填方整平地區(qū)可自填土地面算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工完成后時(shí)，應(yīng)從天然地面標(biāo)高算起。對(duì)于地下室采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí)，基礎(chǔ)埋深深度自室外地面標(biāo)高算起，采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)從室內(nèi)地面算起。當(dāng)建筑物存在主裙樓一體結(jié)構(gòu)，主樓結(jié)構(gòu)承載力修正時(shí)的d1可以按基礎(chǔ)底面以上范圍內(nèi)的荷載按基礎(chǔ)兩側(cè)的超載考慮，當(dāng)超載寬度大于基礎(chǔ)寬度的兩倍時(shí)，將基礎(chǔ)折算成土層厚度作為基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)兩側(cè)超載寬度不等時(shí)，取折算深度中較小值。經(jīng)修正后，持力層地基土承載力修正為759kPa。設(shè)計(jì)樁徑為450mm，樁長(zhǎng)9.0m，有效樁長(zhǎng)為4.5m，樁身混凝土強(qiáng)度為C30，復(fù)合載體落在細(xì)砂層上，三擊貫入度不大于10cm，根據(jù)《復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計(jì)規(guī)程》，Ae=1.9m2，單樁承載力Ra==1590kN>1500kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

c、樁身混凝土強(qiáng)度的驗(yàn)算

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的荷載，計(jì)算出荷載效應(yīng)基本組合時(shí)單樁上作用的豎向力，經(jīng)計(jì)算單樁上作用的豎向力為1500kN，樁身混凝土強(qiáng)度為C30，混凝土強(qiáng)度，fc=14.3N/mm2，0.7fcAp=0.7×14.3×3.14×4502/4=1591kN>1500kN，表明樁身混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，選用直徑450mm的樁徑是可以的。

d、配筋

由于復(fù)合載體夯擴(kuò)樁樁身混凝土主要起傳力杠作用，故只要滿足受力要求，滿足構(gòu)造配筋即可，主筋采用8φ12的縱向鋼筋，箍筋采用φ8@200，在樁頂1.5m內(nèi)進(jìn)行加倍。

2、復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的施工

（1）合理安排打樁順序。由于單樁承載力高，三擊貫入度控制小，填料量大，因此合理安排打樁順序顯得尤為重要。鄰樁影響不得超過(guò)兩次，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)相臨樁位移的變化，相鄰樁的豎向位移差不得大于20mm。（2）控制樁位。用經(jīng)緯儀和鋼尺按建筑物軸線定位樁孔，孔位偏差控制在100mm以內(nèi)。（3）嚴(yán)格控制樁垂直度。樁機(jī)定位后用細(xì)長(zhǎng)錘成孔，由于護(hù)筒直徑與樁徑匹配，樁徑一般不宜出現(xiàn)偏差，但因?yàn)閳?chǎng)地平整等原因，樁機(jī)的打樁架可能不垂直于地面，造成護(hù)筒不垂直，直至樁孔不垂直，所以在成孔前與成孔過(guò)程中，要嚴(yán)格控制打樁架的垂直度，確保樁孔垂直度在允許偏差1%之內(nèi)。（4）嚴(yán)格控制三擊貫入度。打擊護(hù)筒使其沉放至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，（工程樁端持力層為細(xì)砂層頂），細(xì)長(zhǎng)錘錘擊出護(hù)筒約3cm，連續(xù)三擊的貫入度要嚴(yán)格控制在10mm以內(nèi)，并且夯擊后地面隆起不得大于50mm。（5）控制夯擴(kuò)體的投料量。樁孔成型后，分批填入磚、碎石與干硬性混凝土，反復(fù)夯實(shí)擠密。投料量根據(jù)每根樁所處的地質(zhì)條件異同而變化，投入不宜小于0.5m3，且不宜大于1.8m3，如投入量大于1.8m3時(shí)，應(yīng)調(diào)整樁長(zhǎng)或改變施工參數(shù)，結(jié)合試樁的實(shí)際情況由設(shè)計(jì)人員定出投料量。（6）控制鋼筋籠的制作與安放。鋼筋籠采用點(diǎn)焊制作而成，縱向鋼筋連接采用雙面焊，焊接要注意同心與焊條規(guī)格，同一截面上縱向鋼筋接頭不得超過(guò)50%，箍筋間距和加勁筋的距離要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件要求執(zhí)行。鋼筋籠安放時(shí)要對(duì)準(zhǔn)孔位，注意就位后固定。（7）控制混凝土灌注質(zhì)量。本工程采用C30混凝土，開盤前，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土坍落度，混凝土坍落度應(yīng)根據(jù)地下水位、樁徑等因素確定，一般為140～160mm?；炷恋臐沧⒘恳罁?jù)理論計(jì)算值進(jìn)行控制，如發(fā)現(xiàn)異常，要及時(shí)解決?；炷翝沧⑼瓿珊?，提出護(hù)筒，護(hù)筒提升過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制速度，密切觀察混凝土的沉降量，拔管速度過(guò)快易出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至斷樁。護(hù)筒提出后，插入振搗棒進(jìn)行振搗，注意插入深度，并“快插慢拔”。

5復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的檢測(cè)

為了了解施工完畢的復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的施工質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求，我們對(duì)施工完畢的復(fù)合載體夯擴(kuò)樁進(jìn)行了檢測(cè)，復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的檢測(cè)包括2部分：靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)和低應(yīng)變完整性的檢測(cè)。

靜載荷試驗(yàn)采用堆載方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)加載到設(shè)計(jì)要求單樁承載力特征值的2倍即3000kN，按總樁數(shù)量的1%進(jìn)行隨機(jī)抽取，但不少于3根，本小區(qū)共進(jìn)行了28根靜載荷試驗(yàn)，所有試樁在2倍設(shè)計(jì)荷載下變形最大為18mm，未達(dá)到極限，故承載力都滿足設(shè)計(jì)要求，圖4為部分試樁的載荷試驗(yàn)Q-s曲線。

低應(yīng)變完整性檢測(cè)是為了檢測(cè)樁身混凝土質(zhì)量的一種方法，由于靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)量比較少，往往低應(yīng)變完整性檢測(cè)作為樁基礎(chǔ)的輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行，按照規(guī)范隨機(jī)抽取20%的樁進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)，所有檢測(cè)的樁，樁底反射明顯，波列清晰，表明樁身完整性也滿足設(shè)計(jì)要求。

6.結(jié)論

該工程地基加固以歷時(shí)約2年，經(jīng)過(guò)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的沉降觀測(cè)，基礎(chǔ)沉降很小，地基加固是個(gè)非常成功的。做到了技術(shù)上安全，同時(shí)為建設(shè)單位節(jié)省造價(jià)。復(fù)合載體夯擴(kuò)樁地基加固工藝由于具有諸多優(yōu)點(diǎn)，目前在全國(guó)已被廣泛采用，為國(guó)家節(jié)約了大量的建設(shè)資金。

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