CFG樁復合地基在地基處理中研究應用

關鍵詞：CFG樁；復合地基；承載機理；原位試驗 

　　1.CFG樁復合地基 

　　1.1 CFG樁復合地基簡介 

　　水泥粉煤灰碎石樁（簡稱CFG樁）是指在碎石中摻入一定量的石屑、粉煤灰和少量水泥，拌合成一種具有一定粘結強度的非柔性樁。CFG樁復合地基由樁、樁間土及褥墊層三部分構成。CFG樁法適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土等地基，對淤泥質土應按地區(qū)經(jīng)驗或通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。 

　　1.2 加固機理 

　　簡單說，褥墊層是將上部基礎傳來的基底壓力通過適當?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤�分配給樁及樁間土，使二者共同受力。同時土體受到樁的擠密而提高承載力，而樁又由于周圍土的側應力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一個復合地基的受力整體，共同承擔上部基礎傳來的荷載。 

　　褥墊層作用：保證樁與土共同承擔荷載，調整樁與樁間土之間豎向荷載及水平荷載的分擔比例。樁的作用：承擔基礎傳來的豎向、水平荷載，地基土產(chǎn)生一定的擠密作用，同時具有作用、預震作用。樁間土的作用：承擔豎向、水平荷載，對樁體進行約束，保證樁體正常工作。 

　　1.3特點 

　　預制混凝土樁具有較高的承載力，但造價較高；碎石樁的造價較低，但卻滿足不了高層建筑對地基承載力的要求；而CFG樁則具備了上述兩類樁的優(yōu)點，既造價低廉且承載力高。進行設計時，可通過改變CFG樁的樁長、樁距等來達到不同的復合地基承載力。通過改變樁長、樁徑、樁距等設計參數(shù)，可使地基承載力大幅提高，其提高的幅度在2.5～3倍，對軟弱地基承載力提高很大。變形穩(wěn)定，沉降量小，如將CFG樁落在較硬的圖層上，其地基沉降量可控制在一定的范圍內（在10mm以內）。工藝性好，由于大量采用粉煤灰，樁體材料具有較好的流動性，灌注方便易于控制施工質量，同時節(jié)約大量水泥、鋼材，利用工業(yè)廢料粉煤灰降低工程費用，與預制鋼筋混凝土樁相比，可節(jié)約投資30%-40%。 

　　2.CFG樁復合地基的工程應用 

　　2.1工程概況及地質條件 

　　正在興建的潢川縣蘇灣安置樓位于潢川縣312國道南側，緊鄰蘇灣大橋東岸。擬建建筑樓高10層，地下室一層，框架結構，基樁型式為CFG樁。該場地地貌屬于小潢河沖洪積平原，場地地形平坦。依據(jù)野外鉆孔描述、室內土工試驗指標綜合分析，該場地基土自上而下共分3個工程地質單元層： 

　　第11層素填土（Q4al）：雜色，稍濕，松散，主要由粘性土組成，結構松散，質地不均，欠固結。第22層粉質粘土（Q4al）：黃褐色-褐色，硬塑狀，下部偏可塑狀，切面稍光滑，具油質光澤，粉性感強，搖振無反應。局部表現(xiàn)為粘土，其力學性能指標差異不大。第33層粗砂：黃褐色。飽和，稍密-中密，主要成分為石英、長石。級配較好，局部夾雜泥質薄層，厚約40cm左右。 

　　本工程試驗樁采用CFG樁，有效樁長為10.4m，樁徑為400mm，總樁數(shù)為652根，面積置換率m=0.057，樁間距1.6m，復合地基承載力特征值為240kPa。設計CFG樁樁身強度為C15，樁體材料為碎石（料徑20mm）、中粗砂、P.O32.5 水泥、Ⅱ級粉煤灰、泵送劑和水。本工程共布設CFG樁470根。CFG樁施工完畢后，在樁頂鋪設300mm厚砂石褥墊層，最大料徑不宜大于30mm，褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法，要求夯填度不得大于0.9。 

　　2.2 CFG 樁復合地基承載力理論計算 

　　CFG樁單樁豎向承載力特征值可按下列兩式計算，并取其中小值： 

　　Ra1=13·fcuAp（1）Ra=up∑ni=1qsili+qpAp （2） 

　　式中：fcu—樁體砼試塊（邊長150mm 立方體）標準養(yǎng)護 28d 立方體抗壓強度平均值（kPa）；Ra—單樁承載力特征值（kN）；Ap—樁的截面積，Ap=0.1256m2；up—樁的周長，up=1.256m；qsi—樁側第i層土的側阻力特征值（kPa），根據(jù)巖土工程勘察報告提供數(shù)據(jù)取值；qp—樁的端力特征值（kPa），qp=600kPa；li—第i層土的厚度（m） 

　　代入以上數(shù)據(jù)，結果如下： 

　　Ra1=628（kN） （3）Ra2=339（kN）（4） 

　　所以設計時單樁承載力特征值取330KN。復合地基承載力特征值可按下式計算： 

　　fspk=mRaAp+β（1-m）fsk （5）式中：fspk—CFG樁復合地基承載力特征值（kPa）；m—面積置換率，m=0.057；Ra—單樁豎向承載力特征值；Ap—樁的截面積（m2），Ap=0.1256m2；β—樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時，可取0.75～0.95之間，天然地基承載力較高時取大值，本工取β=0.9；fsk—處理后樁間土承載力特征值（kPa），宜按地區(qū)經(jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時，可取天然地基承載力特征值，fsk=110kPa。 

　　所以：fspk=243kPa>240kPa （6） 滿足設計要求。 

　　2.3 CFG復合地基承載力原位檢測 

　　加載方式：采用慢速維持荷載法。試驗日期：2012年3月28日～2012年4月5日。壓板尺寸：面積為2.25㎡正方形剛性承壓板。反力裝置：采用錨樁反力裝置。 

　　試驗按照《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2002）復合地基載荷試驗，加載等級分8～12級，最大加載壓力不應少于設計要求壓力值的2倍。本次工程4點復合地基載荷試驗最大加載壓力為480kPa，均分為8級，級差60kpa。 

　　3.結論與展望 

　　通過原位試驗所測得單樁承載力與理論計算值對比分析可得，二者非常接近，均能滿足設計的要求，說明CFG樁復合地基承載力能夠滿足設計要求。 

　　CFG樁復合地基使得承載力提高幅度大，可調性強。CFG樁樁長可以從幾米到二十多米，并可全長發(fā)揮樁的側阻力。當?shù)鼗�土承載力較好時，荷載又不大，可將樁長設計的短一些；荷載大時，樁長可以長一些。特別是天然地基承載力較低，而設計要求的承載力較高，用散體材料難以滿足設計院要求時，則 CFG樁復合地基比較容易實現(xiàn)。 

　　通過合理的設計及嚴格的施工控制，CFG樁復合地基受力可靠，施工速度快，充分挖掘樁間土承載潛力，利用樁、土共同協(xié)調工作的特點，有效的降低工程造價，具有廣闊的發(fā)展前景。（作者單位：鄭州大學土木工程學院） 

　　參考文獻 

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