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        二元復(fù)合樁在高層建筑地基處理中的應(yīng)用研究

        2012-06-29 05:50:26文得貴
        四川建筑 2012年4期
        關(guān)鍵詞:施工設(shè)計(jì)

        文得貴

        (成都鐵路工程總承包有限責(zé)任公司,四川成都 610031)

        在房屋、交通等工程建設(shè)中,常遇到地質(zhì)條件較差的軟弱地基或不良地基問題。地基處理是否恰當(dāng),地基處理方案設(shè)計(jì)是否合理,不僅影響建筑物的使用安全,而且對(duì)建設(shè)速度、工程造價(jià)也有影響,因此建筑物地基處理有時(shí)候成為工程建設(shè)中的關(guān)鍵問題。常用的地基處理方法很多,根據(jù)加固機(jī)理可以分為密實(shí)法、置換法、復(fù)合地基法、加筋法及灌漿等。各種地基處理方法都有自己的加固原理及適用范圍。

        本文針對(duì)某小區(qū)高層住宅樓地質(zhì)情況,選擇“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復(fù)合樁作為其地基處理的方式,闡述了二元復(fù)合樁的加固原理及施工工藝等,并對(duì)處理后的地基進(jìn)行了檢測(cè)以檢驗(yàn)其方案的合理性。

        1 二元復(fù)合樁地基概述

        1.1 二元復(fù)合樁

        在多元復(fù)合地基中,可將樁身強(qiáng)度較高的樁稱為主樁,將強(qiáng)度較低的樁稱為次樁。多元復(fù)合地基通常可分為兩類:在第一類多元復(fù)合地基中,主樁的作用是復(fù)合地基的主要部分,次樁起輔助作用。在第二類多元復(fù)合地基中,復(fù)合地基承載力的提高主要依靠次樁的作用,主樁僅布置在節(jié)點(diǎn)及重要位置,達(dá)到減小沉降的目的,特別適用于深厚軟土上的建筑物地基處理。

        “水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復(fù)合樁即為經(jīng)過水泥攪拌樁處理的場(chǎng)地土,經(jīng)過一定時(shí)間的固結(jié),其物理力學(xué)性能將得到很大改善,在此基礎(chǔ)上增加CFG 樁而形成第一類二元復(fù)合地基。

        1.2 加固原理

        水泥土攪拌法是適用于加固飽和黏性土和粉土等地基的一種方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑通過特制的攪拌機(jī)械,就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌,使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土,從而提高地基土強(qiáng)度和增大變形模量。

        CFG 樁復(fù)合地基實(shí)際是在碎石(卵石、礫石)、石屑(細(xì)砂、中砂)、粉煤灰中摻入適量的水泥和水,用各種成樁機(jī)具制成的具有可變粘結(jié)強(qiáng)度、可變樁徑的復(fù)合地基。

        CFG 樁復(fù)合地基主要是通過以下作用機(jī)理提高地基承載力的:

        (1)置換作用。CFG 樁的樁體是具有一定強(qiáng)度的混合料柱體,在荷載的作用下,樁體壓縮性明顯小于樁周土,因此基礎(chǔ)傳到復(fù)合地基的附加應(yīng)力隨著地基的變形逐漸集中在樁體上,出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,樁承受的荷載通過樁周的摩阻力傳到更深的地基土中。

        (2)擠密作用。①對(duì)松散砂類土體,在振動(dòng)荷載作用下,可使顆粒間孔隙較大、位置不穩(wěn)定的疏松的單粒結(jié)構(gòu),產(chǎn)生較大的變形、擠密,變成密實(shí)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),土體的干密度和摩擦角有所增大,土體物理力學(xué)性能得到改善,從而提高地基承載力。②對(duì)黏性土體,由于振動(dòng)和沖擊擠壓作用使樁間土得到一定程度的擠密,加固后的地基土含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有所減少和降低,而土體的重度、壓縮模量均有所增加。

        (3)CFG 樁復(fù)合地基中褥墊層作用機(jī)理。褥墊層技術(shù)是復(fù)合地基的重要組成部分,CFG 樁只有通過褥墊層才能構(gòu)成樁土復(fù)合地基。主要表現(xiàn)在:①保證CFG 樁共同承擔(dān)荷載;②調(diào)整CFG 樁荷載分擔(dān)比;③緩解基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中;④調(diào)整CFG 樁水平荷載的分配。

        2 實(shí)際工程應(yīng)用

        2.1 工程簡(jiǎn)介及地質(zhì)條件

        場(chǎng)地地下水為賦存于第四系沖洪積砂卵石層中的孔隙潛水,受大氣降水及地下徑流補(bǔ)給,并通過地下徑流、蒸發(fā)等方式排泄??辈炱陂g正值平水期末期,測(cè)得場(chǎng)地地下水水位埋深4.90~7.30 m,相應(yīng)標(biāo)高為512.476~513.136 m。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,地下水豐、枯水期年變化幅度為1.00~2.50 m?;咏邓O(shè)計(jì)靜止水位標(biāo)高按513.486 m 考慮;地下水抗浮設(shè)計(jì)標(biāo)高按515.486 m 考慮。

        綜合鉆探、原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)資料,結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)提供設(shè)計(jì)使用的各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值,如表1。

        表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值表

        2.2 二元復(fù)合樁地基樁設(shè)計(jì)

        2.2.1 持力層及樁徑

        根據(jù)目前的設(shè)備情況復(fù)合地基以稍密及以上密實(shí)度卵石層作為樁端持力層,CFG 樁樁徑350 mm,攪拌樁樁徑600 mm。

        2.2.2 不利勘察孔分析

        根據(jù)不利勘察孔的分析,選擇一個(gè)勘察孔進(jìn)行估算攪拌樁豎向承載力特征值,見表2、表3。

        表2 估算攪拌樁豎向承載力特征值

        2.2.3 樁體質(zhì)量要求

        (1)CFG 樁:樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值fcu應(yīng)大于等于3Ra/Ap,即:3×350/(3.14×0.22)= 8.35MPa,樁體混凝土可按C15 進(jìn)行配制。

        樁體材料設(shè)計(jì):以卵石為主,卵石粒徑2~5 cm,摻和一定量的砂、水泥等;坍落度控制在3 cm 左右,土層含水量較高時(shí)坍落度偏低;采用普通硅酸鹽水泥P.O 32.5;施工配合比宜通過試驗(yàn)室進(jìn)行試配確定。

        表3 估算CFG 樁豎向承載力特征值

        (2)水泥土攪拌樁:水泥土攪拌樁采用普通硅酸鹽水泥P.O 32.5 作為樁體材料,水泥用量為50 kg/m,水泥土立方體強(qiáng)度為2.0 MPa。

        2.2.4 地基表面處理

        地基加固施工時(shí),地表面因沖擊作用會(huì)隆起抬高,待地基施工、檢測(cè)完畢后,土建施工部門可進(jìn)行清理,整平至基底標(biāo)高以下20 cm,褥墊層材料可采用為天然級(jí)配為2~5 cm 的連砂石或采用級(jí)配中粗砂加70%左右碎石,碎石粒徑不宜大于3 cm,虛鋪厚度24 cm,壓實(shí),夯填度取0.9。

        2.2.5 加固材料及樁位

        普通硅酸鹽水泥P.O 32.5,骨料成分砂(中砂)、石(20~50 mm)。CFG 樁樁體強(qiáng)度配合比按試配報(bào)告進(jìn)行、樁體材料試塊作抗壓試驗(yàn),報(bào)告達(dá)到C15 強(qiáng)度等級(jí)。

        CFG 樁成樁直徑大于或等于350 mm,攪拌樁成樁直徑大于或等于600 mm。樁長(zhǎng)、樁位允許誤差為:樁長(zhǎng)±100 mm,樁位<100 mm。

        2.2.6 設(shè)計(jì)成果

        (1)CFG 樁設(shè)計(jì)參數(shù)。CFG 樁有效樁徑350 mm;CFG樁樁體立方體強(qiáng)度C15;采用矩形布置;CFG 樁樁尖以稍密卵石層作為持力層。

        (2)攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)。樁徑600 mm;樁體材料普通硅酸鹽水泥P.O 32.5;采用矩形布置。

        2.3 施工組織及工藝流程

        2.3.1 設(shè)備配置

        (1)CFG 樁施工。成孔機(jī)具采用螺旋鉆(CFG15)總計(jì)1套,其電機(jī)功率37×2 kW,取土鉆頭直徑350 mm,沖擊填料重錘800~1000 kg;攪拌機(jī)1 臺(tái)或采用商品混凝土;電焊機(jī)1臺(tái);斗車10個(gè)。

        (2)水泥攪拌碎石樁施工。水泥土攪拌樁機(jī)(SJB-1)1套;灰漿拌和機(jī)(200 L)2 臺(tái);灰漿泵(HB6-3)1 臺(tái)。

        2.3.2 工藝流程

        測(cè)量放點(diǎn)→開挖基槽至基礎(chǔ)墊層高程以下20cm→施工機(jī)械就位→水泥土攪拌樁施工→成孔至持力層→填料→水泥土攪拌成樁至基礎(chǔ)墊層高程以上→螺旋鉆CFG 樁機(jī)成孔至持力層深度→單次填料并夯實(shí)→循環(huán)單次填料、夯實(shí)直至CFG 樁成樁至基礎(chǔ)墊層高程以上→人工撿土并裁樁(褥墊層高度范圍內(nèi))→復(fù)合地基檢測(cè)→鋪設(shè)并壓實(shí)褥墊層→基礎(chǔ)施工。

        2.4 質(zhì)量控制

        (1)測(cè)量放點(diǎn)。清理平整場(chǎng)地,要求場(chǎng)地標(biāo)高為基底標(biāo)高以上不低于0.3 m;按軸線范圍依據(jù)《復(fù)合地基樁平面布置圖》布樁位,放點(diǎn)誤差要求在2~4 cm 之內(nèi)。

        (2)CFG 樁成孔至地基處理深度后,投入3~5個(gè)人頭石,沖密,形成擴(kuò)大頭,再向孔中填料,每次填料高度宜小于0.5 m,搗實(shí),并根據(jù)錘擊數(shù)控制CFG 樁樁體的密實(shí)度,沖擊錘擊數(shù)5~8 擊,落距2.0~3.0 m。

        (3)施工現(xiàn)場(chǎng)全部加固后,平整基坑,進(jìn)行表面處理。

        (4)施工過程中,為防止斷樁產(chǎn)生,填料施工中如產(chǎn)生地基土垮坍,應(yīng)重新成孔,保證施工中不產(chǎn)生斷樁。

        2.5 地基處理檢測(cè)

        2.5.1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值

        本工程水泥土攪拌樁復(fù)合地基共選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn),為總樁數(shù)(共計(jì)498 根)的0.6%,符合規(guī)范中抽檢總樁數(shù)0.5%~1%的要求,各檢測(cè)點(diǎn)位均由建設(shè)、監(jiān)理、檢測(cè)及設(shè)計(jì)等相關(guān)單位共同認(rèn)可選定。各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值詳見表4。

        單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明:本工程水泥土攪拌樁復(fù)合地基按規(guī)范選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn),其復(fù)合地基承載力特征值大于設(shè)計(jì)要求的210 kPa,符合設(shè)計(jì)要求。

        表4 各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值匯總表

        表5 各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值匯總表

        2.5.2 CFG 樁復(fù)合地基承載力特征值

        本工程CFG 樁復(fù)合地基共選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn),為總樁數(shù)(共計(jì)359 根)的0.8%,符合規(guī)范中抽檢總樁數(shù)0.5%~1%的要求,各檢測(cè)點(diǎn)位均由建設(shè)、監(jiān)理、檢測(cè)及設(shè)計(jì)等相關(guān)單位共同認(rèn)可選定。各試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承載力實(shí)測(cè)值詳見表5。

        單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明:本工程CFG 樁復(fù)合地基按規(guī)范選取3 點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn),其復(fù)合地基承載力特征值大于設(shè)計(jì)要求的350kPa,符合設(shè)計(jì)要求。

        3 結(jié)束語

        本文針對(duì)某小區(qū)高層住宅樓地質(zhì)情況,選擇“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復(fù)合樁作為其地基處理的方式,闡述了二元復(fù)合樁的加固原理及施工工藝等,并對(duì)處理后的地基進(jìn)行了檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果表明水泥土攪拌樁及CFG 樁復(fù)合地基承載力特征值均大于設(shè)計(jì)值,符合規(guī)范要求。

        [1]吳志剛,劉景升.CFG 樁地基處理及最優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(1)

        [2]林森.CFG 樁-碎石樁組合型復(fù)合地基的應(yīng)用實(shí)例及問題分析[J].建筑科學(xué),2010,26(3)

        [3]宋發(fā),楊松.多重復(fù)合地基處理的工程實(shí)踐[J].工業(yè)建筑,2007,37(4)

        [4]茍小兵.二元復(fù)合地基在某高層建筑地基處理中的應(yīng)用[J].四川建筑,2011,31(1)

        [5]劉蘭,徐得潛.水泥土攪拌樁在加固軟弱地基中的若干問題的探討[J].安徽建筑,2008,15(2)

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