李 江

(建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007)

高置換率CFG 樁加固填土地基實(shí)例

李 江

(建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007)

以工程勘察報(bào)告為依據(jù)，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從復(fù)合地基的構(gòu)造形式和受力機(jī)制兩方面，對(duì)高置換率條件下樁間土的受力特性進(jìn)行了分析，論述了采用高置換率對(duì)削弱樁間填土的不均勻影響和充分發(fā)揮其承載力的作用，以提高地基承載力、減少地基沉降。

填土，CFG樁復(fù)合地基，高置換率，承載力，變形

1 項(xiàng)目概況

1．1 工程簡(jiǎn)介

擬建場(chǎng)地位于北京市通州區(qū)金橋工業(yè)區(qū)，是集廠房、定制、配套于一體的產(chǎn)業(yè)園區(qū)。擬建1號(hào)～13號(hào)樓均為地上4層的框架結(jié)構(gòu)廠房，采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)，埋深 －1．80 m(相對(duì)±0．00 m)。

1．2 場(chǎng)地巖土工程條件

擬建場(chǎng)地為建設(shè)預(yù)留用地，長(zhǎng)期荒置，較平坦，地面標(biāo)高介于23．39 m～24．91 m之間。根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)區(qū)地面以下20．00 m深度范圍內(nèi)的地層分布情況簡(jiǎn)述如下：

第一大層為填土層，稍密～中密狀態(tài)，填土層厚度2．50 m～4．70 m，基本不含生活垃圾，主要成分是磚頭、碎石等建筑廢料。經(jīng)調(diào)查，該場(chǎng)地曾為村民采砂場(chǎng)所，后經(jīng)征地回填，回填時(shí)間約13年，屬新填土。

第二大層為新近沉積地層，包括②1粉土層和②2粉細(xì)砂層。

第三大層及其下部地層均為一般第四紀(jì)沉積地層。包括③粉砂層，厚度1．00 m～3．80 m。④細(xì)砂層，礫石約占5%，厚度為0．40 m ～5．20 m。⑤粉質(zhì)粘土層，厚度1．20 m ～2．50 m。⑥細(xì)砂層，密實(shí)，最大揭露層厚7．50 m，且20．00 m深度內(nèi)未揭穿該層。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)分布2層地下水，第一層為潛水，埋深4．00 m～5．70 m;第二層為層間水，埋深10．5 m～12．00 m。這兩層地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)均具微腐蝕性，在干濕交替情況下對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋均具弱腐蝕性。

1．3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

1)處理后的復(fù)合地基承載力特征值不小于250 kPa;

2)處理后相鄰獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降差不大于0．002L，獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降值小于3 cm。

2 地基處理方案及設(shè)計(jì)參數(shù)

2．1 地基處理的原因

由于建設(shè)場(chǎng)地較周邊市政道路低約1 m，擬建廠房的±0．00設(shè)計(jì)高程比現(xiàn)狀地面高出約1．30 m，據(jù)此條件反算獨(dú)立基礎(chǔ)(埋深1．80 m)都位于第一層填土層內(nèi)，無(wú)法滿足地基承載力和變形設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼗庸烫幚怼?/p>

2．2 地基處理方法選擇

考慮到場(chǎng)地周邊是建成投產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，不能采用強(qiáng)夯方案;而填土的厚度較大、分布范圍廣泛，采用換填方案的費(fèi)用和工期都是建設(shè)單位無(wú)法接受的;若采用散體樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，又難以滿足承載力和變形要求。因此考慮采用剛性樁復(fù)合地基方案，利用填土為基礎(chǔ)持力層，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的地基加固處理，使其能夠滿足設(shè)計(jì)需要。

根據(jù)工程地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及類似工程經(jīng)驗(yàn)，從技術(shù)、造價(jià)及工期等方面綜合考慮，最終采用CFG樁復(fù)合地基方案。該工藝施工質(zhì)量易控制，施工速度快，噪聲較小且工藝不受地下水影響。

2．3 對(duì)填土物理力學(xué)性質(zhì)的評(píng)價(jià)

當(dāng)采用CFG樁復(fù)合地基方案時(shí)，樁間土就是填土層，這樣是否可行。一般來(lái)講，填土性質(zhì)不均、厚度和密度變化大;變形大、具濕陷性;壓縮性大、強(qiáng)度低，未經(jīng)處理不可作為基礎(chǔ)持力層。但是從勘察成果分析，本場(chǎng)地內(nèi)填土層卻具備了能夠用于工程建設(shè)“潛質(zhì)”。主要有以下兩方面的理由：

1)其承載能力，從輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N10觸探)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，觸探擊數(shù)22擊～28擊處于不低的數(shù)值區(qū)間;從剪切波速測(cè)試結(jié)果看，其波速值平均為185 m/s。參照碎石土和混合土的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行類比分析，我們推斷其承載力標(biāo)準(zhǔn)值在60 kPa～80 kPa范圍是合理的［1］。

2)其變形特性，該填土層直接回填于粉土層和砂層上，自身成分以大塊和粗顆粒的建筑垃圾為主，具備較好自身滲透性和外界排水固結(jié)條件，雖然屬于新填土，但是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)判斷其在自重條件下的固結(jié)程度是較高的。即便隨著施工進(jìn)展施加荷載導(dǎo)致沉降，但是在這種較好的固結(jié)條件下也將在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定［1］。

因此，選擇填土作為樁間土是可行的。

2．4 設(shè)計(jì)方案

2．4．1 樁長(zhǎng)和置換率

樁端持力層可選擇④細(xì)砂層和⑥細(xì)砂層，相對(duì)應(yīng)短樁+高置換率和長(zhǎng)樁+低置換率兩套方案。考慮到：

1)基底以下填土厚度2 m～4 m，其下就是低壓縮性的砂層，主要加固對(duì)象就是填土層，長(zhǎng)樁方案效果未必明顯且不夠經(jīng)濟(jì)。

2)為了最大限度降低因填土的不均勻性帶來(lái)的不利影響，在獨(dú)基范圍內(nèi)選擇密布CFG樁來(lái)置換填土。

3)高置換率條件下，樁與填土組成的復(fù)合土體由于混凝土材料占比較高，從材料組成上為其變形特性提供了有利保障。所以最終選擇淺部的④細(xì)砂層為樁端持力層，采用了短樁+高置換率方案，有效樁長(zhǎng)為 6．50 m，置換率范圍 0．09 ～0．12，因基礎(chǔ)尺寸而異。

2．4．2 褥墊層厚度

CFG樁復(fù)合地基通常會(huì)設(shè)置褥墊層，厚度一般為15 cm～30 cm，材料通常為碎石或級(jí)配砂石等散體材料。在基礎(chǔ)下設(shè)置柔性墊層，一方面可增加樁間土承擔(dān)荷載的比例，較充分地利用樁間土的承載潛能;另一方面可改善樁體上端的受力狀態(tài)，調(diào)節(jié)樁和樁間土的應(yīng)力分擔(dān)和變形協(xié)調(diào)。業(yè)界針對(duì)褥墊層的厚度與復(fù)合地基承載特性進(jìn)行了大量研究，獲得了大量規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)褥墊層厚度越厚，樁土荷載分擔(dān)比越小，也就是樁體承擔(dān)的荷載比例越低，反之就越高［2］。對(duì)本工程而言，恰恰就是要提高樁體所承擔(dān)的荷載比例，最大限度減小樁間土分擔(dān)的荷載，這樣填土在承載能力上的缺陷得以彌補(bǔ);同樣由于分擔(dān)的荷載小些，發(fā)生的變形也相對(duì)小些，對(duì)整體復(fù)合地基的變形也是有利的。在整理借鑒了多項(xiàng)針對(duì)褥墊層厚度與復(fù)合地基特性所進(jìn)行的試驗(yàn)、研究經(jīng)驗(yàn)后，設(shè)計(jì)了8 cm厚度的褥墊層。

2．4．3 承載力和變形計(jì)算復(fù)核根據(jù)CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)的計(jì)算公式［3］：

對(duì)各型式的獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行變形驗(yàn)算，處理后復(fù)合地基沉降值和相鄰獨(dú)基間的沉降差均滿足設(shè)計(jì)要求。

2．4．4 其他設(shè)計(jì)參數(shù)

CFG樁施工樁徑410 mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，施工工藝為長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，中心壓灌素混凝土成樁，碎石褥墊層粒徑小于3 cm并適量摻砂。

對(duì)各型式的獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行承載力驗(yàn)算，處理后復(fù)合地基承載力特征值范圍是255 kPa～283 kPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)根據(jù)公式［4］：

3檢測(cè)及監(jiān)測(cè)結(jié)果

3．1 檢測(cè)結(jié)果

復(fù)合地基施工完畢后，進(jìn)行承載力及樁身完整性檢測(cè)。其中承載力檢測(cè)采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)方法，載荷板的面積根據(jù)檢測(cè)對(duì)象所在獨(dú)立基礎(chǔ)的實(shí)際置換率進(jìn)行折算，最大試驗(yàn)荷載500 kPa;采用慢速維持荷載法分8級(jí)加載;13棟廠房各檢測(cè)3點(diǎn)、共39點(diǎn)。檢測(cè)結(jié)果為：當(dāng)加載至最大荷載500 kPa時(shí)，p—s曲線未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，各級(jí)沉降量較均勻，總沉降量均未超過(guò)規(guī)范允許值;且加載至250 kPa所對(duì)應(yīng)的s/b值均小于0．01。判定單樁復(fù)合地基承載力特征值不小于250 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求［3］。

樁身完整性檢測(cè)采用低應(yīng)變反射波法，試驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的10%。檢測(cè)結(jié)果為：受檢的全部CFG樁，樁身連續(xù)、完整，屬于Ⅰ，Ⅱ樁，判定為合格。

3．2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

CFG樁施工于2011年3月竣工，同年11月結(jié)構(gòu)封頂。沉降觀測(cè)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)施工期間及封頂后至今的沉降值均較小(7 mm～11 mm范圍)，且很快趨于穩(wěn)定;并且差異沉降也均小于0．001L，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1)填土的利用。

本實(shí)例大膽選用填土為持力層(樁間土)，關(guān)鍵是利用了勘察報(bào)告中的多種測(cè)試成果，同時(shí)也體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)力，為今后類似工程提供了良好的工程范例。

2)高置換率CFG樁。

考慮到填土的不均勻，若采用長(zhǎng)樁+低置換率方案，由于置換率較小，樁間土分擔(dān)的荷載比例較高，填土的諸多不利特性容易誘發(fā)工程隱患。而采用短樁+高置換率方案，一方面從受力的平面分布上降低了獨(dú)基內(nèi)填土面積占比，從復(fù)合地基的構(gòu)造形式上削弱了填土的不利影響;另一方面在置換率較高時(shí)樁土應(yīng)力比較大，即樁體承擔(dān)的荷載較高，從而減輕了樁間土(填土)分擔(dān)的荷載，盡量使其少受力、少變形，從復(fù)合地基受力特性上降低了填土的不利影響。

3)施工工藝的適用性。

長(zhǎng)螺旋成孔壓灌混凝土工藝在本例中成功實(shí)施，是因?yàn)樘钔恋膲K體體積不大，使得CFG樁施工順利進(jìn)行，僅僅在個(gè)別地段遇無(wú)法成樁，進(jìn)行了清障或移位。同時(shí)，填土含有較多塊體材料，受鉆桿攪動(dòng)后易側(cè)向運(yùn)動(dòng)而對(duì)已完成樁體造成破壞，而采用長(zhǎng)螺旋鉆孔的排土方式成孔，盡量減少了對(duì)樁間土體的擠壓作用，防止了樁身混凝土的破壞，保證了成樁質(zhì)量［5］。

4)勘察報(bào)告的質(zhì)量。

本實(shí)例之所以能成功利用填土，與勘察報(bào)告的高質(zhì)量是分不開(kāi)的。針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)大量分布的填土，勘察報(bào)告對(duì)其成分、性質(zhì)、形成年代等進(jìn)行了詳細(xì)的勘察;采用N10觸探試驗(yàn)對(duì)其密實(shí)度和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了有針對(duì)性的評(píng)價(jià);采用剪切波速試驗(yàn)進(jìn)一步查明了填土的密實(shí)度。通過(guò)多種測(cè)試工作，從不同的角度揭示了填土的物理力學(xué)特性，為綜合評(píng)價(jià)其工程適用性提供了豐富有力的判斷依據(jù)。由此可見(jiàn)，勘察報(bào)告是技術(shù)含量很高的技術(shù)文件，是工程建設(shè)的奠基石，十分關(guān)鍵。

［1］工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì)．工程地質(zhì)手冊(cè)［M］．第4版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007：400-403，464-467，509-513．

［2］地基處理手冊(cè)編委會(huì)．地基處理手冊(cè)［M］．第3版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：40-42．

［3］中國(guó)建筑科學(xué)研究院．建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002：40-42，80-81．

［4］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［M］．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：54-56．

［5］徐至鈞．水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：133-136．

On cases for filler foundation consolidated by CFG pile with high replacement rate

LI Jiang

(China Institute of Geological Investigation and Surveying，Beijing 100007，China)

Based on the engineering survey report，the paper analyzes the stressed features for the soil of piles with high replacement rate from the component forms and stressed mechanism of the composite by combining with the engineering practice，and indicates the high replacement rate can weaken the uneven influence of the fillers of pile and its potential can be further developed，so as to enhance the loading capacity of foundation and reduce the settlement at foundations．

fillers，composite foundation of CFG pile，high replacement rate，loading capacity，deformation

TU753．3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.130

1009-6825(2013)10-0085-02

2013-01-30

李 江(1978-)，男，工程師，國(guó)家注冊(cè)巖土工程師