梁大偉

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西太原 030001)

0 引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的縮寫，即是由石屑、碎石、砂、粉煤灰、水泥等建筑材料加水拌和，起初采用振動(dòng)沉管成孔，目前較常采用長(zhǎng)螺旋工藝成孔，樁身強(qiáng)度一般在C15～C30之間的可變強(qiáng)度樁。由于其具有施工速度快、質(zhì)量容易控制、工期較短、環(huán)境影響較小、成本較低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前在我國，CFG樁被大量的應(yīng)用于多層、高層，甚至超高層建筑的復(fù)合地基處理中。當(dāng)前已經(jīng)成為應(yīng)用普遍、技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益較高的一種地基處理施工工藝。

復(fù)合地基與單純的樁基不同，它是在現(xiàn)有土體中，通過各種工藝植入剛性、半剛性或柔性增強(qiáng)體，與有待處理土體相比，增強(qiáng)體一般具有較高的強(qiáng)度，同時(shí)增強(qiáng)體自身可與樁周圍土體發(fā)生化學(xué)變化，起到置換、固結(jié)作用，增強(qiáng)樁周圍土體的承載力，此外，個(gè)別擠密或半擠密的復(fù)合地基施工工藝，在增強(qiáng)體施工的同時(shí)，能起到對(duì)樁間土擠密的效果，變相提高了樁間土的強(qiáng)度。

CFG樁屬于典型的復(fù)合地基，通過水泥、粉煤灰、水等膠結(jié)材料，將石屑、碎石和砂等骨粒材料膠結(jié)成為拌合體，在尚未凝固之前澆灌至成孔中，拌合體在自身凝固強(qiáng)度提高的同時(shí)，膠結(jié)材料也與周圍土體發(fā)生作用，增強(qiáng)周圍土體的強(qiáng)度，待樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，在土中形成豎向增強(qiáng)體。CFG樁屬于復(fù)合地基，樁體與樁間土共同承擔(dān)上部荷載，由于建筑產(chǎn)生沉降，樁體和樁間土體的變形模量不同，設(shè)置褥墊層是非常必要的，設(shè)置褥墊層可以調(diào)整基底應(yīng)力分布，充分發(fā)揮樁間土的承載力作用，減輕樁體負(fù)擔(dān)，一定意義上講節(jié)約了造價(jià)。

CFG樁樁徑從400 mm～600 mm不等，樁長(zhǎng)也從幾米至20多米不等，由于其是半剛性樁，樁體壓縮變形相對(duì)于剛性樁一般較大，可以使樁長(zhǎng)全范圍內(nèi)發(fā)揮側(cè)摩阻力，能較高的提高復(fù)合地基承載力值，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，CFG樁樁體一般能承擔(dān)總荷載的40%～75%，這是一般柔性樁或半剛性樁難以達(dá)到的。

1 CFG樁復(fù)合地基承載力

1.1 CFG復(fù)合地基承載力的計(jì)算

CFG樁復(fù)合地基承載力特征值按照規(guī)范要求應(yīng)當(dāng)采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)確定。新版的《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(2012版)第7.1.5條規(guī)定CFG樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用式(1)進(jìn)行計(jì)算:

與2002版《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》相比較，式(1)增加了單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ，規(guī)范要求其取值按相關(guān)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)規(guī)范也給出在無相關(guān)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)的取值范圍，一般取0.8～0.9，這與2002版規(guī)范相比，明顯是降低了CFG樁單樁承載力的特征值，在m和Ap不變的條件下，相對(duì)于新版的2012規(guī)范將CFG樁單樁豎向承載力特征值降低為原2002版規(guī)范的80%～90%，從設(shè)計(jì)的角度來講更偏于保守;同時(shí)新版規(guī)范將樁間土承載力折減系數(shù)β改為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，原2002版規(guī)范提供的取值范圍為0.75 ～0.95，新版2012 規(guī)范提供的取值范圍為 0.9 ～1.0，相比較而言是提高了樁間土分擔(dān)復(fù)合地基荷載的比例。整個(gè)公式整體上的思路是降低了CFG樁單樁承載力特征值而提高了樁間土的承載力發(fā)揮。

可見通過多年CFG樁的工程實(shí)際應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)達(dá)到成熟，新版規(guī)范提供的設(shè)計(jì)思路是增強(qiáng)對(duì)樁間土的利用，而降低對(duì)單樁承載力的要求。同時(shí)這也反映出近年來在CFG樁使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，例如樁身強(qiáng)度在有些工程項(xiàng)目中成為制約復(fù)合地基的一個(gè)主要因素，有的工程項(xiàng)目將單樁承載力特征值設(shè)計(jì)的很高，實(shí)際受力過程中，未必能夠達(dá)到。再如在CFG樁身施工過程中，難免在個(gè)別施工中發(fā)生縮頸、夾泥、離析等現(xiàn)象，在樁頭剔鑿過程中，難免對(duì)下部樁身產(chǎn)生破壞，單樁承載力特征值不一定能完全按照設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)揮出來，故新版的規(guī)范引入了樁體單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ＜1。

1.2 CFG單樁承載力的計(jì)算

新版2012規(guī)范，復(fù)合地基承載力計(jì)算公式中Ra，即單樁承載力仍沿用舊版規(guī)范公式，如式(2)所示:

與2002版《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》相比較，式(2)增加了端阻力發(fā)揮系數(shù)αp，但同時(shí)建議在無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按1.0取值，這相當(dāng)于同舊版2002規(guī)范沒有區(qū)別。

1.3 新版規(guī)范的改進(jìn)

新的2012規(guī)范在CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算公式的改進(jìn)，主要是增加了多個(gè)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)性系數(shù)，例如λ，β，αp，這既考慮到在全國范圍內(nèi)應(yīng)用CFG樁，又考慮了地區(qū)與地區(qū)的差異性，可以說同2002舊版規(guī)范相比較，計(jì)算公式更加成熟，更加先進(jìn)。同時(shí)新公式對(duì)小于1的λ的引入和β取值范圍的提高，說明我們以前的CFG樁設(shè)計(jì)更偏重于依靠單樁承載力來提高復(fù)合地基承載力，而忽略了充分發(fā)揮樁間土的作用，樁間土作為必不可少的一部分，其發(fā)揮程度越高，則需要的單樁承載力就越低，經(jīng)濟(jì)效益更加明顯。樁端承載力發(fā)揮系數(shù)αp的引入，雖然建議計(jì)算時(shí)取值為1.0，但它的引入為今后研究樁端承載力發(fā)揮和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的積累提供了一個(gè)載體，相信在將來更新版的規(guī)范中，將對(duì)其做出更加具體的規(guī)定。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某工程項(xiàng)目位于岸邊一級(jí)階地，現(xiàn)場(chǎng)主要是以粉土和砂土為主:

第①層粉土層厚5.20 m ～11.90 m，平均厚度8.45 m，側(cè)摩阻力特征值為24 kPa，天然地基承載力特征值為150 kPa。

第②層粉土層厚2.50 m～6.60 m，平均厚度3.90 m，側(cè)摩阻力特征值為30 kPa，端阻力特征值為400 kPa。

第③層中砂層，層厚2.90 m～9.30 m，側(cè)摩阻力特征值為32 kPa，端阻力特征值為500 kPa。

本工程地基處理采用CFG樁復(fù)合地基，樁徑400 mm，樁長(zhǎng)12.0 m，樁距1.2 m，正方形布置，要求CFG樁復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到370 kPa，CFG樁單樁承載力特征值達(dá)到380 kN。

2.2 試驗(yàn)情況

考慮到本工程的特點(diǎn)結(jié)合新版的《建筑積極處理技術(shù)規(guī)范》，本工程CFG樁施工完成后，共進(jìn)行了10組復(fù)合地基承載力檢測(cè)，20根單樁承載力檢測(cè)，檢測(cè)均按照相關(guān)要求采用慢速維持荷載法，檢測(cè)結(jié)果見表1，表2。

表1 CFG樁單樁承載力試驗(yàn)結(jié)果

表2 CFG樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述表1試驗(yàn)結(jié)果，20根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力平均值為832 kN，極差為90 kN，取平均值832 kN為試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值。相應(yīng)的承載力特征值為416 kN。

根據(jù)上述表2試驗(yàn)結(jié)果，10組單樁復(fù)合地基承載力特征值的平均值為415 kPa，極差為0 kPa，取415 kPa為本工程CFG樁復(fù)合地基承載力特征值。

2.3 結(jié)論

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本工程CFG樁復(fù)合地基承載力和CFG樁單樁承載力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于將來CFG樁實(shí)際受力情況為復(fù)合地基受力，故以其復(fù)合地基承載力特征值作為主要依據(jù)。

依據(jù)2002舊版規(guī)范計(jì)算，先不考慮側(cè)阻力和端阻力數(shù)值，將由CFG樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)確定的承載力特征值415 kPa代入式(1)，其中λ取折中0.85，β取折中0.95，反算出理論計(jì)算的CFG單樁承載力特征值為483 kN。

根據(jù)其側(cè)阻力和端阻力，以及樁頂標(biāo)高、樁徑、樁長(zhǎng)，根據(jù)規(guī)范式(2)計(jì)算出，CFG樁單樁承載力特征值約為464 kN。

本工程實(shí)際進(jìn)行的20組CFG樁單樁靜載荷試驗(yàn)所得的單樁承載力特征值為416 kN。

根據(jù)上述結(jié)果可知，根據(jù)CFG樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)結(jié)果所推算出來的CFG樁單樁承載力特征值最大，根據(jù)樁體側(cè)阻力和端阻力數(shù)值計(jì)算出的CFG樁單樁承載力特征值居中，現(xiàn)場(chǎng)的CFG單樁靜載荷試驗(yàn)所得出的單樁承載力最小，當(dāng)然，由于前2個(gè)數(shù)值均屬于計(jì)算值，我們肯定要以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

現(xiàn)場(chǎng)CFG單樁靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)為416 kN，小于舊版規(guī)范，根據(jù)CFG樁復(fù)合地基承載力結(jié)果反算的483 kN和464 kN這一點(diǎn)來看，這正是新版規(guī)范引入單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ的原因，也就是說CFG樁單樁的承載力并不能在復(fù)合地基中完全地發(fā)揮出來，存在一定的折減，折減系數(shù)就是新規(guī)范中的這個(gè)單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ。

通過理論計(jì)算CFG樁單樁承載力特征值一個(gè)為483 kN，一個(gè)為464 kN，分別用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際靜載荷試驗(yàn)結(jié)果416 kN去比，得出的比值分別為0.859～0.894，這正好又處于規(guī)范給定的無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)λ的取值，即0.8～0.9之間，本工程實(shí)際情況與規(guī)范非常符合，這進(jìn)一步說明新版規(guī)范引入λ的必要性和其取值范圍的嚴(yán)謹(jǐn)性。

3 結(jié)語

1)CFG樁作為復(fù)合地基應(yīng)用越來越廣泛，其技術(shù)和工藝越來越趨于成熟和完善，其理論計(jì)算公式正逐步趨于完善。

2)新版規(guī)范對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算公式中引入單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ是非常必要的，是在積累大量CFG樁復(fù)合地基承載力應(yīng)用工程的基礎(chǔ)上科學(xué)的提出的，其取值范圍也是在大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的，范圍很嚴(yán)謹(jǐn)。

3)新版規(guī)范對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力的計(jì)算公式各經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的引入，增加了不同地區(qū)使用的靈活性。從計(jì)算公式調(diào)整可以看出，新的計(jì)算方法將更多地考慮樁間土的作用而適當(dāng)減低對(duì)單樁承載力的要求，從經(jīng)濟(jì)效益上講是非常合理的。

4)新版規(guī)范在式(2)中引入端阻力發(fā)揮系數(shù)αp，雖然規(guī)定其計(jì)算時(shí)仍按1.0取值，但是該系數(shù)的引入，對(duì)今后規(guī)范的調(diào)整方向做出了指導(dǎo)，同時(shí)也為我們?cè)诮窈驝FG樁復(fù)合地基工程經(jīng)驗(yàn)積累方面提供了方向。

［1］李 勇，武志平，周 超.CFG樁成樁方法實(shí)驗(yàn)研究［J］.市政技術(shù)，2009(7):51-52.

［2］徐 峰.在工程中CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2009，35(28):84-85.

［3］田安達(dá).CFG樁在處理軟土地基中的應(yīng)用［J］.北方交通，2009(7):20-21.

［4］JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.