黃 靜

(宜賓市投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川宜賓 644000)

1 工程概況

該工程路線穿越段為耕地，為一緩坡地帶，局部見(jiàn)基巖出露，有較強(qiáng)烈的侵蝕、溶蝕作用；相對(duì)高差最大約72.3m。軸線所跨地段地形相對(duì)最大高差13m。本地段內(nèi)分布著淤泥質(zhì)黏土等軟土，軟土具有含水量高﹑孔隙比大和低透水性等特點(diǎn)，最深處達(dá)14m，工程性質(zhì)較差，是典型的硬殼軟土地基。此軟土地基經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性計(jì)算和沉降計(jì)算均不能滿足規(guī)范要求，其承載力低，變形大，必須進(jìn)行軟基處理后才能進(jìn)行路基的填筑。

根據(jù)地質(zhì)勘查探明的路段軟基性狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際、工期以及施工單位設(shè)備能力，決定采用CFG樁復(fù)合地基。因此，弄清CFG樁加固硬殼軟土路基的變形特性，成為正確使用CFG樁的必備條件。

2 CFG樁復(fù)合地基的作用原理

CFG樁主要是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑、砂加水拌合，通過(guò)專門機(jī)械施工而成的低標(biāo)號(hào)混凝土樁。其主要骨料是碎石，石屑以及砂等；粉煤灰主要起細(xì)骨料和低標(biāo)號(hào)水泥的作用，提高CFG樁樁體的承載力；水泥則主要起粘結(jié)作用。CFG樁體強(qiáng)度大小應(yīng)在C10～C25之間，高低直接受水泥的摻量多少影響。褥墊層是由級(jí)配碎石和砂等集料構(gòu)成的。CFG樁與樁間土以及褥墊層共同作用組成了CFG樁復(fù)合地基。

經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算分析，本段CFG樁樁長(zhǎng)為樁尖埋入軟基下承載力較好的碎石土層內(nèi)50cm，樁頂至整平后的原地面；樁徑為40cm；樁間距為140cm，按照正三角形形式布置；樁身采用抗壓強(qiáng)度不小于15MPa水泥粉煤灰碎石混合料；為綜合利用樁間土以及硬殼層的承載力，避免樁頂刺入回填路基體，造成樁體單獨(dú)承擔(dān)上部荷載，樁頂設(shè)置厚度為40cm、公稱最大粒經(jīng)不超過(guò)20mm的滿鋪級(jí)配碎石褥墊層。

3 CFG樁復(fù)合地基處理檢測(cè)

CFG樁復(fù)合地基施工結(jié)束后21～28d，便可通過(guò)檢測(cè)來(lái)評(píng)判CFG樁的質(zhì)量以及處治效果。下面依次介紹CFG樁樁身強(qiáng)度檢測(cè)、樁身完整性檢測(cè)、CFG樁承載力檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)獲得樁和土以及地基的強(qiáng)度特征，來(lái)總結(jié)CFG樁復(fù)合地基對(duì)于軟土地基的加固情況。

3.1 CFG樁樁身強(qiáng)度檢測(cè)

3.1.1 樁身混凝土試塊的制作和養(yǎng)護(hù)

混凝土的強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50107-2010)的規(guī)定進(jìn)行。混凝土強(qiáng)度評(píng)定的試塊分為標(biāo)養(yǎng)試塊和同養(yǎng)試塊，標(biāo)養(yǎng)試塊是指在標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)的試塊，規(guī)范規(guī)定標(biāo)養(yǎng)試塊是在溫度20±3℃，濕度差異小于10%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d；同養(yǎng)試塊是指在澆注現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取混凝土制作的試塊，同養(yǎng)試塊是在施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取并在現(xiàn)場(chǎng)依現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件日平均溫度累積至600℃的試塊。同時(shí)，還規(guī)定了等效的養(yǎng)護(hù)周期不宜小于14d也不宜大于60d。

3.1.2 混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定方法

本試驗(yàn)段混凝土強(qiáng)度以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、齡期為28d的試塊抗壓試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。每組試件為三塊150mm×150mm×150mm的標(biāo)準(zhǔn)試塊。其強(qiáng)度評(píng)定方法有以下兩種。

(1)對(duì)于小批量零星混凝土的生產(chǎn)方式，其數(shù)量有限，不具備按統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定混凝土強(qiáng)度的條件，可用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定混凝土強(qiáng)度。用此法評(píng)定混凝土強(qiáng)度時(shí)，試件組數(shù)n≤9組成一個(gè)檢驗(yàn)批，其強(qiáng)度應(yīng)同時(shí)滿足下列公式的要求。

mfcu≥1.5fcu,k

(1)

fcu,min≥0.95fcu,k

(2)

式中：mfcu為同一批次混凝土抗壓強(qiáng)度的平均值；

fcu,k為混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

fcu,min為同一驗(yàn)收批次混凝土抗壓強(qiáng)度的最小值。

(2)當(dāng)同強(qiáng)度混凝土試件不少于10組，可按照統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度的評(píng)定，其強(qiáng)度應(yīng)同時(shí)滿足下列公式的要求:

mfcu-λ1sfcu≥0.9fcu,k

(3)

fcu,min≥λ2fcu,k

(4)

式中：Sfcu為同一批次混凝土抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)Sfcu計(jì)算值小于0.06fcu,k時(shí)，取Sfcu=0.06fcu,k；

λ1，λ2為判定系數(shù)，按表1取值。

表1 混凝土抗壓強(qiáng)度合格性判定系數(shù)

本工程于2012年10月依托工程試驗(yàn)段進(jìn)行CFG樁施工，分別于2日、9日和13日在CFG樁現(xiàn)場(chǎng)施工期間取樣，制成(150×150×150)mm模塊分別置于室溫20℃相對(duì)濕度63%、室溫20℃相對(duì)濕度62%和室溫19℃相對(duì)濕度58%的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)28d，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得CFG樁樁身試塊平均抗壓強(qiáng)度為21.5MPa，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。詳細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表2、表3以及表4。

表2 室溫20℃相對(duì)濕度63%抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

表3 室溫20℃相對(duì)濕度62%抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

表4 室溫19℃相對(duì)濕度58%抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

3.2 CFG樁樁身完整性檢測(cè)

根據(jù)CFG樁質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，本次檢測(cè)儀器采用美國(guó)PDI公司生產(chǎn)的PIT檢測(cè)儀，檢測(cè)方法為低應(yīng)變無(wú)破損反射波法檢測(cè)樁身完整性以及樁長(zhǎng)。

其檢測(cè)原理為：

在被測(cè)樁頭施加一個(gè)瞬時(shí)激振力，使樁身產(chǎn)生壓縮應(yīng)力波，應(yīng)力波通過(guò)并沿樁身向下作質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把樁看作一個(gè)一維彈性桿件，應(yīng)力波在樁身中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足一維波動(dòng)方程，即：

(5)

(6)

式中：u為樁身軸線位移；E為彈性模量；c為應(yīng)力波傳播速度；ρ為樁身密實(shí)度。

當(dāng)樁身存在明顯波阻抗界面(如樁底、斷樁)或樁身截面積變化(如縮徑或擴(kuò)徑)部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來(lái)自樁身不同部位的反射信息。檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間、幅值、相位和波形特征，得出樁身缺陷的位置、大小、性質(zhì)等信息，最終對(duì)樁基的完整性給予評(píng)價(jià)。

通過(guò)對(duì)依托工程試驗(yàn)段CFG樁基進(jìn)行的樁身完整性檢測(cè)，根據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的整理、分析認(rèn)為：本次所檢測(cè)的400根樁基中，Ⅰ類樁241根，占總樁數(shù)的60.25%，Ⅱ類樁159根，占總樁數(shù)的39.75%。

根據(jù)《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》(JTG/TF81-01-2004)規(guī)定，樁身完整性類別應(yīng)按表5劃分。

表5 樁身完整性類別劃分

3.3 CFG樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)

在CFG樁施工完21～28d后，即使CFG樁周圍土體充分固結(jié)后，再進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基承載力的檢測(cè)，檢測(cè)方法為靜載試驗(yàn)法。

下面選擇典型斷面上的一個(gè)CFG樁樁基進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，其CFG樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示，根據(jù)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成的曲線圖1、圖2、圖3進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明檢測(cè)復(fù)合地基承載力試驗(yàn)的過(guò)程。

表6 CFG樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)記錄

圖1 P-S曲線

圖2 S-lgP曲線

圖3 S-lgt曲線

統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)Q～S關(guān)系曲線可得，在加載至496KN時(shí)，地基總沉降量為44.22～66.71mm，且未超出承壓板直徑的6%(1 260×6%=75.6mm)，Q-S曲線未出現(xiàn)明顯陡降，從時(shí)間沉降曲線看，各級(jí)荷載所對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線均較平坦，未見(jiàn)明顯下彎。以上情況表明，該試驗(yàn)點(diǎn)地基受壓尚未進(jìn)入極限狀態(tài)，承載能力有少許余量。根據(jù)JGJ79-2002規(guī)范中復(fù)合地基荷載試驗(yàn)要點(diǎn)，該試驗(yàn)點(diǎn)地基的極限承載力應(yīng)取末級(jí)荷載(496/1.24=0.4MPa)，承載力特征值應(yīng)取極限承載力的一半(0.4/2=0.2MPa)與S/b=0.015對(duì)應(yīng)荷載值二者中小值。詳細(xì)CFG樁檢測(cè)表結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 CFG樁檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)表2可知，10個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值極差未超過(guò)平均值(0.20MPa)的30%，所以可取平均值作為該工程單樁復(fù)合地基的承載力特征值依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該工程單樁復(fù)合地基承載力特征值為0.20MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.4 樁土應(yīng)力比檢測(cè)

樁土應(yīng)力比是反映復(fù)合地基工作性狀的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)地基穩(wěn)定性驗(yàn)算和地基承載力計(jì)算均十分重要，它反映了復(fù)合地基中應(yīng)力的集中情況。樁土應(yīng)力比的確定無(wú)外乎試驗(yàn)法、數(shù)值分析和解析法三種。試驗(yàn)法是通過(guò)在試樁現(xiàn)場(chǎng)試樁樁頂、土層表面預(yù)埋土壓力盒，借助靜載荷試驗(yàn)直接測(cè)試樁頂與樁間土應(yīng)力，根據(jù)定義求出樁土應(yīng)力比值，此方法結(jié)果最接近實(shí)際情況。

本試驗(yàn)段在做單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)的同時(shí)，也檢測(cè)了在不同荷載作用下時(shí)的樁土應(yīng)力比。分別選取兩個(gè)斷面CFG樁樁頂以及樁間土埋設(shè)土壓力計(jì)進(jìn)行樁土應(yīng)力觀測(cè)，各級(jí)荷載下的樁土應(yīng)力比平均值見(jiàn)圖4所示。

圖4 樁土應(yīng)力比

通過(guò)圖4可以看出在剛開(kāi)始加載階段，樁土應(yīng)力比隨著荷載的增大而增大；當(dāng)荷載達(dá)到一定值時(shí)，樁土應(yīng)力比穩(wěn)定在某一個(gè)區(qū)域，大約在18～23，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證可以看樁土應(yīng)力比檢測(cè)值基本上符合設(shè)計(jì)要求值15。說(shuō)明CFG樁施工基本上達(dá)到設(shè)計(jì)要求，CFG樁上有應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高了地基的承載力。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及工后變形觀測(cè)可以看出，經(jīng)過(guò)CFG樁復(fù)合地基處理后的硬殼軟土路基承載力有了大幅度的提高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。根據(jù)樁土應(yīng)力比檢測(cè)，可見(jiàn)CFG樁復(fù)合地基對(duì)于這個(gè)軟基工程的處理效果是明顯的，CFG樁起到了應(yīng)力集中的作用。同時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)可知樁周邊土的密實(shí)程度以及均勻性都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。通過(guò)試驗(yàn)段工后變形觀測(cè)數(shù)據(jù)與土工離心模型試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合考慮分析，可得CFG樁能很好的處理硬殼軟土地基路基，其工后變形主要集中在路基固結(jié)期內(nèi)(大概100d)，離心模型試驗(yàn)結(jié)果(大概90d)與實(shí)體工程實(shí)測(cè)結(jié)果偏差不大，能很好的反應(yīng)實(shí)體工程的真實(shí)情況。