郭士友

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

路橋與建筑

強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用

郭士友

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

結(jié)合工程實例，介紹了強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基在濕陷性黃土地基處理中的實際應(yīng)用，并取得良好的加固效果，為強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基在濕陷性黃土地基處理中的廣泛應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

強(qiáng)夯法；CFG樁復(fù)合地基；濕陷性黃土；地基處理

1 概 述

強(qiáng)夯法是反復(fù)將夯錘（質(zhì)量一般為10～60 t）提到一定高度使其自由落下（落距一般為10～40 m），給地基以沖擊和振動能量，從而提高地基的承載力并降低其壓縮性，改善地基性能[1]。強(qiáng)夯法廣泛應(yīng)用于雜填土、砂土、碎石土、低飽和度粉土、黏性土等地基加固中，經(jīng)過處理后的地基，既提高了地基土的強(qiáng)度、又降低其壓縮性、還能消除土的濕陷性，所以也常被用于處理濕陷性黃土地基[3]。工程實踐表明，強(qiáng)夯法加固地基具有施工簡單，工期短、加固效果好、施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，所以在我國工程界已得到廣泛應(yīng)用。強(qiáng)夯法缺點(diǎn)是施工時噪音和震動較大，一般不宜在人口密集的城市使用，在距離既有建筑物較近時也不適宜使用。

水泥粉煤灰碎石樁（簡稱CFG樁），是由水泥、煤粉灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，由樁間土、樁、褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基[1]。CFG樁復(fù)合地基處理方法具有工程造價低、工期短、加固效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基加固中，經(jīng)過處理后的地基具有承載力提高幅度大，地基變形小等特點(diǎn)。

通常情況下，地基加固中只采用強(qiáng)夯法或CFG樁其中一種處理方法即可滿足工程需要，但在特殊情況下為提高加固效果，也經(jīng)常采用兩種地基處理方法聯(lián)合使用。例如在濕陷性黃土地基處理中，如果上部建筑物荷載較大時，就經(jīng)常采用強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基聯(lián)合處理，經(jīng)處理后的地基，既消除了土的濕陷性，又大大地提高了地基承載力，并減少了地基變形，控制了建筑物沉降。

2 加固機(jī)理

強(qiáng)夯法加固地基主要是利用夯錘自由落下，以強(qiáng)大的夯擊動能產(chǎn)生強(qiáng)烈的應(yīng)力波和動應(yīng)力對地基土作用的結(jié)果，通過夯錘反復(fù)夯擊迫使土體中的孔隙體積減少，土體變得密實，從而提高土的抗剪強(qiáng)度和改善土的變形特性[5]。

CFG樁復(fù)合地基為樁和樁間土共同受力，其中樁體的強(qiáng)度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應(yīng)力比樁間土表面應(yīng)力大，樁頂荷載在通過樁體將傳遞到深部的土層過程中，也相應(yīng)減少樁間土承受的荷載[8]。CFG樁施工采用振動成樁，屬非排土工藝，成樁過程使得樁間土的密實度大大提高、減少了土體孔隙比，提高了樁間土的強(qiáng)度，進(jìn)而較大的提高了復(fù)合地基的承載力，減少了地基的變形。

3 工程實例

3.1 工程概況及場地地質(zhì)條件

某大型洗煤廠和煤炭集運(yùn)站項目，設(shè)計煤炭發(fā)運(yùn)能力12.00 Mt/a，煤炭洗選能力8.00 Mt/a，本項目廠址位于山西省右玉縣董半川鄉(xiāng)董半川村。場區(qū)建（構(gòu)）筑物主要包括棧橋、轉(zhuǎn)載站、筒倉、篩分車間、主廠房等，上部荷載較大的主要為筒倉、篩分車間、主廠房等，均為丙類建筑。

地勘揭露場地土自上而下分為6層，分述如下：

1）濕陷性粉土：褐黃色、灰褐色，稍密，稍濕，該層厚度6.3～15.7 m，該層土地基承載力特征值fak=150 kPa。

2）粗砂：褐灰色、褐黃色，中密，稍濕，顆粒級配較均勻，分選性中等，該層厚度0.6～11.0 m，該層土地基承載力特征值fak=210 kPa。

3）粉質(zhì)黏土：黃褐色、棕褐色，可塑，有光滑感，干強(qiáng)度中等，韌性中等，含鐵、錳質(zhì)氧化物，該層厚度1.0～25.8 m，該層土地基承載力特征值fak=200 kPa。

4）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：褐紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，為軟巖，巖體基本質(zhì)量等級V級。該層厚度1.2～12.9 m，該層土地基承載力特征值fak=230 kPa。

5）強(qiáng)風(fēng)化砂巖：灰白色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，為較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級V級。該層厚度2.5～15.4 m，該層土地基承載力特征值fak=300 kPa。

6）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：褐紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，為軟巖，巖體基本質(zhì)量等級V級。該層未揭穿，揭露最大厚度10.4 m，該層土地基承載力特征值fak=280 kPa。

本次勘察各鉆孔均未見地下水，場地地下水位埋深大于45.0 m。該場地為自重濕陷性黃土地基，地基濕陷等級Ⅱ級，擬建建(構(gòu))筑物均不宜用天然地基作持力層，應(yīng)針對消除地基土的濕陷性、地基不均勻性及提高地基強(qiáng)度進(jìn)行地基處理。

3.2 地基處理方案

濕陷性黃土地基的地基處理方法的確定，通常根據(jù)濕陷性黃土的特性及場地建筑物的類別，并考慮當(dāng)?shù)鼐哂械氖┕ぴO(shè)備，材料來源、施工進(jìn)度要求、周邊環(huán)境要求等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較后確定[2]。

針對濕陷性黃土地基處理，通常采用墊層法、強(qiáng)夯法或擠密法進(jìn)行處理。其中墊層法應(yīng)用最廣，通常適用于處理濕陷性黃土厚度為3 m以內(nèi)，地下水位以上，可局部或整片處理，應(yīng)用比較靈活；擠密法適用于處理濕陷性黃土厚度為5～15 m，地下水位以上，飽和度Sr≤ 65%，施工周期長，造價高；強(qiáng)夯法適用于處理濕陷性黃土厚度為3～12 m，地下水位以上，飽和度Sr≤ 60%，可局部或整片處理，施工簡便、速度快、效果好、造價低，性價比較高[2-6]。

根據(jù)本場地工程地質(zhì)條件、建筑物特點(diǎn)、周圍環(huán)境，從安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、施工難度及施工周期等方面綜合考慮，針對上部結(jié)構(gòu)荷載不大的一般建構(gòu)筑物地基（棧橋、轉(zhuǎn)載站等），僅對基礎(chǔ)以下濕陷性粉土地基處理采用強(qiáng)夯法消除濕陷性，提高地基承載力，要求處理后的地基承載力特征值fak≥200 kPa。

針對上部結(jié)構(gòu)荷載較大的重要建構(gòu)筑物地基（筒倉、篩分車間、主廠房等），采用強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基聯(lián)合處理法，首先對基礎(chǔ)以下①層濕陷性粉土地基處理先采用強(qiáng)夯法消除濕陷性，然后采用水泥粉煤灰碎石樁法（CFG樁）提高地基土承載力，具體要求如下：

1）本場區(qū)分布的濕陷性黃土層的厚度平均約為8.0～10.0 m，地面建構(gòu)筑物均為丙類建筑，對地基承載力和變形要求均不高，結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖┕ぴO(shè)備及地區(qū)處理經(jīng)驗，本工程采用強(qiáng)夯的單位夯擊能不小于5 000 kN·m，要求消除濕陷性黃土的有效加固深度應(yīng)根據(jù)試夯測試結(jié)果確定，并不得小于8.0 m，并且在有效深度內(nèi)，黃土的濕陷性系數(shù)δs均應(yīng)小于0.015。

2）強(qiáng)夯處理的其它參數(shù)均應(yīng)按照強(qiáng)夯法的有關(guān)規(guī)定及試夯結(jié)果確定；強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)滿足每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度不小于4.5 m；強(qiáng)夯處理頂面以控制在設(shè)計基礎(chǔ)基底標(biāo)高以下0.5 m為宜，強(qiáng)夯土表面以上設(shè)置0.4 m的灰土墊層。

3）強(qiáng)夯施工前，應(yīng)先根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯參數(shù)，在場區(qū)內(nèi)有代表性的地段進(jìn)行試夯，由于本工程所在場地內(nèi)地質(zhì)條件簡單、土性基本相同，可僅選擇一處試夯點(diǎn)進(jìn)行試夯。試夯結(jié)束數(shù)周后，應(yīng)對試夯場地進(jìn)行檢測，并與夯前數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，檢驗強(qiáng)夯的效果，調(diào)整并確定工程最終采用的各項強(qiáng)夯參數(shù)。

4）強(qiáng)夯處理后的地基竣工驗收承載力檢驗，應(yīng)在強(qiáng)夯施工結(jié)束30 d左右進(jìn)行，承載力檢驗采用原位測試和室內(nèi)土工試驗；竣工驗收承載力檢驗的數(shù)量確定，由于本場地地形簡單，對于棧橋、轉(zhuǎn)載站等一般建構(gòu)筑物，每個建筑地基的載荷試驗檢驗點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于3點(diǎn)；對于筒倉、篩分車間、主廠房等重要建筑地基適當(dāng)增加檢驗點(diǎn)數(shù)；設(shè)計要求強(qiáng)夯處理后的地基承載力特征值不小于200 kPa。

5）強(qiáng)夯結(jié)束后需采用CFG樁再次進(jìn)行地基處理，樁徑400 mm，樁長18m，樁端持力層為②層粗砂，樁身強(qiáng)度C20，要求處理后的復(fù)合地基承載力特征值不得小于450 kPa；施工樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計樁頂標(biāo)高不少于0.5 m；在清土和截樁時，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動樁間土。

6）為保證CFG樁復(fù)合地基在外部荷載作用下，樁、樁間土共同承擔(dān)荷載，在樁頂和基礎(chǔ)之間設(shè)300 mm厚粗砂褥墊層，超出基礎(chǔ)范圍500 mm，褥墊層鋪設(shè)采用靜力壓實法，要求夯填度不得大于0.9。

7）CFG樁施工前應(yīng)確保水泥、粉煤灰、砂石等原材料符合設(shè)計要求；在施工中應(yīng)檢查確保樁身混合料的配比、坍落度、提拔鉆桿速度、成孔深度、混合料灌入量等符合規(guī)范要求[7]；CFG樁施工結(jié)束后，應(yīng)按照設(shè)計要求對樁頂標(biāo)高、成樁位置、樁身完整性、地基承載力、褥墊層等的質(zhì)量做檢查；CFG樁樁身完整性的檢測通過采用抽取不少于總樁數(shù)的10%的樁進(jìn)行低應(yīng)變動力試驗，對樁身質(zhì)量評價為III類和IV類樁應(yīng)采取補(bǔ)樁等加固措施；CFG樁樁身強(qiáng)度滿足試驗荷載條件時，且滿足施工結(jié)束28 d后應(yīng)進(jìn)行地基檢驗，試驗數(shù)量取總樁數(shù)的0.5%～1%，且每個單體工程的試驗數(shù)量不得少于3點(diǎn)；CFG樁地基竣工驗收時，應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗進(jìn)行承載力檢驗，進(jìn)行試驗時必須保證樁身強(qiáng)度，滿足試驗要求。

3.3 地基處理效果

地基處理后竣工驗收結(jié)果顯示，強(qiáng)夯處理后的濕陷性黃土綜合性能較好，加固效果顯著，增加了地基土的穩(wěn)定性和密實度，有效的消除了地基土的濕陷性，強(qiáng)夯處理后的地基承載力特征值均大于220 kPa，能滿足荷載不大的一般建構(gòu)筑物地基承載力需要。通過復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果顯示，強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基聯(lián)合處理后的復(fù)合地基承載力特征值均大于520 kPa，滿足了上部結(jié)構(gòu)荷載較大的重要建構(gòu)筑物地基承載力需要和沉降要求。

4 結(jié) 語

在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，為防止地基濕陷對建筑物產(chǎn)生危害，應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較后選擇適宜的地基處理方法，必要時可采用兩種相結(jié)合的地基處理方法，如地面建構(gòu)筑物荷載較大，若采用一種地基處理方法不能滿足地基承載力及沉降要求時，可考慮采用強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基聯(lián)合處理法，此種地基處理方法既能有效消除地基土的濕陷性，又能顯著提高地基承載力，滿足地基沉降要求，而且施工設(shè)備簡單、施工進(jìn)度快、地基加固效果好、工程造價低，易于操作和控制施工風(fēng)險，可供同類黃土地基處理提供參考借鑒。

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

［2］ GB 50025—2004．濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［3］ 葉書麟.地基處理工程實例應(yīng)用手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998：55-66.

［4］ 付強(qiáng).強(qiáng)夯技術(shù)在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2016，22（4）：112-113.

［5］ 王思臣．強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的應(yīng)用研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2004.

［6］ 梁建國.強(qiáng)夯法在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2014，40（19）：80-81.

［7］ 王恩遠(yuǎn)，吳邁.工程實用地基處理手冊［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2005：59-236.

［8］ 黃薛，何瑞.CFG樁復(fù)合地基在濕陷性黃土地層中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2011（3）：19-21.

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Application of dynamic compaction+CFG pile composite foundation in collapsible loess foundation treatment

GUO Shiyou
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

Combining the engineering instance,the article introduces the practical application of dynamic compaction method+CFG pile composite foundation in collapsible loess foundation treatment,and obtains good effect,which provides guide and reference for dynamic compaction method+CFG pile composite foundation in collapsible loess foundation treatment.

dynamic compaction method;CFG pile composite foundation;collapsible loess;foundation treatment

TU444

B

1671－9816（2017）07－0084－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.07.024

郭士友.強(qiáng)夯法+CFG樁復(fù)合地基在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（7）：84-86.

2017-03-21

郭士友（1979—），男，遼寧桓仁人，高級工程師，工學(xué)學(xué)士，畢業(yè)于河北建筑科技學(xué)院建筑工程專業(yè)，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及技術(shù)質(zhì)量管理工作。