王迎豐，曾華健，潘 忱，張小莉，劉雪珠，伍翔飛

（江蘇省巖土工程公司，江蘇 南京 210018）

0 引 言

大面積物流倉儲具有面積廣、堆載大及堆載時間長等特點，當遇復雜地質(zhì)條件時，采用天然地基顯然無法滿足倉庫正常使用功能要求，故需對地基進行加固處理以滿足對地基的承載力及沉降要求?，F(xiàn)有地基處理方法包括水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、剛性樁、強夯法、換填碾壓、真空預壓等多種，采用以上方法對地基進行加固后一般均能達到設(shè)計使用要求。但基于物流倉儲分布的地域性差異，地基處理常面臨深厚松散填土、高含水率軟土、淤泥質(zhì)土、泥炭土等復雜軟土地基。同時隨著科技的發(fā)展，智能物流倉儲也逐漸增加，其運營過程中的高精密叉車、自動分揀機及無人搬運車等也受倉庫地坪沉降及不均勻沉降影響較大，對地坪平整度要求也較高。鑒于場地地質(zhì)條件的復雜性及物流倉儲對地坪沉降及平整度的高要求性，此時采用傳統(tǒng)地基處理方法難以達到對變形或承載力的設(shè)計要求，或不能兼顧到倉庫地基處理設(shè)計對造價的要求，具有一定的局限性[1-2]。

基于此，提出孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合素混凝土樁（CFG疏樁）復合地基處理新技術(shù)，闡述孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁處理復雜軟土地基的工藝原理、工藝特點，進一步結(jié)合某上覆深厚填土，下覆高壓縮性軟弱夾層場地物流倉儲項目地基處理工程，采用孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁對該復雜場地大面積物流倉儲地基進行加固處理以解決軟土沉降、承載力不足以及不均勻沉降問題，詳細闡述孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁在該工程應用中的設(shè)計及施工工藝，并分析評價處理效果，相關(guān)研究為今后類似復雜大面積地基處理工程提供借鑒[3-4]。

1 工藝原理及特點

對孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁處理復雜軟土地基的施工工藝原理、適用范圍、工藝流程及操作要點進行詳細闡述。

1.1 工藝加固原理

（1）孔內(nèi)強夯碎石樁技術(shù)

孔內(nèi)強夯碎石樁在成樁原理上歸屬于強夯置換地基處理范疇，強夯置換加固地基的原理是利用強夯法加固高飽和度黏性土或粉土時，在夯坑內(nèi)不斷填入石塊、碎石或其它粗顆粒材料，隨后將碎石填料強行夯擊并擠入周邊軟土，在軟土地基中形成大于夯錘直徑的碎石樁，這種碎石樁一方面起到置換作用，使附加荷載向樁體集中，另一方面具有強夯加密作用。在強夯過程中，通過碎石向下的不斷貫入，會使得樁底土層受到?jīng)_擊能的影響而得到加密，同時碎石填料向四周側(cè)向擠出，也會使樁側(cè)土層得到擠密加固。其次，碎石樁因其本身的大直徑高孔隙比特性，成樁之后也起到一個大直徑豎向排水井的作用，在附加荷載作用下可加快孔隙水壓力的消散而迅速提高土體強度[5-8]。

孔內(nèi)強夯碎石樁是一種新型強夯置換改進工藝，其采用長螺旋鉆機或旋挖鉆機預成孔，成孔樁直徑為800～1 200 mm，樁端進入土層一定深度?？變?nèi)回填碎石土、磚渣、混凝土塊或風化石等硬質(zhì)材料，填至孔深2/3或孔口處，隨后通過強夯機吊起異型錘（橄欖錘）一定高度，夯擊能宜取800～1 500 kN·m，分次夯擊、分次填料，每次3～5擊，每次填料1.5～2 m3，達到一定擊數(shù)、或石料基本不下沉、或周邊隆起過大時進行收錘。通過對側(cè)向軟弱土體進行擠密、對下部土體進行夯實，形成“漏斗狀”樁體。結(jié)合多遍強夯，樁頂填土后進行滿夯一遍，再進行回填土碾壓，從而對土體進行有效加固[4]。

（2）孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁技術(shù)

孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁為通過孔內(nèi)強夯碎石樁對表層填土、軟土等復雜地層進行處理，發(fā)揮強夯碎石樁的置換及擠密作用，再加以滿夯對表層填土進行夯實，提高表層填土的地基承載力，通過 CFG疏樁對下部軟土進行處理，樁端穿過軟土層進入硬持力層，起到減沉作用，大大減小地坪后期工后沉降。其中強夯碎石樁成樁直徑 1.4～1.5 m，CFG樁樁徑400～500 mm，CFG樁在碎石樁間按內(nèi)插布置，隨后于樁頂回填級配碎石或鋪設(shè)一層碎石褥墊層，再經(jīng)過碾壓或補土碾壓，達到加固處理目的[3]。

1.2 工藝特點

（1）處理效果顯著

孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁技術(shù)為剛性樁與散體材料樁相結(jié)合的復合地基處理方法，充分發(fā)揮了碎石樁與 CFG疏樁的優(yōu)勢，通過碎石樁提高了地基整體承載力，通過 CFG疏樁對地基沉降進行有效控制，地基處理效果顯著。

（2）施工安全

與傳統(tǒng)地基處理方法相比，孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁施工工藝簡單、施工操作簡便、各工序施工技術(shù)成熟、危險性因素及不確定情況較少、施工安全易于控制。

（3）經(jīng)濟環(huán)保

相較于傳統(tǒng)（半）剛性樁（CFG樁、預制樁）復合地基，本工藝可在保證處理效果的基礎(chǔ)上，降低（半）剛性樁的用量，可大幅降低造價成本，同時碎石樁具有填料取材方便、可采用建筑廢料替代及成樁過程中震動影響小等優(yōu)勢特點，經(jīng)濟環(huán)保效益顯著[9-10]。

1.3 適用范圍

孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁適合處理上覆高壓縮性軟土、填土，下覆軟土層等地區(qū)的大型物流倉儲、工業(yè)園等大面積地基處理施工，處理深度可達20～25 m左右。

2 施工流程

2.1 工藝流程

孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁復合地基施工工藝流程如圖1所示。

圖1 孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁施工工藝流程圖Fig. 1 Construction process flow chart of dynamic compacted gravel pile and CFG pile

2.2 工藝操作要點

（1）放線定位

a）依據(jù)所提供的坐標點用全站儀或GPS進行工程定位，在場內(nèi)四周選擇可永久保留位置埋設(shè)、固定至少4個控制點。

b）在地基四周布設(shè)4條軸線，打入木樁并釘入小鐵釘，地面以上外漏30～50 cm。

c）依據(jù)施工圖紙，在施工現(xiàn)場平面內(nèi)布設(shè)等間距方格網(wǎng)，進行夯點放樣，標出第一遍樁點位置。

（2）夯前標高測量

依據(jù)甲方提供的高程控制點用水準儀在地基周邊定位可長期保留的±0.00點，依此在場內(nèi)做出標高控制點，并對場內(nèi)天然地基控制點標高進行量測，作為后續(xù)施工的依據(jù)。

（3）施工試驗樁

大面積孔內(nèi)強夯碎石樁或 CFG樁施工之前，需先進行試驗樁施工。對于碎石樁，通過試夯得到夯擊數(shù)、填料量和夯沉量關(guān)系曲線，從而最終確定夯擊擊數(shù)、收錘標準、夯擊面標高和強夯碎石樁夯填石料數(shù)量等具體參數(shù)。對于CFG樁，通過施工試驗樁成樁后對樁體進行平板載荷試驗，以確定CFG樁成樁深度、承載力與沉降關(guān)系等參數(shù)，以指導后續(xù)大面積碎石樁與CFG樁施工。

（4）孔內(nèi)強夯碎石樁施工

采用長螺旋鉆機或旋挖鉆機成孔，孔深根據(jù)地層一般為5～10 m，視地基填土層或淺層軟土厚度而定，孔內(nèi)填充碎石料至孔深2/3處或孔口處（依據(jù)地層地質(zhì)條件確定），采用橄欖錘（異形錘）按設(shè)計擊數(shù)進行夯擊，夯擊能量800～1 500 kN·m?？變?nèi)填料選用碎石直徑＜30 cm，含泥量＜5%，填料分層填入樁孔，分層夯實形成樁體，重復以上步驟，施工下一根樁，分次夯擊、分次填料，每次 3～5擊，每次填料1.5～2 m3。

（5）滿夯

強夯碎石樁施工結(jié)束后，進行場地平整，采用平錘進行一遍滿夯，夯錘直徑2.2～2.5 m，滿夯擊數(shù)2擊，夯擊能為1 000～1 500 kN·m，夯錘錘印搭接面積不小于1/4。

（6）CFG樁施工

a）樁身強度C15～C25，采用長螺旋挖鉆孔等機械成孔工藝，灌注成樁。

b）施工前應按設(shè)計要求在室內(nèi)進行配合比試驗，施工時按配合比配置混合料，所選材料均應符合相應標準要求。

c）成樁過程中，抽樣做混合料試塊，每臺機械每天應做一組（6塊）試塊，標準養(yǎng)護，測定其立方體抗壓強度。

d）樁頂灌注高度控制在室外地坪標高下1.0～1.5 m，上部用級配砂石回填夯實。

e）挖土和截樁時應注意對樁身及樁間土的保護，嚴禁造成樁身開裂甚至破壞或擾動樁間土。

f）施工樁身垂直度偏差不得大于1%。

g）施工前應選取 5根有代表性的樁先進行試樁，確定施工工藝、判定施工可行性及成樁效果。

（7）樁頂墊層施工

樁頂回填一定厚度的級配碎石墊層，不需要滿鋪。

（8）回填碾壓

采用22 t振動壓路機碾壓密實，至少3～5遍，最后分層回填碾壓至交工面。為保證孔內(nèi)強夯碎石樁與 CFG樁共同發(fā)揮作用，上部填土應選擇山皮土，且填土厚度至少達500 mm以上。

3 工程應用

3.1 工程概況

昆明某物流分發(fā)中心場地位于昆明市呈貢新城馬金鋪片區(qū)，處于梁峰路與照塘街的交叉口，北面緊靠照塘街，東面緊鄰梁峰路，總占地面積118 900.58 m2。一期工程包含1號庫房、2號庫房、設(shè)備房、維修間、綜合樓及門衛(wèi)，用地面積63 696.98 m2；二期工程包含3號庫房、4號庫房及門衛(wèi)，用地面積55 203 m2。一期為單層倉庫，二期建筑方案未確定，但倉庫邊界已確定。一二期中間為河道，水位在現(xiàn)有地面以下3 m，西側(cè)為水廠，北面照塘街過去為正在建設(shè)的廠房，其余兩側(cè)均為道路或空地，無重要管線。原場地為種植土，并經(jīng)政府回填平整，回填土質(zhì)量較差，基本為基坑開挖棄土，非山皮土。

3.2 地質(zhì)條件

根據(jù)場地勘察報告，地層主要是：

①填土，為場地整平時回填，成份主要由黏性土夾碎石、角礫及砂土等組成，部分為基坑開挖棄土，結(jié)構(gòu)松散，填埋時間短。

②耕土層，力學性質(zhì)及狀態(tài)均較差，厚度薄。

③黏土層，沖洪積成因，狀態(tài)較好，力學強度及抗變形能力一般，層頂埋深0.50～2.50 m，層厚2.30～5.10 m。

④黏土，力學強度及狀態(tài)均較好，抗變形能力稍好，層頂埋深9.50～10.50 m，層厚2.30～5.10 m。

④-2泥炭質(zhì)土層，力學強度及狀態(tài)均相對較差，呈薄層或透鏡體狀，連續(xù)性較差，屬深埋軟弱夾層。

⑤黏土層，力學強度及狀態(tài)均一般，抗變形能力稍好，層頂埋深 9.50～10.50 m，層厚 2.30～5.10 m。

⑤-1圓礫層，力學強度及狀態(tài)均較好，抗變形能力稍高，層頂埋深 2.80～5.10 m，平均層厚4.30 m，場地連續(xù)分布。

勘察期間經(jīng)量測，所有鉆孔均觀測到穩(wěn)定地下水，測得鉆孔初見水位在1.60～4.50 m之間，穩(wěn)定水位在2.00～5.50 m之間。

場地典型地質(zhì)剖面圖及土工物理力學指標見圖2與表1。

表1 各巖土層主要物理力學指標Table 1 Mechanics parameters of soils

圖2 典型地質(zhì)剖面圖Fig. 2 Typical geology sections

3.3 工程特點

（1）場地上部為新近填土層，厚度5～6 m，且局部為基坑開挖棄土，結(jié)構(gòu)松散，力學性能較差。

（2）場地地層分布不均勻，局部為原狀土，如3號庫位置，1、4號庫區(qū)填土較厚且底部有泥炭質(zhì)土。

（3）場地中間為河道，水位較高，穩(wěn)定水位最高達2 m，回填土含水率較高。

（4）下部有一層泥炭質(zhì)土層，埋置深度 11～22 m，厚度2～8 m，力學強度低，連續(xù)性較差，屬軟弱土夾層，需要重點防治。

（5）地基處理施工不能影響周邊環(huán)境，特別是北面建筑主體施工、塔山路靠近本項目的大直徑污水管，不得影響塔山路對面污水處理廠的正常運營。

3.4 地基處理要求

（1）地基承載力標準值：單層庫房、室外地坪及道路大于100 kPa，壓縮模量大于8 MPa。

（2）按建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范規(guī)定傾斜度控制在3/1 000內(nèi)，同時解決填土、泥炭質(zhì)土的沉降變形問題。

（3）標高控制：室內(nèi)地坪高出室外地坪1.30 m，須回填至交工面標高。

（4）場地經(jīng)過地基處理后，地基土物理力學指標將得到有效改善，因此單層大跨度建筑物樁基礎(chǔ)的設(shè)計盡量選擇與地坪地基處理工法相協(xié)調(diào)，可最大程度的滿足地基變形協(xié)調(diào)，減小不均勻沉降。

3.5 方案設(shè)計

根據(jù)場地地層情況、周邊施工環(huán)境、工程特點以及庫區(qū)地基處理要求，場地內(nèi)人工填土采用普通強夯、強夯置換和強夯碎石樁處理。采用孔內(nèi)強夯碎石樁工藝，以減小強夯震動對鄰近建筑的影響，庫區(qū)采用孔內(nèi)強夯碎石樁保證碎石料穿透填土層，保證處理效果。CFG樁處理深部軟弱泥炭質(zhì)土，同時調(diào)整地基的不均勻沉降。庫內(nèi)填高 1.30 m的部分，分兩層進行碾壓處理，采用沖擊碾壓和振動碾壓相結(jié)合的處理方法。

地基處理劃分為5個區(qū)域，其中I區(qū)采用普通強夯+強夯碎石樁+滿夯工藝，Ⅱ區(qū)采用普通強夯（兩遍）+滿夯工藝，Ⅲ區(qū)采用普通強夯+滿夯+CFG樁工藝，Ⅳ區(qū)采用孔內(nèi)強夯碎石樁+滿夯+CFG樁工藝，V區(qū)采用普通強夯+孔內(nèi)強夯碎石樁+滿夯工藝，其中孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁工法主要應用于場地Ⅳ區(qū)（1號庫），對應該區(qū)域場內(nèi)分布位置如圖3所示。

圖3 地基處理分區(qū)布置圖Fig. 3 General plan layout according to specific areas

3.6 施工工藝參數(shù)

場地地基處理分地坪及基礎(chǔ)區(qū)域。

（1）地坪

Ⅳ區(qū)（1號庫）采用孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁施工工藝：第一工序進行孔內(nèi)強夯碎石樁施工，引孔直徑0.8～1.0 m，成樁直徑約1.4 m，孔內(nèi)夯填碎石料，強夯能量1 500 kN·m，每米夯3擊，樁長以穿透填土層1 m控制，樁點間距4 m×4 m，按正方形網(wǎng)格狀布點，碎石樁施工完畢后，全場滿夯一遍。第二工序進行CFG樁施工，CFG樁點在強夯碎石樁樁點之間按梅花狀插入，樁點間距4 m×4 m，正方形網(wǎng)格布點，樁徑400 mm，C15灌注，樁長以穿過泥炭質(zhì)土1 m控制，樁長范圍在18～22 m?？變?nèi)強夯碎石樁聯(lián)合 CFG疏樁施工平面布點圖及典型剖面圖分別如圖4～5所示。

圖4 孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁樁點布置平面圖Fig. 4 Pile layout plan of dynamic compacted gravel pile and CFG pile

庫內(nèi)堆高1.30 m平臺處理，采用土料性能穩(wěn)定的黏土或山皮土回填，避免采用淤泥、膨脹土等不良土料，分兩層回填碾壓，每層采用22 t振動壓路機碾壓5遍，32 kJ沖擊碾壓20遍，振動碾壓與沖擊碾壓交錯進行，期間用推土機對作業(yè)面進行推平。

沿場地內(nèi)地下水上游等位置布置適當降水井，采用管井降水，將水位控制在填土層以下，具體數(shù)量根據(jù)降水情況確定。

沿場地周邊開挖減震溝，底口寬 1.5 m，深度3 m，減震溝與排水溝共同構(gòu)成場地的排水系統(tǒng)。

圖5 孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁復合地基典型剖面圖Fig. 5 Typical section of composite foundation of dynamic compacted gravel pile and CFG pile

（2）倉庫基礎(chǔ)地基

Ⅳ區(qū)（1號庫）存在深層泥炭土，基礎(chǔ)處理設(shè)計采用 CFG樁復合地基工法，與地坪疏樁（CFG樁）工法基本一致，而布樁間距不同。CFG樁樁長19 m，混凝土強度為C25，設(shè)計復合地基承載力特征值為150 kPa，樁頂位置設(shè)置厚度為0.5 m的級配碎石褥墊層。

4 處理效果分析

4.1 復合地基檢測分析

對場地Ⅳ區(qū)（1號庫）孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁復合地基進行現(xiàn)場承載力檢測，根據(jù)規(guī)范要求[11]，隨機選取5處進行靜載試驗，試驗壓板面積為1 m2，載荷由 40 kPa按每級 20 kPa逐級加載至200 kPa，隨后卸載至0 kPa，檢測過程中，實時記錄各級荷載下的壓板沉降量，對各點結(jié)果統(tǒng)計后示于圖6。

圖6 平板靜載試驗Q-S曲線Fig. 6 Q-S curve of plate static load test

由圖可知，平板靜載試驗的沉降曲線平穩(wěn)，說明未出現(xiàn)地層剪切破壞或樁的大尺寸滑動，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求[11]，對水泥粉煤灰碎石樁復合地基，當?shù)鼗责ば酝?、粉土為主時，可取S/D=0.01對應的荷載為復合地基承載力特征值，且其值不應大于最大加載量的一半，本次試驗取D值為1 000 mm，則總沉降S為10 mm，從圖中可以看出，復合地基承載力特征值均大于100 kPa，沉降變形亦較小，復合地基承載力滿足設(shè)計要求。

4.2 沉降監(jiān)測分析

在Ⅳ區(qū)（1號庫）地基處理施工完成且水穩(wěn)層或墊層施工完畢后開始沉降監(jiān)測，結(jié)果見圖7。

圖7 1號庫地坪沉降曲線Fig. 7 Floor subsidence with time of 1# warehouse

由圖可知，地基處理施工完成近4年，一期工程已投入使用3年，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，地坪沉降量較小，平均下沉9 mm。其中主體結(jié)構(gòu)施工期間，地坪沉降量在7～9 mm，投入使用兩年期間，地坪沉降量在6～8 mm，隨后沉降趨勢進一步減小。倉庫投入使用至目前為止，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果顯示地坪沉降與基礎(chǔ)差異沉降較小，一期工程地坪、柱角等均未出現(xiàn)明顯裂縫。

5 結(jié) 論

（1）孔內(nèi)強夯碎石樁聯(lián)合CFG疏樁地基處理技術(shù)主要用于處理上覆高壓縮性軟填土，下覆軟弱夾層等復雜軟土地基，利用碎石樁處理表層軟土，提高地基承載力，利用CFG樁處理下部深層軟土，減小地基沉降，處理深度可達20～25 m。

（2）對于附加荷載較低的單層建筑地坪與基礎(chǔ)應盡量選用相同的地基加固方法，根據(jù)場地地坪附加荷載大小、地層分布特點，采用不同夯擊能及改變 CFG樁長方式實現(xiàn)地基變剛度從而實現(xiàn)減少差異沉降效果。

（3）基于特定施工工藝形成“漏斗狀”碎石樁樁身，可有效防止軟土地層孔內(nèi)強夯過程中的塌孔、縮頸影響，在工藝上采用低能量強夯，震動影響極小，處理效果好，且樁身填料易獲取，經(jīng)濟性高。