張桂艷

（沈陽鼎信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，遼寧 沈陽 110000）

0 前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，我國的基本建設(shè)和可用建設(shè)的土地日益減少，需要地基處理的工程不斷增加。地基處理的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)做到安全適用，經(jīng)濟(jì)合理，保證其質(zhì)量前提下保護(hù)好環(huán)境。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基是地基處理方法中的一種，其可適合處理粉土、黏性土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基適用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、箱基及筏基等基礎(chǔ)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及施工工藝，在節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的條件下，合理地選擇好樁型，以便于保證設(shè)計(jì)對地基承載力和變形的設(shè)計(jì)要求。

1 工程案例

1.1 工程概況

某一多層住宅采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深3.3m，基底尺寸為12m×42m，地下水位在地面下3.9m，基礎(chǔ)底面處相應(yīng)于荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合的豎向壓力包括基礎(chǔ)自重為=151200kN，準(zhǔn)永久組合的豎向壓力=90720kN（包括基礎(chǔ)自重）筏板下采用CFG樁復(fù)合地基，樁徑=0.4m，樁長16m，樁端的持力層為⑤粉質(zhì)黏土層。工程地質(zhì)剖面如圖1所示。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

1.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由上述工程概況，單樁豎向承載力特征值R及實(shí)際修正后的復(fù)合地基承載力特征值f的確定如下，暫定復(fù)合地基承載力特征值為f=300 kPa。

解答如下。根據(jù)土的性質(zhì)質(zhì)及樁長范圍處理的時(shí)粉質(zhì)黏土，復(fù)合地基CFG 樁的施工采用長螺旋鉆孔壓灌樁成樁工藝，已知：樁徑=0.4m，樁長16m，樁端的持力層為⑤粉質(zhì)黏土層，暫定CFG樁采用C20混凝土。CFG水泥粉煤灰碎石樁的單樁豎向承載力特征值R的確定如下。

式中：-樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；q-第層土的側(cè)阻力特征值（kPa）；L-第層土的厚度（樁長范圍內(nèi)）；a-樁端阻力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定a=1.0；A-樁的截面面積；q-樁周第層土的樁端阻力特征值（kPa），可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。當(dāng)采用單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，R=Q/2；Q-單樁豎向極限承載力。

已知=0.4m，A=3.14×（0.4/2）2=0.126m，樁長為16m，樁端持力層為④粉質(zhì)黏土層。單樁豎向承載力特征值R由公式（1）計(jì)算。

深度修正后復(fù)合地基承載力特征值確定如下。

求取樁距：已知筏板板厚=800mm，基礎(chǔ)底面處相應(yīng)于荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合的豎向壓力包括基礎(chǔ)自重為

=151200kN ，暫定f=300kPa，基底的平均反力如下。

根據(jù)公式（2）～公式（4）反算樁距及修正后的復(fù)合地基承載力特征值f。

式中：f-復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；-CFG的單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，一般=0.8～0.9按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)??；R-CFG的單樁豎向承載力特征值；-CFG的面積置換率；為樁身平均值（m）；d為一根樁分擔(dān)的處理等效圓直徑；-CFG的樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取=0.9～1.0，有經(jīng)驗(yàn)可按地區(qū)取值；A-樁的截面面積；f-樁間土承載力特征值（kPa）（處理后的），有經(jīng)驗(yàn)可按當(dāng)?shù)厝≈?，無經(jīng)驗(yàn)可取天然地基承載力特征值。

已知：=0.85，R=631kN，=0.95，f=130kPa，A=0.1256m，由公式（2）計(jì)算。

計(jì)算出置換率大概為=3.6%，由公式（3）算出=1.87m 按正方形布樁，由公式（4）算出=1.65 m，該工程實(shí)際取=1.6 m＜1.65 m，則滿足設(shè)計(jì)要求。

深度修正后復(fù)合地基承載力特征值f計(jì)算如下。

=1.6m，根據(jù)公式（4）=1.808m；由公式（3）計(jì)算，=0.42/1.8082= 0.049×100%=4.9% 則通過公式（2）反算求出實(shí)際復(fù)合地基承載力特征值f=320kPa，滿足承載力的要求。

實(shí)際經(jīng)深度修正后地基承載力特征值按式（5）計(jì)算。

式中：η-深度修正系數(shù)；-深度（m）；γ-基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取有效重度（kN/m）。

已知γ=18kN/m，=3.3m，因地基處理則η=1.0，由公式（5）計(jì)算。

f=320+1.0×18×（3.3-0.5）=370kPa≥P=300kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)復(fù)合地基承載力進(jìn)行深度修正時(shí)，樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足下式。

式中：f-（邊長150mm 立方體）樁體試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）。

已知γ=18（kN/m），=3.3m，=0.85，R=631kN，f=370kPa，A=0.1256m，由公式（6）計(jì)算。

CFG樁采用C20滿足設(shè)計(jì)要求。

1.3 復(fù)合地基基礎(chǔ)局部構(gòu)造

構(gòu)造如圖2所示。1）褥墊層。在樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，褥墊層采用級配砂石，碎石最大粒徑不應(yīng)大于30mm，褥墊層厚度300mm，不應(yīng)采用卵石，褥墊鋪設(shè)采用靜力壓實(shí)法，墊層壓實(shí)系數(shù)不小于0.94。2）樁布置。樁根據(jù)結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的布置及受力大小，樁距布置為小于等于1.6m，樁長不小于16m，樁端持力層為⑤粉質(zhì)黏土層，共需要254根。樁長范圍內(nèi)是粉質(zhì)黏土層，樁徑為0.4m，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)選用長螺旋鉆孔壓灌樁。當(dāng)樁施工時(shí)，樁頂應(yīng)預(yù)留高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5m的保護(hù)樁長。

圖2 復(fù)合地基基礎(chǔ)局部局部構(gòu)造詳

1.4 質(zhì)量檢測設(shè)計(jì)要求

水泥粉煤灰碎石樁竣工時(shí)，復(fù)合地基承載力驗(yàn)收應(yīng)采用靜載荷試驗(yàn)并且還得進(jìn)行單樁豎向承載力的靜載荷試驗(yàn)。樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)的條件下，在施工結(jié)束28天后需要進(jìn)行承載力檢測；每個(gè)單體工程的復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于3點(diǎn)，且復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)和單樁靜載荷試驗(yàn)的數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%。樁身完整性檢測，應(yīng)抽取不少于總樁數(shù)的10%，進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)。復(fù)合地基尚應(yīng)進(jìn)行豎向增強(qiáng)體及周邊土的質(zhì)量檢驗(yàn)。

1.5 筏板基礎(chǔ)中心點(diǎn)O 的最終沉降量

計(jì)算如下。已知=124990kN，=12m×42m，基礎(chǔ)埋深=3.3m，γ=18kN/m根據(jù)公式（7）。

已知f=320 kPa，f=130kPa，值可按下式確定。

已知=12m沉降計(jì)算深度Z：Z=（2.5-0.4ln）=12×（2.5-0.4ln12）≈18m。

表1 地基沉降計(jì)算表

根據(jù)：Δ/ ∑=2.37/95.86=0.0247＜0.025， 滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，筏板基礎(chǔ)中心點(diǎn)的最終沉降量為37 mm。

2 設(shè)計(jì)要求

2.1 設(shè)計(jì)對CFG樁的要求

樁可布置在基礎(chǔ)范圍內(nèi)，樁端應(yīng)選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為樁端持力層，以便發(fā)揮樁端阻力，避免建筑物沉降不均勻。樁徑：一般取 300mm～600mm 樁徑與選用施工工藝有關(guān)。樁徑 350mm～600mm 適用于長螺旋鉆中心壓灌、干成孔和振動(dòng)沉管成樁；樁徑 600mm～800mm 適用于泥漿護(hù)壁鉆孔灌注素混凝土成樁；樁徑 300mm～600mm 適用于鋼筋混凝土預(yù)制樁條件相同的情況，樁徑越小，樁的比面積越大，單方混合料提供的承載力越高。樁距：樁距根據(jù)建筑物控制沉降量、設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力、土性、施工工藝等綜合考慮確定的，一般取 3～5倍的樁徑。

2.2 設(shè)計(jì)對施工的要求

設(shè)計(jì)對施工的要求如下：1）CFG樁的施工，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場場地條件，設(shè)計(jì)要求及施工工藝而確定。2）在成樁過程中，抽樣做混合料試塊時(shí)每臺(tái)機(jī)械每臺(tái)班不應(yīng)少于1組。3）為了防止樁間土擾動(dòng)及樁身斷裂，在截樁和清土?xí)r，應(yīng)采用人工剔除或者小型機(jī)械等措施。4）在冬季施工時(shí)，樁頭及樁間土應(yīng)采取保暖措施，混合料入孔溫度不小于 5℃。5）褥墊層的夯填度不應(yīng)大于0.9。宜采用靜力壓實(shí)法。當(dāng)基底樁間土含水量較低時(shí)，也可采用動(dòng)力夯實(shí)法。CFG樁施工工藝的選用表見表2。

表2 CFG樁施工工藝的選用表

2.3 褥墊層的設(shè)計(jì)要求

褥墊層位于樁頂和基礎(chǔ)之間，最大粒徑不宜大于30mm，材料宜采用中砂、粗砂、 級配砂石和碎石等，厚度宜為樁徑的 40%～60%。褥墊層的作為復(fù)合基礎(chǔ)的組成部分，不容忽視。其作用如下：減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。是保證樁、土共同作用，形成復(fù)合地基的前提條件。褥墊層厚度的變化，可以調(diào)整樁豎向荷載分擔(dān)比例，樁承擔(dān)的豎向荷載占荷載的的百分比越低則褥墊層越厚，反之則越高；也可以調(diào)整樁的水平荷載分擔(dān)比例，褥墊層越薄，樁分擔(dān)水平荷載分比大，土則分擔(dān)的水平荷載越小。綜上所述，較厚的褥墊層比較適用于地震設(shè)防區(qū)。

2.4 CFG樁復(fù)合地基承載力特征值

根據(jù)靜載荷試驗(yàn)結(jié)果及周邊土的性質(zhì)，按照規(guī)范確定。

2.5 CFG樁復(fù)合地基的質(zhì)量驗(yàn)收

根據(jù)規(guī)范CFG樁應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度及樁身完整性檢驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行單樁豎向承載力和復(fù)合地基承載力的靜載荷試驗(yàn)。

3 結(jié)論

綜上所述，對CFG樁法設(shè)計(jì)的復(fù)合地基建議如下：1）CFG樁復(fù)合地基屬于地基處理加固范疇，具有承載力提高幅度大、地基變形小、適用范圍廣的特點(diǎn)。復(fù)合地基的設(shè)計(jì)應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的注冊巖土程師完成，施工應(yīng)由有資質(zhì)的施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。2）在選擇樁端持力層時(shí)，盡量選擇相對較好的土層上，避免建筑物的不均勻沉降。同時(shí)CFG樁的設(shè)計(jì)最好是通過樁距及樁長來調(diào)整樁數(shù)，以滿足不同承載力、不同沉降對CFG樁的布置要求。3）CFG應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度及樁身完整性檢驗(yàn)，復(fù)合地基承載力和單樁承載力應(yīng)采用靜載荷試驗(yàn)確定。4）CFG樁施工完成后，應(yīng)通過試驗(yàn)對復(fù)合地基做出評價(jià)，并作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及后面施工的依據(jù)。5）應(yīng)重視褥墊層在復(fù)合地基的作用，它不但可使樁間土承載力充分發(fā)揮，而且其厚度的多少?zèng)Q定CFG樁和樁間土二者的所承受荷載的占比。6）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，樁距較小時(shí)，可采取跳打措施，樁頂應(yīng)預(yù)留高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5米的保護(hù)樁長。合理的CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)，不但可以提高工程經(jīng)濟(jì)，還可以節(jié)約工程造價(jià)。