莫艷合，梁冰心

（中冀建勘集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

1 工程概況

擬建新區(qū)規(guī)劃路位于某沿海城市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，從上至下的地層構(gòu)成分別是①層雜填土～②層粘土～③層淤泥～④層細(xì)砂～⑤層淤泥～⑥層中砂～⑦層花崗巖，由于項(xiàng)目對工后沉降要求較高，經(jīng)過對多種軟基處理措施進(jìn)行綜合比選后，確定采用CFG 樁復(fù)合地基進(jìn)行軟基處理。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)樁身強(qiáng)度為C15，基樁呈矩形布置，碎石直徑在20～30mm范圍內(nèi)，石屑直徑在2～10mm范圍內(nèi)且雜質(zhì)含量需控制在5%以內(nèi)。水泥選用無結(jié)塊未變質(zhì)的普通硅酸鹽水泥，混合料的攪拌時(shí)間不低于2min，為了有效改善混合料的和易性，項(xiàng)目部在混合料內(nèi)適當(dāng)?shù)脑黾恿怂嗪图?xì)砂用量，相應(yīng)減少了粉煤灰用量。控制混合料的坍落度在3～5cm內(nèi)，控制混合料密度不低于22t/m3。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)直徑為400mm；CFG樁有效樁長為16.5m，矩形布樁，樁間距為1.5m，褥墊層厚度為50cm。針對設(shè)計(jì)方案的最不利處進(jìn)行了理論驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果滿足要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。

為了研究CFG樁復(fù)合地承載能力和沉降量受CFG樁樁長、樁間距、樁身直徑以及褥墊層厚度參數(shù)的影響情況，以規(guī)劃路C1+052.8～C1+082.8 路段為研究背景，從通過改變其中一個(gè)變量來分析CFG樁復(fù)合地承載能力和沉降量變化情況。

2 CFG樁單一參數(shù)變化對復(fù)合地基的影響分析

2.1 改變樁長

通過單一改變樁長長度，將樁長長度作為變量來分析CFG 樁復(fù)合地基承載能力和沉降量的變化情況。由于項(xiàng)目所在地常用CFG樁灌注設(shè)備能達(dá)到的最大長度為18m，所以在樁長變量方面可達(dá)到的最長長度為17.5m。樁間距、墊層厚度以及樁身直徑不變的情況下，單一改變樁長的設(shè)計(jì)方案見表1。

表1 樁長作為單一變量的設(shè)計(jì)方案表

通過理論計(jì)算確定了改變樁長前和改變樁長后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表2。

表2 不同CFG樁復(fù)合地基樁長所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表1、表2 中的數(shù)據(jù)，分別繪制出樁長變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線和樁長變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖1 和圖2 所示。從圖1可知，當(dāng)樁的長度增加時(shí)，CFG樁復(fù)合地基的承載力是逐漸增加的，但是增加的幅度有限。這主要是因?yàn)闃兜拈L度較短時(shí)，樁身影響范圍只限于其周圍土體，繼而限制了其加固深度；當(dāng)樁的長度增加時(shí)，樁體周圍土體的擠密程度增加，繼而增加了樁體的加固深度，增加了復(fù)合地基的承載能力。換言之，樁長的長度增加可以使樁土共同分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，行之有效地增加地基承載能力[1]。從圖1曲線曲率的變化可知，當(dāng)有效樁長增加到17m 后，復(fù)合地基的承載力變化開始減緩，也就是說當(dāng)樁長增加到一定長度后，樁長對復(fù)合地基的承載能力的影響減弱，基于此，在設(shè)計(jì)CFG樁復(fù)合地基樁長時(shí)，要合理選取樁長設(shè)計(jì)值，避免工程成本浪費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生。從圖2可知，CFG樁復(fù)合地基沉降量隨著樁長的增加不斷降低，當(dāng)樁長長度從16m變化到16.5m時(shí)，復(fù)合地基的沉降量變化幅度最大，當(dāng)有效樁長超過16.5m時(shí)，復(fù)合地基的沉降量變化趨勢大幅度減小?；诖?，在設(shè)計(jì)CFG樁復(fù)合地基樁長時(shí)，要合理選取樁長設(shè)計(jì)值，避免工程成本浪費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生。

圖1 樁長變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線

圖2 樁長變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線

2.2 改變樁身直徑

CFG 樁直徑規(guī)范范圍為350～600mm 之間，項(xiàng)目部通過區(qū)域施工機(jī)械設(shè)備特點(diǎn)等因素綜合考慮確定了樁身直徑設(shè)計(jì)值為400mm。以樁身直徑為單一變量，樁長、樁間距以及褥墊層厚度為不變量來分析復(fù)合地基的承載能力和最終沉降量的變化情況，設(shè)計(jì)方案見表3。

表3 樁身直徑作為單一變量的設(shè)計(jì)方案表

通過理論計(jì)算確定了改變樁身直徑前和改變樁身直徑后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表4。

表4 不同CFG樁復(fù)合地基樁身直徑所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表3、表4 中的數(shù)據(jù)，分別繪制出樁身直徑變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線和樁身直徑變化對CFG 樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖3 和圖4 所示。從圖3可知，當(dāng)樁身直徑增加時(shí)，復(fù)合地基承載力增加，當(dāng)樁身直徑從350mm 增加到400mm 時(shí)，地基承載力增加趨勢明顯，當(dāng)繼續(xù)增加樁身直徑后，地基承載力增加趨勢變緩。這主要是因?yàn)樵黾訕渡碇睆娇稍黾訕锻两佑|面積，上部荷載可以較好地傳遞到持力層，既增加了復(fù)合地基的承載能力，又降低了復(fù)合地基的沉降量[2]。但是并不是一味地增加樁身直徑就是對的，從圖中曲線變化可知，當(dāng)樁身直徑增加到400mm后，再增加樁身直徑時(shí)，復(fù)合地基的承載能力和復(fù)合地基的沉降數(shù)值變化幅度越來越小。所以在CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)過程中要合理選取樁身直徑，避免工程成本浪費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生。從圖4可知，在上部荷載相同時(shí)，隨著樁身直徑的不斷增加，復(fù)合地基的沉降量不斷減小，特別到當(dāng)樁徑從350mm到400mm變化的過程中，復(fù)合地基沉降量變化最為明顯，當(dāng)繼續(xù)增加樁身直徑后，復(fù)合地基沉降量變化趨勢逐漸降低。

圖3 樁身直徑變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線

2.3 改變?nèi)靿|層厚度

通過嚴(yán)密的理論計(jì)算確定了該案例項(xiàng)目褥墊層最佳厚度范圍為25～57cm 之間，項(xiàng)目部根據(jù)綜合因素通盤考慮確定了褥墊層厚度為50cm。將褥墊層厚度作為單一變量，樁長、樁身直徑以及樁間距作為不變量，來分析研究褥墊層厚度變化對復(fù)合地基承載能力和沉降量的影響。單一改變?nèi)靿|層厚度的設(shè)計(jì)方案見表5。

表5 褥墊層厚度作為單一變量的設(shè)計(jì)方案表

通過理論計(jì)算確定了改變?nèi)靿|層厚度前和改變?nèi)靿|層厚度后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表6。

表6 不同CFG樁復(fù)合地基褥墊層厚度所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表6中的數(shù)據(jù)可知，褥墊層厚度變化沒有對復(fù)合地基承載能力有任何影響，只對復(fù)合地基的沉降量產(chǎn)生了影響，根據(jù)表6 數(shù)據(jù)繪制出褥墊層厚度變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖5所示。從圖5可知，復(fù)合地基褥墊層厚度增加其地基沉降量也隨之增加。之所以褥墊層厚度不會(huì)對復(fù)合地基承載能力產(chǎn)生影響，是因?yàn)槿靿|層的作用就是傳遞基樁和樁間土之間的荷載。當(dāng)褥墊層厚度增加時(shí)，荷載作用在褥墊層時(shí)就獲得了比較大的壓縮空間，導(dǎo)致上部荷載通過樁傳遞給樁間土的部分變小，而通過樁身直接傳遞給樁端部分的荷載增加，導(dǎo)致復(fù)合地基的沉降增加。

圖5 褥墊層厚度變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線

圖6 樁間距變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線

2.4 改變樁間距

地基處理規(guī)范要求，CFG 樁樁間距的距離應(yīng)為樁身直徑的3～4倍，即案例項(xiàng)目的樁間距距離在1.2～1.6m范圍內(nèi)均復(fù)合規(guī)范要求。通過單一改變樁間距距離，來分析判斷樁間距變化對復(fù)合地基承載力和沉降量的影響。但是樁間距改變勢必要引起樁數(shù)的改變，根據(jù)有限元模型分析，樁間距改變后的方案設(shè)計(jì)情況及樁數(shù)變化情況，如表7所示。

表7 樁間距作為單一變量的設(shè)計(jì)方案表

通過理論計(jì)算確定了改變樁間距前和改變樁間距后幾種情況的承載力數(shù)值和沉降量數(shù)值，詳見表8。

表8 不同CFG樁復(fù)合地基樁間距所對應(yīng)的承載力和最終沉降量

根據(jù)表7、表8 中的數(shù)據(jù)，分別繪制出樁間距變化對CFG樁復(fù)合地基承載力影響曲線和樁長變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線，如圖7和圖8所示。在基樁數(shù)量合理?xiàng)l件下，樁間間距越小，其復(fù)合地基承載能力越高，這主要是樁間間距越小，其樁間土的擠密程度越高，樁周土體約束基樁變形的能力增加。即當(dāng)?shù)缆返某两盗亢统休d能力要求不高時(shí)，盡量避免使用較小的樁間距的設(shè)計(jì)方案，可以有效地減少基樁數(shù)量，繼而在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下，大幅度合理削減工程開支。

圖7 樁間距變化對CFG樁復(fù)合地基沉降量影響曲線

3 結(jié)語

針對上述幾種單一變量替換方案進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測和復(fù)合地基沉降量檢測，檢測結(jié)果均符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。再次對幾種方案的造價(jià)情況進(jìn)行驗(yàn)算，某沿海城市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)規(guī)劃路C1+052.8～C1+082.8 軟基路段采用原方案的造價(jià)為44158元，當(dāng)有效樁長改為16m、樁身直徑400mm 保持不變、樁間距改為1.6m、復(fù)合地基乳墊陳厚度改為30cm 后，C1+052.8～C1+082.8 軟基路段的施工造價(jià)為40117 元。所以，案例項(xiàng)目C1+052.8～C1+082.8軟基路段CFG樁復(fù)合地基最優(yōu)處理參數(shù)為：有效樁長16m；樁身直徑400mm；樁間距1.6m；褥墊層厚度30cm。