CFG桩在填土地基加固应用分析

 

　　1项目概况

 

　　1.1工程简介

 

　　拟建场地是集厂房、定制、配套于一身的产业园区。拟建1号～13号楼都作为地上4层的框架结构厂房，采用独立柱基础，埋深-1.80m（相对±0.00m）。

 

　　1.2场地岩土工程条件

 

　　拟建场地作为建设预留用地，长时间荒废，较平坦，地面标高在23.28m～24.86m之间。依照勘察报告，场区地面以下20.00m深度范围内的地层分布情况简述如下：

 

　　第一大层为填土层，稍密～中密状态，填土层厚度2.50m～4.70m，基本不含生活垃圾，主要成分是砖头、碎石等建筑废料。经调查，该场地曾为村民采砂场所，后经征地回填，回填时间约13年，属新填土。

 

　　第二大层为新近沉积地层，包括②1粉土层和②2粉细砂层。

 

　　第三大层及其下部地层均为一般第四纪沉积地层。包括③粉砂层，厚度1.00m～3.80m。④细砂层，砾石约占5%，厚度为0.40m～5.20m。⑤粉质粘土层，厚度1.20m～2.50m。⑥细砂层，密实，最大揭露层厚7.50m，且20.00m深度内未揭穿该层。

 

　　1.3结构设计要求

 

　　在一般的混凝土桩基工程中，桩基刚度较强、承载能力高、控制变形效果好，但桩间土承载力得不到利用，工程造价高。而CFG桩复合地基通过褥垫与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作，这种利用桩间土的设计比传统的桩基有较大的工程意义。根据CFG桩单桩复合地基静载荷试验，结构设计应符合以下要求。

 

　　（1）处理后的复合地基承载力特征值不小于250kPa；

 

　　（2）处理后相邻独立基础的沉降差不大于0.002L，独立基础的沉降值小于3cm。

 

　　2地基处理方案及设计参数

 

　　2.1地基处理的原因

 

　　由于建设场地较周边市政道路低约1m，拟建厂房的±0.00设计高程比现状地面高出约1.30m，据此条件反算独立基础（埋深1.80m）都位于第一层填土层内，无法满足地基承载力和变形设计要求，必须进行适当的地基加固处理。

 

　　2.2地基处理方法选择

 

　　考虑到场地周边是建成投产的产业园区，不能采用强夯方案；而填土的厚度较大、分布范围广泛，采用换填方案的费用和工期都是建设单位无法接受的；若采用散体桩复合地基进行处理，又难以满足承载力和变形要求。因此考虑采用刚性桩复合地基方案，利用填土为基础持力层，对其进行科学合理的地基加固处理，使其能够满足设计需要。

 

　　根据工程地质条件、结构设计要求及类似工程经验，从技术、造价及工期等方面综合考虑，最终采用CFG桩复合地基方案。该工艺施工质量易控制，施工速度快，噪声较小且工艺不受地下水影响。

 

　　2.3设计方案

 

　　2.3.1桩长和置换率

 

　　桩端持力层可选择④细砂层和⑥细砂层，相对应短桩+高置换率和长桩+低置换率两套方案。考虑到：

 

　　（1）基底以下填土厚度2m～4m，其下就是低压缩性的砂层，主要加固对象就是填土层，长桩方案效果未必明显且不够经济。

 

　　（2）为了最大限度降低因填土的不均匀性带来的不利影响，在独基范围内选择密布CFG桩来置换填土。

 

　　（3）高置换率条件下，桩与填土组成的复合土体由于混凝土材料占比较高，从材料组成上为其变形特性提供了有利保障。所以最终选择浅部的④细砂层为桩端持力层，采用了短桩+高置换率方案，有效桩长为6.50m，置换率范围0.09～0.12，因基础尺寸而异。

 

　　2.3.2褥垫层厚度

 

　　CFG桩复合地基通常会设置褥垫层，厚度一般为15cm～30cm，材料通常为碎石或级配砂石等散体材料。在基础下设置柔性垫层，一方面可增加桩间土承担荷载的比例，较充分地利用桩间土的承载潜能；另一方面可改善桩体上端的受力状态，调节桩和桩间土的应力分担和变形协调。业界针对褥垫层的厚度与复合地基承载特性进行了大量研究，获得了大量规律和经验。当褥垫层厚度越厚，桩土荷载分担比越小，也就是桩体承担的荷载比例越低，反之就越高。对本工程而言，恰恰就是要提高桩体所承担的荷载比例，最大限度减小桩间土分担的荷载，这样填土在承载能力上的缺陷得以弥补；同样由于分担的荷载小些，发生的变形也相对小些，对整体复合地基的变形也是有利的。在整理借鉴了多项针对褥垫层厚度与复合地基特性所进行的试验、研究经验后，设计了8cm厚度的褥垫层。

 

　　2.3.3承载力和变形计算复核

 

　　根据CFG复合地基设计的计算公式：

 

　　单桩承载力特征值。

 

　　复合地基承载力特征值。

 

　　对各型式的独立基础进行承载力验算，处理后复合地基承载力特征值范围是255kPa～283kPa，均满足设计要求。同时根据公式：

 

　　。

 

　　对各型式的独立基础进行变形验算，处理后复合地基沉降值和相邻独基间的沉降差均满足设计要求。

 

　　2.3.4其他设计参数

 

　　CFG桩施工桩径410mm，桩身混凝土强度等级C20，施工工艺为长螺旋钻机成孔，中心压灌素混凝土成桩，碎石褥垫层粒径小于3cm并适量掺砂。

 

　　3检测及监测结果

 

　　3.1检测结果

 

　　复合地基施工完毕后，进行承载力及桩身完整性检测。其中承载力检测采用单桩复合地基载荷试验方法，载荷板的面积根据检测对象所在独立基础的实际置换率进行折算，最大试验荷载500kPa；采用慢速维持荷载法分8级加载；13栋厂房各检测3点、共39点。检测结果为：当加载至最大荷载500kPa时，p—s曲线未出现明显拐点，各级沉降量较均匀，总沉降量均未超过规范允许值；且加载至250kPa所对应的s/b值均小于0.01。判定单桩复合地基承载力特征值不小于250kPa，满足设计要求。桩身完整性检测采用低应变反射波法，试验数量为总桩数的10%。检测结果为：受检的全部CFG桩，桩身连续、完整，属于Ⅰ，Ⅱ桩，判定为合格。

 

　　3.2监测结果

 

　　CFG桩施工于2011年3月竣工，同年11月结构封顶。沉降观测结果表明，结构施工期间及封顶后至今的沉降值均较小（7mm～11mm范围），且很快趋于稳定；并且差异沉降也均小于0.001L，完全满足设计要求。

 

　　4结语

 

　　综上所述，上文提及的例子选用了填土为桩间土，是结合了多种测试成果得出的结论，也表现了设计者的经验和实力，为今后类似工程提供了可参考的工程范例。我们在进行施工时，一定要做好施工勘察报告，通过分析实际情况来制定施工方案，这样可以有效地提高施工质量。

 

　　参考文献

 

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2012：54-56.

 

[2]王朝辉，杨正文.某原料场CFG桩加固填土地基应用实例[J].工程建设，2011年第6期.