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高承载力复合地基探讨

2017-06-15朱晓翠王鸿田玉中

科技创新导报 2017年11期
关键词:CFG桩复合地基承载力

朱晓翠+王鸿+田玉中

DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.050

摘 要:论文简单介绍了CFG桩复合地基的作用机理,文章通过2个高承载力复合地基加固处理工程案例分析,说明CFG桩不仅在地基条件较好时适用,也适用于粉土、粉砂等较软弱地基土的加固处理。地基土层较好的地基通过CFG桩复核地基加固处理后,可获得高承载力的复合地基。

关键词:承载力 复合地基 CFG桩

中图分类号:TU47 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)04(b)-0050-03

“水泥粉煤灰碎石桩”(又称CFG桩),是由砂、碎石、石屑、粉煤灰掺水泥加水,拌和后采取一定施工工艺制成的高粘结强度桩,通过CFG桩桩体、桩间土、褥垫层共同作用,并共同承担上部结构传递荷载的复合地基加固处理方法。CFG桩可充分利用桩间土的承载力及褥垫层共同发挥作用,并将上部荷载传递到深层地基土层中去,因此,CFG桩复合地基具有较好的技术性能和经济效益。

CFG桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土以及已经完成自重固结的填土地基。CFG桩可用于挤密效果较好的土,也可用于挤密效果较差的土:当CFG桩用于挤密效果较好的土时,地基承载力的提高对地基土既有挤密作用又有置换作用;当CFG桩用于挤密效果较差的土时,地基承载力的提高对地基土只有置换作用。CFG桩与其他复合地基的桩相比,由于其桩体材料较轻,因此置换作用尤为明显。

CFG桩复合地基与其他复合地基处理方法相比,具有以下优点:(1)CFG桩施工工艺简单,无场地污染,振动影响也较小。(2)CFG桩桩体材料中加入了工业废料——粉煤灰,有效地减少了环境污染,又能达到料废物利用的目的;并且仅需少量水泥,便于就地取材,节约了建筑材料。(3)CFG桩的受力特性与水泥搅拌桩类似。(4)CFG桩桩体不配筋,能充分发挥桩间土的承载力,相比普通混凝土桩,桩数减少,工程造价降低。

CFG桩复合地基处理技术具有施工工艺简单、施工速度快、工期短、施工质量容易控制、工程造价低廉等优点,具有明显的经济效益和社会效益。

1 案例一

绵阳市某住宅项目拟建建筑物为18F框架—剪力墙结构,筏板基础、独立基础和条形基础;基底以下由粉质黏土、卵石层和强风化泥岩组成,上部土层厚度较大,均匀性差,纵、横向力学性能及均匀性差异较大,不能满足上部荷载要求。上部结构设计要求对住宅楼基底以下粉质黏土及卵石层进行CFG桩复合地基加固处理,桩端持力层为强风化泥岩,处理后复合地基承载力特征值:kPa。

1.1 基底地层结构

拟建物基底以下地层结构如以下几点。

(1)粉质黏土:褐黄色、可塑、稍湿、干强度中等,韧性中等,厚1.00~6.10 m。

(2)粉土:黄褐色,稍密~中密,稍湿,干强度低,韧性低,厚0.80~4.20 m。

(3)稍密卵石:卵石含量55%~60%左右,一般直径2~8 cm。被中粗砂充填,并含少量泥质成分。颗粒交错排列,部分接触。厚0.70~1.90 m。

中密卵石:卵石含量占60%~70%左右,一般直径4~8 cm,含少量漂石,被中粗砂和砾砂充填,并含15%左右的圆砾。厚0.70~2.0 m。

密实卵石:卵石含量>70%,一般直径10~20 cm,含较多漂石。被中粗砂和砾砂充填,并含10%左右圆砾。

(4)强风化泥岩:紫红色,其矿物成份为黏土质矿物,风化裂隙发育,岩体破碎,遇水易软化,厚1.20~2.60 m。

中等风化泥岩:紫红色,其矿物成分为黏土质矿物,层理清晰,风化裂隙发育,巨厚层状构造、局部有强风化泥岩夹层,整体结构,泥质胶结,胶结程度中等,锤击易碎。岩芯采取率平均约90%。岩石坚硬程度为软岩。

1.2 水文地质条件

场地地下水类型为填土层中的上层滞水、砂卵石层中的孔隙潜水和基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于粉质黏土和粉土层中,受大气降水及附近污水的补给;孔隙潜水是该场地主要的地下水类型,微具承压性,其水位埋藏较深,水量丰富,补给源主要是地下径流及大气降水。

1.3 设计计算

(1)設计参数。

CFG桩设计桩径800 mm,桩端伸入持力层800 mm,并在桩顶预留0.5 m的保护桩长。需要处理的地层有:粉质黏土、稍密卵石、中密卵石、密实卵石和强风化泥岩,桩端持力层为中风化泥岩。各土层物理力学参数见表1。

(2)承载力计算。

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)CFG桩复合地基承载力特征值可按(1)式计算:

(1)

(1)式中:fsk为处理后桩间土的承载力特征值,根据场地土层情况和设计经验取fsk=140 kPa;Ra为单桩竖向承载力特征值;λ为单桩承载力发挥系数,根据经验取λ=1;m为面积置换率;Ap为桩截面积;β为桩间土承载力折减系数,根据经验取β=0.8。

单桩竖向承载力特征值可按(2)式估算:

(2)

(2)式中:up为桩周长;qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值;qp为桩端阻力特征值;n为桩长范围内所划分的土层数;Li为桩长范围内第i层土的厚度(m);ap为桩端端阻力发挥系数,根据经验取ap=0.8。

经计算得CFG桩单桩竖向承载力特征值:Ra=600 kN,面积置换率:m=0.32。

(3)桩的布置。

拟建物基础为筏板基础,CFG桩在筏板基础内按正方形布置,桩间距按下式计算:

de=1.13s

上式中:d为CFG桩直径;de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径;s为桩间距。

经计算得桩间距:s=1.2 m。

2 案例二

西昌市某项目拟建物为框剪结构、筏板基础。基底以下为粉土、粉质黏土、粉砂、砾石和卵石层。由于上部土层厚度变化大不能满足上部荷载要求,故要求对基底以下的粉土、粉质黏土、粉砂以及砾石采用CFG桩复合地基加固处理,桩端持力层为稍密卵石层,要求处理后复合地基承载力特征值:350 kPa。

2.1 基底地层结构

拟建物基底以下地层结构分述如下:

(1)粉质黏土:灰色~灰黑色,可塑~软塑状,湿~很湿,厚9.10~17.60 m。

(2)粉土:灰黑色,含少量砾石且不连续,厚1.40~9.70 m。

(3)粉砂:灰色,很湿~饱和,稍密,厚0.60~6.40 m。

(4)砾石:灰色~灰黑色,很湿~饱和,碎石成份以泥岩和砂质泥岩为主,填充物为粉土和细砂,磨圆度较差,分布不连续,厚0.40~3.10 m。

(5)卵石:灰白色,磨圆度较好,卵石含量为55%~65%,充填物以细砂、粉土为主,夹极少量粘性土,分布不连续,此次勘察未揭穿该土层。

2.2 水文地质条件

工程场地地下水类型为上层滞水,主要赋存于填土层中,受大气降水和地下水径流补给,地下水静止水位约2.55~2.85 m,水量较小。

2.3 设计计算

(1)设计参数。

CFG桩设计桩径800 mm,桩端伸入持力层800 mm,并在桩顶预留0.5 m的保护桩长。需要处理的地层有:粉土、粉质黏土、粉砂、砾石,桩端持力层为中密卵石。土层物理力学参数见表2。

(2)承载力计算。

根据案例一中公式(1)、(2)计算单桩承载力,经计算得单桩竖向承载力特征值:Ra=600 kN,面积置换率:m=0.24。

(3)桩的布置。

拟建物基础为筏板基础,在筏板基础内CFG桩按正方形布置,桩间距按下式计算:

de=1.13 s

上式中:d为CFG桩直径;de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径;s为桩间距。

经计算得桩间距:s=1.4 m。

3 处理效果

在工程施工期间和竣工后一年内对建筑物进行沉降观测以检验CFG桩复合地基处理的效果。根据观测资料,以上两个案例中建筑物在观测期内最大沉降量分别为12 mm和20 mm,CFG桩复合地基沉降较均匀,建筑物局部倾斜值均小于0.001,均满足规范要求,同时也满足建筑物后期使用要求,CFG桩复合地基处理效果较好。

4 结语

论文通过采用CFG桩复合地基处理得到高承载力复合地基的工程案例可知:通过大直径CFG桩复合地基加固处理,可获得高承載力的复合地基,说明大直径CFG桩在地基处理中是经济适用的;CFG桩不仅适用于地基土条件较好的地基处理,也适合于粉土、粉砂等较软弱地基土的加固处理,可为以后高承载力复合地基加固处理设计提供一定的参考。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准,建筑地基处理技术规范, JGJ79-2012,J220-2012[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2] 朱晓翠,崔春龙,田玉中.大直径CFG桩在软土地基中的应用研究[J].江西建材,2014(10):79-80.

[3] 张良全.CFG桩在深厚杂填土中的应用[J].四川建筑,2013,33(3):94-95.

[4] 尚艳冬.CFG桩复合地基在攀西地区的应用[J].地基基础与岩土工程,2006,32(6):177-178.

[5] 张进友,宋春花,葛业瑾.CFG桩加固软土地基的工程实践[J].山西建筑,2001,27(6):45-46.

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