低能級強(qiáng)夯CFG樁復(fù)合地基處理新填土地基

1、第30卷增刊2 巖 土 力 學(xué) V ol.30 Supp.2 2009年12月 Rock and Soil Mechanics Dec. 2009收稿日期:2009-07-25文章編號:1000-7598 (2009 增刊2-0354-04低能級強(qiáng)夯+CFG 樁復(fù)合地基處理新填土地基李衛(wèi)民,常 青(貴州省建筑工程勘察院,貴陽 550003摘 要:以工程實(shí)例對低能級強(qiáng)夯+CFG 樁加固新填土地基的技術(shù)和施工方法在貴州山區(qū)的應(yīng)用作了介紹,并結(jié)合靜載試驗(yàn),動力觸探測試,低應(yīng)變測試,沉降觀測等數(shù)據(jù)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié),為山區(qū)建設(shè)中新填土地基處理提供了新的思路和經(jīng)驗(yàn)。關(guān) 鍵 詞:新填土;低能級強(qiáng)夯;

2、CFG 樁 中圖分類號:TU 44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AComposite ground of low energy level dynamic compaction combined with CFGpile treating recent fillingsoil foundationLI Wei-min, CHANG Qing(Guizhou Architectural Investigation Institute, Guiyang 550003, ChinaAbstract: An example of composite ground of low energy level dynamic

3、 compaction combined with CFG pile, which is used in Guizhou mountainous area, is presented to elaborate technology and job practices of the proposed method. In addition, the results of static load test, dynamic penetration test, low strian reflection wave method and settlement observation which wil

4、l provide creative ideas and experiences for recent fillingsoil work in mountainous area are summarized. Key words: recent fill; low energy level dynamic compaction; CFG pile1 引 言國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目三板溪水電站下閘蓄水后,位于上游的劍河縣將被淹沒。為此,新劍河縣城選址于清水江上游革東鎮(zhèn)較為平坦開闊的源江河階地及緩坡之上。由于源江河兩岸地勢較低,按照劍河新縣城規(guī)劃總圖,沿河兩岸場地需回填 6.08.0 m 的土石方才能滿足

5、規(guī)劃的平場標(biāo)高要求。由于新填土厚度大,成份雜亂,結(jié)構(gòu)松散,且靠近河邊,地下水埋藏淺、水量大。若采用人工挖孔樁基礎(chǔ),孔樁護(hù)壁、排水都十分困難,施工安全隱患也很大,且無法保證工期;若采用機(jī)械成孔灌注樁基礎(chǔ),又由于填料成分極不均勻,結(jié)構(gòu)松散,樁身質(zhì)量不易控制,且工程造價高,工期長。為此,要在既定的工期內(nèi)和十分復(fù)雜的地質(zhì)條件下,新建一座新縣城,選擇一種工效高,節(jié)省造價的地基處理方案成為新縣城建設(shè)工程的關(guān)鍵。經(jīng)過多種地基基礎(chǔ)施工方案的比較,我院提出采用低能級強(qiáng)夯+水泥粉煤灰碎石樁(以下簡稱CFG 樁加固新填土地基的施工方案,目的在于提高地基與基礎(chǔ)施工的工作效率,節(jié)約工期,降低成本。為此選擇在劍河新縣城有

6、代表性的回填區(qū)(填方厚度平均厚度約7.0 m 竹林寨居住4組團(tuán)14-5棟和居住5組團(tuán)13-2棟進(jìn)行低能級強(qiáng)夯+CFG 樁基礎(chǔ)施工。14-5棟和13-2棟均為6層住宅,最大線荷載400 kN/m 。2 低能級強(qiáng)夯處理2.1 低能級強(qiáng)夯的技術(shù)要求回填區(qū)內(nèi)建筑物主要由六層公建房和3層以下自建房組成。低能級強(qiáng)夯的目的有以下兩個方面:一是通過強(qiáng)夯,解決場地的整體穩(wěn)定性問題,且3層以下自建房,可直接采用強(qiáng)夯地基。二是通過低通級強(qiáng)夯+CFG 樁作為6層公建房的復(fù)合地基?；靥顓^(qū)填料主要為挖方區(qū)棄碴, 成份以風(fēng)化泥巖和粘性土為主。我院在14-5棟和13-2棟回填地段現(xiàn)場取有代表性試樣作顆粒分析試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果增刊

7、李衛(wèi)民等:低能級強(qiáng)夯+CFG樁復(fù)合地基處理新填土地基見表。表1 顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test results of grain size analysis粒徑/mm 重量/g占總重量百分比/%大于某粒徑的百分比/%>100 1 990 8.6 8.610060 5015 21.7 30.3 6040 3755 16.3 46.6 4020 3170 13.7 60.3 2010 3215 13.9 74.2 105 3060 13.2 87.4<5 2890 12.6 100 從顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果可知,粒徑大于20 mm的重量占總重量的60.3 %,屬回填碎石土。2.2

8、強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)在回填厚度相近,填料類似地段作試驗(yàn)強(qiáng)夯及夯后檢測,以檢測強(qiáng)夯加固指標(biāo)作為人工大面積強(qiáng)夯施工的設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)。根據(jù)試夯數(shù)據(jù),確定本次強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)如下:主夯:夯錘重150 kN,單點(diǎn)夯擊能2 000 kNm,夯間距4 m×4 m,擊數(shù)12擊并滿足最后兩擊平均沉量不大于50 mm的規(guī)范要求。滿夯:夯錘重100 kN,單點(diǎn)夯擊能1 000 kNm,錘痕搭接1/4。加固目標(biāo)見表2。表2 強(qiáng)夯技術(shù)處理設(shè)計(jì)要求指標(biāo)Table 2 Dynamic compaction indexes項(xiàng)目地點(diǎn)填土深度/m有效加固深度/m加固目標(biāo)值加固目的地基勘測竹林寨68 6F ak150 kPaE0=6.

9、0 MPa整個場區(qū)的地坪夯實(shí),便于鋪設(shè)各種溝網(wǎng)管線,并滿足直接作為3層以下自建房的人工地基的要求,強(qiáng)夯后+CFG樁作6層統(tǒng)建房的復(fù)合地基。采用現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)和重型動力觸探等方法檢驗(yàn)對比分析,檢測深度不小于有效加固深度。2.3 強(qiáng)夯目標(biāo)值的控制檢測及效果評價竹林寨強(qiáng)夯區(qū)布置11條重型動探檢測剖面,剖面間距20 m,共布置78個重型動力觸探孔,另外布置14點(diǎn)淺層平板載荷試驗(yàn),其中:7點(diǎn)為夯點(diǎn)上,7點(diǎn)為夯點(diǎn)間,檢測成果見表3。表3 施工強(qiáng)夯檢測成果表Table 3 Test results of dynamic compaction動探N63.5標(biāo)準(zhǔn)值/擊載荷試驗(yàn)檢測地點(diǎn)01.0 m 1.06.0

10、m>6.0m承載力f ak標(biāo)準(zhǔn)值/MPa壓縮模量E S/MPa竹林寨 8.72 9.72 8.89 160200 815從表3可看出,采用低能級強(qiáng)夯處理竹林寨新填土地基方案行之有效,加固效果良好,滿足設(shè)計(jì)要求。對沉降不敏感的小荷載建筑物及城市公路管網(wǎng)均可采用強(qiáng)夯加固后的人工地基。3 CFG樁復(fù)合地基CFG樁復(fù)合地基是中國建筑科學(xué)院地基所近年開發(fā)的地基處理技術(shù),是建設(shè)部全國重點(diǎn)推廣項(xiàng)目,是國家級全國重點(diǎn)推廣項(xiàng)目,目前正在全國推廣使用。該技術(shù)已列入國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002,是工程運(yùn)用的執(zhí)行技術(shù)規(guī)范。 圖1 CFG樁復(fù)合地基示意圖Fig.1 Sketch of C

11、FG composite ground根據(jù)設(shè)計(jì)提出的加固目標(biāo)要求,經(jīng)低能級強(qiáng)夯加固的填土地基,僅能滿足3層以下自建房的人工地基,為滿足6層統(tǒng)建房最大線荷載400 kNm的強(qiáng)度要求,我院提出采用CFG樁復(fù)合地基的方案,即在經(jīng)低能級強(qiáng)夯處理的基礎(chǔ)上實(shí)施CFG樁。卵石層為樁端持力層,采用長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工工藝。3.1 CFG樁設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算:樁徑450,樁長7.5 m,樁端持力355巖 土 力 學(xué) 2009年 層為砂卵石層,根據(jù)公式j(luò) u p si p p 1508 kN ni i R u q L q A =+=式中:µp 為樁的周長(m ;q si 、q p 分別為樁周第i 層土的側(cè)

12、阻力,樁端端阻力特征值;L i 為第i 層土的厚度(m ; A p 為單樁截面積(m 2。表4 土的力學(xué)性質(zhì)及樁基參數(shù)Table 4 Mechanical properties of soil and pilefoundation parameters樁設(shè)計(jì)參數(shù) 土層名稱樁身范圍土層厚度/m承載力標(biāo)準(zhǔn)值F /kPaq s /kPaq p /kPa填土 6.5 60 15 砂卵石層 1.0 259 7 0003.2 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算a spk sk p(1Rf m m f A =+式中:f spk 為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa ;R a 為單樁豎向承載力特征值;m 為樁面積置換率;A

13、p 為單樁截面積(m 2;為樁間土承載力折減系數(shù)0.750.95,天然地基承地力高時取大值;f sk 為處理后樁間土承載力特征值(kPa ,可取天然地基承載力特征值。取R a =500 kN ,=0.75,m =0.10,計(jì)算得CFG 樁復(fù)合地基承載力計(jì)算值為:f spk =415 kPa ,取:f spk =400 kPa 。3.3 CFG 樁復(fù)合地基施工CFG 樁施工采用長螺旋鉆管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁工藝。施工順序?yàn)?CFG 樁施工平基開挖樁頭處理褥墊層鋪設(shè)。3.4 CFG 樁復(fù)合地基加固效果及評價劍河新縣城統(tǒng)建用房居住5組團(tuán)12-2棟,居住4組團(tuán)14-5棟CFG 樁施工完畢后,進(jìn)行了單樁

14、和復(fù)合地基靜載試驗(yàn)檢測,對樁身質(zhì)量進(jìn)行了低應(yīng)變檢測。在13-2棟和14-5棟,隨機(jī)抽檢了5根樁,分別作三個單樁靜載荷試驗(yàn)和2個單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn),檢測結(jié)果見表5、表6。表5 CFG 樁單樁破壞靜載荷試驗(yàn)成果表Table 5 Results of failure static load test of a single CFG pile序號樓座試驗(yàn)類型樁長 /m樁徑 /mm壓板尺寸根限承載 /kN 沉降量/mm 承載力特征值/kN 變形模量/MPa 單樁承載力特征值/kN1 13-2 單樁破壞 7.6 450 450 1 250 7.66 625 340 2 13-2 單樁破壞 7.5 45

15、0 450 1 500 16.15 750 195708靜載荷試驗(yàn)結(jié)果看,CFG 樁單樁承載力特征值R f =708 kN ,單樁復(fù)合地基承載力特R f =588 kPa>400 kPa ,滿足設(shè)計(jì)要求。兩棟樓CFG 樁低應(yīng)變檢測各抽檢30 %,檢測結(jié)果見表7。從表中可以看出兩棟樓樁身質(zhì)量完整,均不存在樁身明顯縮徑或離析缺陷的現(xiàn)象。 3.5 CFG 樁施工建筑物的沉降觀測在兩棟建筑施工過程中,對兩棟樓進(jìn)行了沉降觀測,觀測時段為開始修建至竣工驗(yàn)收。兩樓座的沉降曲線見圖2、圖3,綜合分析可以得出,兩棟樓沉降量比較小,也較均勻,沉降趨穩(wěn)定。目前兩棟樓已交付使用3年,情況良好。表7 CFG 樁低

16、應(yīng)變檢測Table 7 Results of low strain test of CFG piles類樁類樁類樁樓號總樁數(shù)檢測數(shù)樁數(shù)比率/%樁數(shù) 比率/% 樁數(shù)比率/%14-5190 57 54 94.7 3 5.3 13-2194 58 53 91.4 5 8.6圖2 13-2棟沉降-時間圖Fig.2 Settlement-time curve of building number 13-2 356增刊李衛(wèi)民等:低能級強(qiáng)夯+CFG樁復(fù)合地基處理新填土地基 圖3 14-5棟沉降-時間圖Fig.3 Settlement-time curve of building number 14-54 工

17、期和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)劍河新縣城統(tǒng)建房4組團(tuán)14-5棟和5組團(tuán)13-2棟原基礎(chǔ)方案為人工挖孔樁基礎(chǔ),采用CFG樁復(fù)合地基后,工期大幅度提前,經(jīng)濟(jì)效率十分可觀。在該兩棟樓房附近的建筑物,采用人工挖孔樁基礎(chǔ),其地質(zhì)情況與14-5和13-2棟建筑物基本相同,建筑物體量、結(jié)構(gòu)及荷載均也相同,經(jīng)對二種樁型的施工工期和造價進(jìn)行對比,采用人工挖孔樁每棟樓施工工期為45 d,而采用CDF樁每棟平均施工期為17 d,比人工挖孔樁節(jié)約工期28 d。從造價上,CFG 樁復(fù)合地基工程造價是人工挖孔樁的80 %,比人工挖孔樁節(jié)約費(fèi)用20 %。因此采用CFG樁復(fù)合地基具有節(jié)約工期和大幅降低成本的優(yōu)勢,具有很好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。5 結(jié)論與建議(1劍河新縣城統(tǒng)建房4組團(tuán)14-5和5組團(tuán)1