CFG樁軟基處理的分析

　　摘要:CFG 樁目前具有處理地基技術具有適應性、承載力高等特點。但其理論研究與實際施工過程中仍存在差異，尤其是混合量配合比設計、參數(shù)確定、復合地基承載力的計算方法等還有許多不完善的地方。結合某在建工程，通過理論設計、現(xiàn)場試驗檢驗兩方面進行了對比分析，提出了設計時相關參數(shù)的合理采用。

　　關鍵詞:CFG 樁, 配合比, 設計參數(shù),地基承載力,沉降計算

　　引言

　　水泥粉煤灰碎石樁(Cement Flyash Gravel Pile,以下簡稱CFG樁)是在碎石樁基礎上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有一定粘結強度的樁，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基，處理技術具有適應性廣、承載力高、經(jīng)濟合理等特點。但其理論研究仍落后于實踐，尤其是混合量配合比設計、參數(shù)確定、復合地基承載力的計算方法等還有許多不完善的地方。由于影響實際施工的因素眾多，各因素又互相作用，完全靠理論分析方法很難得出準確的計算公式，現(xiàn)在設計人員廣泛使用的《規(guī)范》公式和其他理論公式是借助于試驗基礎上的半經(jīng)驗半理論公式，經(jīng)驗系數(shù)的取值對計算結果產(chǎn)生很大影響。在實際工程中，設計往往偏于保守，施工單位施工水平良莠不齊。因此，合理確定CFG樁的各種參數(shù)和明確具體參數(shù)要求已成為CFG 樁復合地基設計的重要問題。

　　一、CFG 樁的配合比設計

　　1.1 CFG樁身材料

　　CFG樁水泥一般用42.5級普通硅酸鹽水泥。如用高標號水泥，則會使水泥用量偏少，影響和易性及密實度;如用低標號水泥，則會使水泥用量過多，不經(jīng)濟，而且也會影響混合料其它技術性能。粉煤灰多用袋裝的Ⅱ級、Ⅲ級粉煤灰，粉煤灰既是細骨料，又有低標號水泥的作用，以增加樁體的后期強度。碎石粒徑20～50 mm，為使級配良好，摻入石屑填充碎石的空隙。外加劑可根據(jù)施工需要采用早強劑或泵送劑。

　　1.2混合料配合比設計

　　混合料配合比基于要求的坍落度和強度進行設計，強度以28d強度為準。

　　1) 確定用水量W

　　用水量由坍落度具體值試配確定，一般從經(jīng)驗用水量開始;令單方用水量為w。

　　(2) 確定水泥用量C

　　根據(jù)采用的水泥標號Rcb，混合料28d強度ƒcu，

　　ƒcu=0.366Rbc(C/W-0.071)……………… (1)

　　式中:ƒcu—混合料28d強度(MPa)，由邊長150mm的立方體試塊測得;Rcb—水泥標號(MPa);C—單方水泥用量(kg);W—單方用水量(kg)。

　　(3) 確定粉煤灰用量F

　　單方粉煤灰用量按式計算:

　　W/C=0.187+0.791F/C ………………… (2)

　　(4) 石屑用量G1和碎石用量G2

　　計算單方石屑用量G1和單方碎石用量G2需要用到石屑率λ：

　　λ= ………………………………… (3)

　　根據(jù)試驗研究結果,λ值取0.25～0.33為合理的石屑率。已知混合料的密度(一般為2.2～2.3g /cm3 )，由已經(jīng)求得的W、C、F 可以得到G1 + G2,再由式分別得到G1和G2。按以上步驟試配，并根據(jù)坍落度調(diào)整用水量，直到滿足要求。

　　利用以上關系，參考水泥混凝土配合比的用水量并加大2%～5%，就可進行配合比設計。

　　配合比設計示例(坍落度3cm，28d強度為10MPa):參照水泥混凝土控制坍落度3cm時的用水量，

　　混合料的配合比為:水:水泥:粉煤灰:碎石:石屑= 110.6:78.96∶121.31∶1322.39∶566.74。

　　二、CFG 樁設計參數(shù)確定

　　2.1樁長

　　CFG 樁復合地基要求樁端落在強度高的土層上,這是CFG 樁復合地基設計的一個重要原則，樁長取決于建筑物對承載力和變形的要求、土質(zhì)條件和設備能力等因素。CFG樁的樁端落在持力層上,才能充分發(fā)揮樁體強度的作用。根據(jù)目前的條件,CFG 樁的最大樁長一般不大于30m。

　　2.2樁徑、樁間距

　　CFG樁樁徑的確定一般為35～60cm，高速公路設計中一般采用40cm。樁間距的大小取決于設計要求的復合地基強度和變形、土性和施工機具，但必須考慮施工時相鄰樁之間的相互影響。一般樁間距取3～5倍的樁直徑。

　　2.3樁體強度

　　CFG 樁的強度一般設計為5 ～ 20 MPa。在按復合地基設計時應滿足沉降、穩(wěn)定的要求; 用于結構物下的CFG 樁，設計強度應滿足承載力的要求。

　　2.4褥墊層厚度

　　褥墊層厚度大，能夠充分發(fā)揮樁間土的承載能力。若褥墊層厚度過大，會導致樁、土應力比等于或接近于1.0，此時樁承擔的荷載太少，實際上復合地基中樁的設置已失去意義。褥墊層厚度一般用30～ 50cm，當樁徑和樁距過大時，褥墊層厚度還可適當加大。褥墊層材料可采用砂礫、級配碎石等( 最大粒徑不大于20 mm) 。

　　三、地基承載力確定

　　3.1復合地基承載力計算

　　根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》對復合地基承載力給出了確定原則，即復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經(jīng)驗確定。

　　ƒspk = m + αβ(1-m)ƒsk …………………… (4)

　　式中: ƒspk—復合地基的承載力標準值; m—面積置換率;Ap—樁的截面積; ƒsk—樁間土天然地基承載力標準值;α—樁間土強度提高系數(shù)α= fkf0(fk為加固后樁間土承載力標準值);β—樁間土承載力折減系數(shù)，可取0.1～0.4，當不考慮樁間軟土的作用時，可取零;Rdk—單樁豎向承載力標準值，應通過現(xiàn)場單樁載荷試驗確定。

　　3.2單樁豎向承載力計算

　　當采用單樁載荷試驗時，應將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2; 當無單樁載荷試驗資料時，可按公式計算:

　　Rk =(UpΣqsikhi + qpkAp)/K ………………… (5)

　　式中: Up—樁的周長; qsik—第i 層土與土性和施工工藝有關的極限側阻力標準值，可按地區(qū)經(jīng)驗確定，無地區(qū)經(jīng)驗時，可參考建筑樁基技術規(guī)范; hi—第i 層土厚度; qpk—與土性和施工工藝有關的極限端阻力標準值，可按地區(qū)經(jīng)驗確定，無地區(qū)經(jīng)驗時，可參考《建筑樁基技術規(guī)范》;K—安全系數(shù)，取2.0。

　　四、CFG 樁復合地基的沉降計算

　　在實際工程中，CFG 樁復合地基的沉降計算大多采用復合模量法。計算時復合土層分層與天然地基相同。復合土層的模量等于天然地基模量的ξ倍，加固區(qū)和下臥層土體內(nèi)的應力分布采用各向同性均質(zhì)的直線變形體理論，CFG 樁復合地基的最終沉降可按公式計算:

　　SC=Ψ[ Ziαi-Zi_1αi-1)+ Ziαi-Zi-1αi-1)]……(6)

　　式中: N1—加固區(qū)范圍內(nèi)土層分層數(shù); N2—沉降計算深度范圍內(nèi)土層總的分層數(shù); P0—對應于荷載效應準永久組合時的基礎底面處的附加壓力，kPa; Esi—基礎底面下第i 層土的壓縮模量，MPa; Zi、zi - 1—基礎底面下第i 層土、第i - 1 層土底面的距離，m;α—i、α—i - 1- 基礎底面計算點至第i 層土、第i - 1 層土底面范圍內(nèi)平均附加應力系數(shù); ξ—加固區(qū)土的模量提高系數(shù)，ξ= fsp*k/fk;Ψ—沉降計算修正系數(shù)，根據(jù)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定，也可采用表1 的數(shù)值。表1 中，E—s為沉降計算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當量值，應按公式計算:

　　Es= …………………………………… ( 7)

　　式中: Ai—第i 層土附加應力沿土層厚度積分值;Esi—基礎底面下第i 層土的壓縮模量值，MPa，樁長范圍內(nèi)的復合土層的壓縮模量取值。

　　五、工程實例計算

　　某高速公路地基為軟弱土，天然土層物理力學性質(zhì)見表2。CFG 樁設計樁徑40 cm，樁長20 m，樁間距1.7m，平面呈等邊三角形布設，單樁復合地基承載力不小于200 kPa，路基設計高度分別為5.0m、5.5m 和6.0m，樁基施工及路基填筑為10 個月，路面施工期為6個月。基準期是指從路面竣工后15 年，計算結果見表3。根據(jù)規(guī)范要求，每工點承載力檢測不少于3 根要求進行現(xiàn)場檢測，其結果見表4～5。其結果表明，各時間段沉降量計算值和檢測值都在誤差之內(nèi)，基本符合設計要求，單樁復合地基承載力檢測值也滿足設計要求。

　　六、結語

　　工程計算、檢測結果表明，在CFG 樁的參數(shù)、布樁形式確定的情況下，綜合考慮加固土體的性質(zhì)、施工工藝等因素的影響，合理選用參數(shù)，最大限度減少誤差，是準確計算沉降及地基承載力的必要條件，為施工提供較為準確的數(shù)據(jù)保障。

　　參考文獻:

　　[1]JGJ106-2003，建筑樁基礎檢測規(guī)范[S].

　　[2]JGJ79-2002，建筑地基處理技術規(guī)范[S].

　　[3]JTJ017-96，公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范[S].