CFG桩复合地基现场载荷试验研究

姚 勇,张玲玲,胡进勇

(1.西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳 621010;2.绵阳市建设工程质量监督站,四川绵阳 621010)

1 概述

CFG桩复合地基是我国 20世纪80年代自行研发的一项地基加固技术,已列为国家级工法。CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩 Cement Fly-ash Gravel Pile的简称。其复合地基是由桩、桩间土及褥垫层三部分组成。受力机理为褥垫层受上部基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土,使二者共同受力。同时,土体受到桩的挤密而提高承载力,桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能,二者共同工作,形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部基础传来的荷载。

CFG桩复合地基处理技术虽已得到了广泛的应用,但由于 CFG桩复合地基上部结构特点不同,对CFG桩复合地基的设计要求亦不同。因而本文结合四川省某工程实例,通过现场载荷试验对 CFG桩复合地基进行检测,以此来评价该工程中 CFG桩复合地基的承载能力,验证应用 CFG桩进行地基加固处理的可行性和有效性。

2 工程概况

四川某工程,场地从上自下地基土的分布情况如下:①杂填土:场地内均有分布,湿～很湿,松散状,层厚 0.4～4.4 m。②粉质黏土:场地内主要呈层状分布,可塑～软塑状,湿～饱和,层厚 0.3～3.1m,厚度变化大。③含粉质黏土角砾层:场地内局部呈透镜状分布于粉质黏土之间或伏于卵石层之上;湿～饱和,稍密状,层厚 1.0～5.6m。④泥炭:场地内呈层状或透镜状分布于粉质黏土之间,局部缺失,层厚 0.5～5.3 m。⑤卵石:场地广布;湿～饱和,稍密～密实。

由于场地内的土层承载力不能满足设计要求,地基基础处理方案采用 CFG桩复合地基进行地基加固处理。其中,桩径为 400mm,桩距取 1.2m,按正方形布置,以稍密角砾层或卵石层作为持力层,处理深度为10.00～15.00 m,总根数 717根。设计要求处理后的CFG桩复合地基承载力特征值大于等于 150 kPa,压缩模量大于 14MPa。

3 现场载荷试验方案

3.1 试验依据

由于目前还没有专门针对 CFG桩复合地基的试验标准和规范,根据以往施工经验,最后确定该项目现场载荷试验主要依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)进行。

3.2 试验方案

根据规范规定,对 CFG桩进行单桩复合地基载荷试验。试验数量取 CFG桩总数的 0.5%～1.0%,但不少于 3点。因此,本次试验数量为 8个点。

3.3 加压方式

采用油压千斤顶加载荷堆载平台反力装置。试验由钢性承压板、加载系统、反力系统和观测系统组成(CFG单桩复合地基载荷试验布置如图1所示)。承压板采用 1.2m×1.2m,压板下铺设 5～10 cm砂垫层。

图1 CFG单桩复合地基载荷试验布置

3.4 试验方法

3.4.1 加、卸载等级划分

根据规范要求,加载等级可分为 8～12级。最大加载压力不应小于设计要求压力值的 2倍。本次检测分 8级加载和 4级卸载,总加载量为 312 kPa,大于设计要求值的两倍(300 kPa)。

3.4.2 沉降观测

每加一级荷载,按 10、10、10、15、15min读记压板沉降 1次,以后按每 0.5 h读记 1次;当 1 h内沉降量小于 0.1mm时,并连续出现两次,认为该级已达到相对稳定,可进行下一级加载。

3.4.3 终止加载条件

当出现下列情况之一时,即可终止加载。

(1)沉降急剧增大,土被挤出或承压板周围出现明显的隆起;

(2)承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%;

(3)当达不到极限荷载,而最大加载压力已大于设计要求压力值的 2倍。

4 现场载荷试验结果分析

4.1 现场载荷试验结果

现场载荷试验结果如表1所示。

表1 现场载荷试验结果

现场载荷试验 p-s曲线如图2所示。

图2 静载试验典型p-s曲线

4.2 现场载荷试验结果分析

4.2.1 CFG单桩复合地基承载力特征值的确定

综合分析本试验研究项目 8组 CFG单桩复合地基的沉降观测数据和依据测试数据绘制的 p-s曲线(图2)可知,该项目所检测的 CFG单桩复合地基载荷试验 p-s曲线均为缓变形,则各点的 CFG单桩复合地基承载力特征值应按照相对变形量值进行取值,即分别取 s/b等于 0.008时所对应的压力(s为沉降量,b为承压板宽度)。但是由于该项目各点按相对变形值确定的承载力特征值均超过了最大加载压力的一半,根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)要求,当复合地基承载力特征值超过最大加载压力一半时,取最大加载压力的一半作为 CFG单桩复合地基承载力特征值。则该项目 8个试验点的 CFG单桩复合地基承载力特征值均为最大加载量 312 kPa的一半,即156 kPa。满足设计要求。

4.2.2 CFG单桩复合地基压缩模量的确定

各点 CFG单桩复合地基压缩模量 Es可按下式计算

式中,E0为 CFG单桩复合地基的变形模量,MPa,E0=0.886(1-μ2)bΔp/Δs(方压板 ),μ为泊松比取 0.38(粉质黏土);b为压板边长,m;Δp为 p-s曲线线性段荷载增量,kPa;Δs为与线性段相对应的沉降增量,mm。

则根据上述公式,可得各点 CFG单桩复合地基的变形模量和压缩模量,见表2。

表2 CFG单桩复合地基压缩模量结果

由表2可以看出,该项目 CFG单桩复合地基压缩模量的平均值为 33.71MPa,级差 37.5%。由于 CFG桩复合地基压缩模量的级差超过 30%,所以取其最低值 28.22MPa作为该工程 CFG桩复合地基压缩模量。满足设计要求。

5 结论

通过对四川某工程 CFG桩复合地基进行现场载荷试验研究,得出如下结论。

(1)现场载荷试验研究表明,利用 CFG桩进行地基加固处理是可行、有效的。

(2)通过现场试验和数据分析,总结出了测试CFG桩复合地基承载力和压缩模量的试验方法和数据分析方法。

(3)因目前尚没有关于 CFG桩及单桩复合地基的详细检测规范,各个地区进行 CFG桩及单桩复合地基的检测,只能依据各个地方制定的地方标准以及《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)中有关载荷试验的简短规定进行,故而试验结果差别比较大。尤其是对于压缩模量的测定和计算,更是没有详细的规定和统一的标准。建议专门制定针对 CFG桩及单桩复合地基的详细检测规范和标准。

(4)该项目中717根桩中随机选取的检测桩具有一定的代表性,试验结果在一定程度上能反映出施工质量的优劣,试验结果对 CFG桩复合地基在土木工程中的推广应用具有一定的实际意义。

[1]JGJ79—2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2]GB50007— 2002,建筑地基基础设计规范[S].

[3]GB50202— 2002,建筑地基验收规范[S].

[4]川建厅[2004]66号,四川省建筑地基基础质量检测若干规定[S].

[5]安 明.应用静载荷试验成果反演地基土压缩模量指标[J].建筑施工,27(8):14-15.

[6]张泰安,王军琪.CFG单桩及单桩复合地基承载力试验研究[J].铁道工程学报,2009(7):20-24.

[7]罗明远.四川某工程 CFG桩复合地基承载力及变形问题[J].西部探矿工程,2007(7):17-21.