高置换率CFG 桩加固填土地基实例

李 江

(建设综合勘察研究设计院有限公司，北京 100007)

高置换率CFG 桩加固填土地基实例

李 江

(建设综合勘察研究设计院有限公司，北京 100007)

以工程勘察报告为依据，结合工程实践经验，从复合地基的构造形式和受力机制两方面，对高置换率条件下桩间土的受力特性进行了分析，论述了采用高置换率对削弱桩间填土的不均匀影响和充分发挥其承载力的作用，以提高地基承载力、减少地基沉降。

填土，CFG桩复合地基，高置换率，承载力，变形

1 项目概况

1．1 工程简介

拟建场地位于北京市通州区金桥工业区，是集厂房、定制、配套于一体的产业园区。拟建1号～13号楼均为地上4层的框架结构厂房，采用独立柱基础，埋深 －1．80 m(相对±0．00 m)。

1．2 场地岩土工程条件

拟建场地为建设预留用地，长期荒置，较平坦，地面标高介于23．39 m～24．91 m之间。根据勘察报告，场区地面以下20．00 m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2．50 m～4．70 m，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1．00 m～3．80 m。④细砂层，砾石约占5%，厚度为0．40 m ～5．20 m。⑤粉质粘土层，厚度1．20 m ～2．50 m。⑥细砂层，密实，最大揭露层厚7．50 m，且20．00 m深度内未揭穿该层。

场区内分布2层地下水，第一层为潜水，埋深4．00 m～5．70 m;第二层为层间水，埋深10．5 m～12．00 m。这两层地下水对混凝土结构均具微腐蚀性，在干湿交替情况下对钢筋混凝土中的钢筋均具弱腐蚀性。

1．3 结构设计要求

1)处理后的复合地基承载力特征值不小于250 kPa;

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3 cm。

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1 m，拟建厂房的±0．00设计高程比现状地面高出约1．30 m，据此条件反算独立基础(埋深1．80 m)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 对填土物理力学性质的评价

当采用CFG桩复合地基方案时，桩间土就是填土层，这样是否可行。一般来讲，填土性质不均、厚度和密度变化大;变形大、具湿陷性;压缩性大、强度低，未经处理不可作为基础持力层。但是从勘察成果分析，本场地内填土层却具备了能够用于工程建设“潜质”。主要有以下两方面的理由：

1)其承载能力，从轻型动力触探试验(N10触探)统计结果看，触探击数22击～28击处于不低的数值区间;从剪切波速测试结果看，其波速值平均为185 m/s。参照碎石土和混合土的评价方法进行类比分析，我们推断其承载力标准值在60 kPa～80 kPa范围是合理的［1］。

2)其变形特性，该填土层直接回填于粉土层和砂层上，自身成分以大块和粗颗粒的建筑垃圾为主，具备较好自身渗透性和外界排水固结条件，虽然属于新填土，但是根据工程经验判断其在自重条件下的固结程度是较高的。即便随着施工进展施加荷载导致沉降，但是在这种较好的固结条件下也将在短时间内达到稳定［1］。

因此，选择填土作为桩间土是可行的。

2．4 设计方案

2．4．1 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2 m～4 m，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 6．50 m，置换率范围 0．09 ～0．12，因基础尺寸而异。

2．4．2 褥垫层厚度

CFG桩复合地基通常会设置褥垫层，厚度一般为15 cm～30 cm，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［2］。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8 cm厚度的褥垫层。

2．4．3 承载力和变形计算复核根据CFG复合地基设计的计算公式［3］：

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。

2．4．4 其他设计参数

CFG桩施工桩径410 mm，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3 cm并适量掺砂。

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255 kPa～283 kPa，均满足设计要求。同时根据公式［4］：

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500 kPa;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500 kPa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250 kPa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250 kPa，满足设计要求［3］。

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(7 mm～11 mm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

1)填土的利用。

本实例大胆选用填土为持力层(桩间土)，关键是利用了勘察报告中的多种测试成果，同时也体现了设计者的工程经验和技术实力，为今后类似工程提供了良好的工程范例。

2)高置换率CFG桩。

考虑到填土的不均匀，若采用长桩+低置换率方案，由于置换率较小，桩间土分担的荷载比例较高，填土的诸多不利特性容易诱发工程隐患。而采用短桩+高置换率方案，一方面从受力的平面分布上降低了独基内填土面积占比，从复合地基的构造形式上削弱了填土的不利影响;另一方面在置换率较高时桩土应力比较大，即桩体承担的荷载较高，从而减轻了桩间土(填土)分担的荷载，尽量使其少受力、少变形，从复合地基受力特性上降低了填土的不利影响。

3)施工工艺的适用性。

长螺旋成孔压灌混凝土工艺在本例中成功实施，是因为填土的块体体积不大，使得CFG桩施工顺利进行，仅仅在个别地段遇无法成桩，进行了清障或移位。同时，填土含有较多块体材料，受钻杆搅动后易侧向运动而对已完成桩体造成破坏，而采用长螺旋钻孔的排土方式成孔，尽量减少了对桩间土体的挤压作用，防止了桩身混凝土的破坏，保证了成桩质量［5］。

4)勘察报告的质量。

本实例之所以能成功利用填土，与勘察报告的高质量是分不开的。针对场地内大量分布的填土，勘察报告对其成分、性质、形成年代等进行了详细的勘察;采用N10触探试验对其密实度和力学性质进行了有针对性的评价;采用剪切波速试验进一步查明了填土的密实度。通过多种测试工作，从不同的角度揭示了填土的物理力学特性，为综合评价其工程适用性提供了丰富有力的判断依据。由此可见，勘察报告是技术含量很高的技术文件，是工程建设的奠基石，十分关键。

［1］工程地质手册编委会．工程地质手册［M］．第4版．北京：中国建筑工业出版社，2007：400-403，464-467，509-513．

［2］地基处理手册编委会．地基处理手册［M］．第3版．北京：中国建筑工业出版社，2008：40-42．

［3］中国建筑科学研究院．建筑地基处理技术规范［M］．北京：中国建筑工业出版社，2002：40-42，80-81．

［4］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．

［5］徐至钧．水泥粉煤灰碎石桩复合地基［M］．北京：机械工业出版社，2004：133-136．

On cases for filler foundation consolidated by CFG pile with high replacement rate

LI Jiang

(China Institute of Geological Investigation and Surveying，Beijing 100007，China)

Based on the engineering survey report，the paper analyzes the stressed features for the soil of piles with high replacement rate from the component forms and stressed mechanism of the composite by combining with the engineering practice，and indicates the high replacement rate can weaken the uneven influence of the fillers of pile and its potential can be further developed，so as to enhance the loading capacity of foundation and reduce the settlement at foundations．

fillers，composite foundation of CFG pile，high replacement rate，loading capacity，deformation

TU753．3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.130

1009-6825(2013)10-0085-02

2013-01-30

李 江(1978-)，男，工程师，国家注册岩土工程师