碎石桩+CFG桩处理红黏土地基实例分析

2018-08-15王伟兵

山西建筑 2018年1期

王伟兵

(山西机械化建设集团公司，山西太原 030009)

随着我国经济持续稳定的发展，民用航空事业进入一个高速发展的阶段，为了适应未来航空运输业的发展，全国掀起了新一轮的机场建设热潮。各地方为了保持自身的竞争优势，对机场建设的重视程度越来越高，大规模的启动各项机场建设项目以满足客流与物流高速增长的需求。贵州某机场扩建项目经国家发改委批复：“本期工程按照2025年旅客吞吐量3 000万人次、货邮吞吐量25万t的目标设计，飞行区等级指标4E。”现已全面进入施工阶段，由于工程区域存在大面积红黏土范围，在本工程部分红黏土范围采用碎石桩+CFG桩组合型复合地基处理。其处理效果较好。

下面以一实例介绍碎石桩+CFG桩组合型复合地基处理在红黏土建筑工程中的应用情况。

1 工程概况

某机场根据地质报告，该工程建筑场地范围内地层岩性及性质为：①植物土层；②填土层；③湖积层；④残坡积层(④-3红黏土；④-2红黏土；④-1红黏土)；⑤漏斗充填物；⑥土洞；⑦溶洞；⑧-1强风化灰岩；⑧-2中等风化灰岩；⑨-1强风化白云岩；⑨-2中等风化白云岩。

场区发育的断裂对场区稳定性影响较小，未发生过破坏性地震，施工阶段对地质灾害及不良地质进行处理可规避或减轻对建设危害性，场地稳定性较好。场区未见大的褶皱分布，区内滑坡、崩塌虽少量发育，但规模较小，为地质灾害危险性小区。区内地貌单元主要为丘陵和低山，其表层为填土、耕植土，上部为红黏土，下部为基岩，局部溶蚀槽谷、溶蚀洼地底部存在软弱土，厚度小于10 m；地下水埋深0.30 m～14.50 m，主要为包气带上层滞水、基岩裂隙水。红黏土在该区内分布较广，场地整平后，跑道基础下部分布的红黏土、软弱土，易产生不均匀沉降，该区域进行地基处理后可满足要求。综合分析，该场地适宜机场建设。

红黏土在全场广泛分布，厚度一般为2 m～8 m，最大可达17.0 m。根据勘察报告，该区可塑～硬塑红黏土具弱膨胀潜势，且以收缩为主，膨胀等级为Ⅲ级。应根据红黏土分布位置和结构特点进行针对性处理。

根据勘察揭露地层情况，在对场地施工条件、设计要求、工程造价、施工工期及对环境的影响等方面综合考虑后，本工程在部分区域采用碎石桩+CFG桩组合型复合地基处理红黏土，桩长可至基岩，碎石桩可采用振动沉管,充盈系数1.34。

2 碎石桩+CFG桩复合地基的设计

复合地基法处理红黏土地基，布桩方式主要为组合布桩，CFG桩和碎石桩交错布置，参数如下：

桩径500 mm，桩长按勘察钻孔处红黏土厚度计算至基岩，桩距1.4 m，排距1.4 m，布桩形式为正方形。

CFG桩采用商品混凝土，桩身混凝土强度等级为C25，混凝土坍落度为16 cm～20 cm。碎石桩桩体采用粒径不大于5 cm的自然级配碎石，含泥量不大于4%。

组合布桩区内，先施工碎石桩，碎石桩施工完成后再施工CFG桩。道面影响区桩顶铺设垫层，垫层顶面铺设高强土工格室，形成桩网结构，土工格室高20 cm，结点距离60 cm～80 cm，格室片厚不小于1 mm，片材抗拉强度不小于80 kN/m，结点剥离强度不小于40 kN/m，格室充填块碎石。边坡稳定影响区的桩顶铺设厚度0.5 m的垫层。

复合地基桩顶垫层材料为场内中风化白云岩或灰岩，粒径不大于0.2 m，含泥量不超过7%，垫层应碾压密实。土工格室充填材料为场内风化白云岩或灰岩，粒径不大于0.1 m，含泥量不超过20%，垫层应碾压密实。

3 施工与检测

3.1 施工顺序

组合型复合地基施工顺序：测量、放线并平整场地→碎石桩机就位→振动沉管→灌碎石、沉管挤密碎石成桩→CFG桩位放线→长螺旋钻孔灌注成桩→清土、挖除碎石桩顶面松散层→铺设垫层。

3.2 试桩要求

大面积施工前应进行成桩工艺试验，碎石桩和CFG桩的试桩数量各不少于6根。

3.3 碎石桩技术要求

1)采用振动沉管法施工，桩靴通过试桩确定；

2)碎石粒径不大于5 cm，含泥量不大于4%；

3)桩定位偏差不超过5 cm，沉管垂直度偏差不超过1.5%；桩径不小于设计值；

4)应严格控制沉管下沉和提升的速度，参考参数如下：施工时应通过试桩优化：下沉速率宜为1 m/min～2 m/min，桩管下沉至设计桩底留振5 s左右；拔管宜在管内贯入碎石料高度大于1/3管长后开始，提升速率控制在0.5 m/min～1.0 m/min，每提升0.5 m时留10 s～20 s，每拔管达到1 m向下反插深度不小于30 cm至稳定电流，在距离地表2 m～6 m范围内，反插深度不小于50 cm；桩顶处复打，当填料顶部高于设计桩顶时，合龙桩尖，降低桩管予以挤压，使二者一致，当填料顶部低于设计桩顶时，要再填料，开锤振动挤压，使之达到桩顶标高；当桩管底端接近地面2 m～3 m时拔管应尤其注意，必要时可采取短停拔(0.3 m～0.5 m)，长留振(5 s～20 s)的措施严防断桩夹层或破坏桩尖土层等，直至拔出地面成桩；

5)碎石的贯入量应有详细的记录；

6)严格按施工操作规程进行施工；

7)宜从中间向外围或隔排施工；

8)碎石桩孔内的填料量，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数确定，充盈系数可按1.34考虑。如施工中地面有下沉或隆起现象，则填料数量应根据现场具体情况予以增减。

3.4 CFG桩技术要求

1)施工前，在试验室进行配合比试验；施工时，按配合比配制混合料；坍落度应符合设计要求；

2)桩定位偏差不超过5 cm，沉管垂直度偏差不超过1%；飞行区道面影响区施工后桩顶高出周边地面部分应截除；

3)成桩过程中，应抽样做混合料试块，每台机械每台班不少于一组(3块)；

4)严禁先拔管后泵料，提钻速度宜控制在2 m/min，并与混凝土送量相配合，以保证管内有一定高度的混凝土料，成桩过程应连续进行，保证排气阀排气顺畅，避免停机待料；

5)低温施工时，混合料入孔温度不得低于5 ℃，对桩头和桩间土应采取保温措施；

6)进行载荷试验的桩应截除0.5 m桩头，清土和截桩(进行载荷试验的桩)时，应采用小型机械或人工剔除等措施，不得造成桩顶标高以下桩身断裂或桩间扰动。

3.5 垫层要求

1)厚度不小于设计值，碎石粒径和含泥量符合设计要求；

2)垫层压实指标符合设计要求；

3)铺设垫层时，碎石桩中的碎石应外露，不得有黏性土覆盖。

3.6 红黏土地基处理复合地基处理检测

宜在碎石桩和CFG桩均施工完成后间隔28 d。

碎石桩体采用重型动力触探检测，桩长应不小于设计值，桩长全深度内动力触探击数(N63.5)不低于8击，检测数量不小于总桩数的2%。桩身垂直度和桩径应查验符合设计要求。

CFG桩单桩承载力不小于300 kN，检测数量不小于总桩数的0.5%；采用低应变动力试验检测桩身完整性，检测数量不低于10%，检测桩身有明显缺陷时，取芯法检测桩身强度，强度达到设计要求的可以使用，否则应补桩；钻芯检测桩长，应不小于设计值，检测数量(含取芯法检测部分)不低于总桩数的0.5%。

桩间土全深度内标准贯入击数当量值不小于16，检测数量不少于总桩数的1%，检测点应位于桩位正方形间隔中心。

飞行区道面影响区、下穿通道地基应进行复合地基静载荷试验，承载力不小于400 kPa，试验数量不应少于总桩数的0.5%。

4 验桩结果

工程成桩养护28 d后碎石桩随机抽取了509根进行了重型动力触探试验，桩长全深度内动力触探击数均不低于8击；CFG桩随机抽取了130组进行了单桩承载力试验，单桩承载力均不小于300 kN；随机抽取了2 600根进行了低应变动力试验，Ⅰ类桩达到81%，Ⅱ类桩19%，未出现不合格桩；随机抽取128根进行了桩长检测，全部入岩，达到设计要求；在飞行区道面影响区随机抽取了65组进行了复合地基静载荷试验，承载力均不小于400 kPa，达到了设计要求。