CFG桩在非自重湿陷性黄土地层中的应用

2020-10-12孙金龙

岩土工程技术 2020年5期

孙金龙

(北京矿务局综合地质工程公司，北京 102300)

0 引言

水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基技术近年来日臻成熟，应用较广，经济技术指标较好，其原理是利用水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂石等加水拌和形成的高黏结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基[1]。这种复合地基一方面发挥了桩间土固有的承载力，另一方面充分利用了CFG桩强度比桩间土高的特点，在承受较大地基荷载的同时，能够将桩顶荷载向深部地层传递，从而减少桩间土荷载，提高承载力的同时，减少地层压缩变形。由于充分发挥了桩间土、桩体共同承载荷载的作用，以及发挥了CFG桩不配筋、掺合料成本低的经济优势，使得CFG桩复合地基技术得到了广泛应用。

在湿陷性黄土地区进行地基处理时，需要消除黄土的湿陷性，通常采用桩基础、垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法等，成本相对较高。在非自重湿陷性黄土地区，选用上述地基处理方法时，都没有发挥非自重湿陷性黄土地层的湿陷起始压力能够承担部分荷载的作用。从理论上讲，如果能够部分利用非自重湿陷性黄土地层的湿陷起始压力，再通过补充部分承载力，从而达到建筑物对承载力和沉降控制的要求，可以有效降低地基处理成本。考虑到现有CFG桩复合地基工艺可以有效利用桩间土承载力的特点，将CFG桩应用在非自重湿陷性黄土地区地基处理工程中，可以有效降低非自重湿陷性黄土地区地基处理成本[2]。

本研究以张家口下花园区鸿翔美域住宅小区一期1#—4#楼地基处理工程为例验证上述理论可行性。利用该工程地基处理地层为非自重湿陷性黄土的特点，从设计到施工，将CFG桩复合地基技术引入到该项目地基处理工程中，通过施工管理、复合地基检测、竣工验收及后期的监测，证明了将CFG桩复合地基技术应用于非自重湿陷性黄土地层中，能够满足建筑物对地基处理的要求，能够较大幅度节省地基处理成本。

1 工程概况

本工程拟建场地位于河北省张家口市下花园新开发区，拟建场地长约370 m，宽约200 m，占地面积约74000 m2。其中1#—4#住宅楼均为地上12层、地下1层建筑。

该区域属于中国湿陷性黄土工程地质分区中Ⅳ山西—冀北地区，距离北京120 km。依据勘察报告，该场地属于山前冲洪积扇地貌单元，场地岩性上部为黄土状粉土(以下简称粉土)、角砾、粉质黏土，下部为砂砾岩。本场地第①层杂填土地质时代为Q42，不能作为地基持力层。第②层粉土、第③层粉质黏土的地质时代均为Q41，均为山前冲洪积堆积物。第②层粉土具轻微—强烈湿陷性，第③层粉质黏土具轻微—中等湿陷性。

依据勘察报告，该场地的湿陷起始压力在地表4.50 m以下均大于100 kPa；其湿陷系数随深度的增加逐渐减小，整体上截止到地表8.0 m以下已不具湿陷性。②层粉土和③层粉质黏土均不具自重湿陷性，场地属非自重湿陷性场地。场地地基湿陷等级为Ⅱ级(见图1)。

图1 鸿翔美域项目地层分布及相关参数图

勘察结果表明，该小区所处地基为非自重湿陷性黄土地区，对建筑十分不利，须进行地基处理或采用桩基础方案[3]。

2 采用CFG桩技术可行性分析

场地地层和基础埋深有以下特点：(1)基础埋深超过了4.5 m，可以将不宜作为地基的土层挖走；(2)地表以下4.5 m至8.0 m，地层为非自重湿陷性黄土，湿陷起始压力超过了100 kPa，这部分地层在提供不超过100 kPa承载力的情况下，不会发生湿陷，为地基处理采用CFG桩复合地基技术提供了条件，在进行CFG桩设计时，可以控制桩间土承载力不超过100 kPa，控制复合承载力达到建筑物要求，并进行沉降计算，确保承载力和沉降控制均符合要求[4]；(3)地表8.0 m以下的地层，不具备湿陷性，通过CFG桩能够将桩顶荷载向深部地层传递，从而减少桩间土荷载，提高承载力的同时，减少地层压缩变形。

通过以上特点分析可以看出，在该场地采用CFG桩复合地基能够利用CFG桩的优点，发挥非自重湿陷性黄土在达到湿陷起始压力前能够承担荷载的作用，在不专门消除湿陷性的情况下，满足建筑物对承载力和沉降控制的要求[5]。

在设计计算时，首先设定桩间土承载力不超过非自重湿陷性黄土的湿陷起始压力，通过调整桩间距、面积置换率以及褥垫层参数，将剩余设计荷载由桩体来承担，从而控制桩间土承担荷载不超过湿陷起始压力。

以该项目1#楼CFG桩设计为例，该楼设计要求处理后复合地基承载力特征值不小于240 kPa，最大沉降量不大于100 mm，整体倾斜度不大于0.30%。CFG桩设计见图2。CFG桩复合地基设计结果如下：

图2 鸿翔美域项目CFG桩设计参数图

(1)若基底埋深未超过4.5 m，施工前应清除基底土层至地表下4.5 m，若局部含有杂填土层，应全部清除，而后采用1∶9灰土分层夯实回填至设计桩顶标高，夯实回填土的压实系数不小于0.95，夯实回填土的地基承载力特征值经检测不小于100 kPa，桩间土为夯实回填土层，地基承载力特征值按100 kPa考虑。

(2)若基底埋深超过4.5 m，则不换填，桩间土为原状非自重湿陷性土层，地基承载力特征值按100 kPa考虑。

(3)桩端持力层为第④层全风化砂砾岩或第⑤层强风化砂砾岩，设计桩长15.3 m，保护桩长0.5 m，施工桩长15.8 m。当桩端遇到第⑤层强风化砂砾岩层且施工桩长达不到15.8 m时,施工桩长应控制在不小于12.42 m且桩端进入第⑤层强风化砂砾岩不小于0.6 m。考虑到地层起伏变化较大，采用不同桩端持力层、不同桩长控制。

(4)素混凝土桩桩径600 mm，混凝土强度等级C20，单桩承载力特征值780 kN，面积置换率6.50%，桩数170根。

(5)桩顶铺设300 mm厚碎石褥垫层，碎石粒径0.5～1.0 cm，夯填度不大于0.9。

采用CFG桩复合地基技术的地基处理设计方案顺利通过了设计文件审查，实施后顺利通过检测，检测结果见表1、表2。