CFG桩和碎石桩联合加固的复合地基应用

邝钟月

(中国轻工业成都设计工程有限公司，四川成都610000)

随着工程建设的飞速发展，地基处理的方法也日新月异，趋于多样化。实际工程中很多情况都采用单一的地基处理方法，但是对于一些较为特殊的地质情况，以往单一的地基处理技术已无法达到预期效果;因此就必须采用两种或两种以上的联合地基处理方法来达到令人满意的结果。本工程位于凉山州西昌地区，建筑物抗震设防烈度为9度，大多地质条件存在粉砂液化层，且天然土层的地基承载力也不高，基本处于130 kPa至160 kPa之间，而原天然土层的承载力达不到设计要求的地基承载力。因此综上考虑，本工程考虑采用碎石桩消除液化，采用CFG桩来提高地基承载力，并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力。

1 工程概况

四川省烟草工业有限责任公司西昌分厂整体技改建设用地位于西昌市袁家山，场地地形较为平坦。整个联合工房分为1、2、3、4区，1、3区为单层网架结构，2区为两层框架结构(带支撑)，4区为两层框剪结构。根据地勘报告表明地基在9度地震力作用下为中等液化，且地基天然承载力不大于160 kPa，因此需要对本场地地基进行加固处理。

2 工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质条件

由西昌市建筑勘测设计院对该场地进行岩土工程详勘的报告得知，场地地貌属西昌安宁河谷平原东侧低山山麓山谷间的沉积谷地，地基土主要由杂填土、粉质黏土、黏土、粉砂等组成，分述如下。

(1)杂填土:杂色等，稍密状，稍湿，以黏性土夹砂类土为主，含少量的生活、建筑垃圾。局部地段上层有约20 cm的混凝土地坪，全场地大部分地段都见分布。厚度0.5～3.2 m。

(2)黏土:褐红、深棕等色，可塑，湿，全场地都见有分布，分布连续、稳定，含云母碎片及氧化物，中间夹多层粉质黏土;该层在野外鉴别为粉质黏土，根据室内土工实验，该层可定名为黏土。顶面埋深0.00～3.20 m，一般厚度为2.80～5.00 m，在个别孔段全部为该层分布，厚度较大。

(3)粘土:铁灰色及深灰色，软塑为主，局部地段为可塑，湿，该层粘粒含量很高，全场地都普遍有分布，含有有机质，在该深6.0～7.0 m段夹有厚度约0.3－0.5米棕红色粉土。

(4)粉砂:褐色及深棕色，稍－中密状，松散，湿，含少量云母碎片及氧化物，场地大部分地段都见分布。部分孔段中间夹有粉土薄层，该粉砂层在局部地段近为粉土状，厚度一般为5 m左右。

(5)粉质黏土:上部呈灰绿色，深灰及黄褐色，17 m以下以黄褐色为主，湿，可塑状，含云母碎片、氧化铁、铁锰质，局部夹薄层粉土，全场仅在部分较深的一般性勘探孔和控制性孔中被揭露，位于第(4)粉砂之下。

(6)黏土:褐红色－褐黄色，可塑状，湿，以黏土为主，粘粒含量较高，其成分较为单一。场地仅在部分孔中见有分布，位于第(4)粉砂之下，该层未揭穿。

2.2 水文地质条件

场地地下水为上层滞水和孔隙潜水，滞水主要分布于上部的杂填土土层孔隙中，孔隙型潜水主要分布于下层的粉砂中。

3 地基处理方案论证

根据场地条件和建筑结构使用功能特点，对以下几种地基加固方案进行了讨论。

3.1 采用砂夹石换填方案

此方案虽然可以提高地基承载力但提高的幅度不大，并且原天然地基承载力较好的土层埋深较深，大多相对±0.000在10 m以下，而换填厚度规范规定不宜大于3 m。因此，若采用全部换填，此方案的造价过高，且承载力也难以达到设计要求220 kPa。

3.2 单一的碎石桩复合地基方案

由于该场地地质条件存在3～5 m左右的粉砂液化层，而众所周知，目前碎石桩是消除地基土液化的较好的方法。但是碎石桩复合地基属于柔性桩，对地基土的挤密效果较好，对地基土承载力的提高效果不是很明显。因此，仅选用单一的碎石桩复合地基也满足设计要求。

3.3 CFG桩与碎石桩联合加固的复合地基方案

首先碎石桩主要作用是消除场地土的液化性。在这样的前提的下，布置CFG桩来提高地基土的复合地基承载力以满足设计要求。

4 地基处理设计

4.1 地基设计与处理方案

①复合地基承载力特征值不小于220 kPa;②要求CFG桩桩身强度为C20;③复合地基的压缩当量值不得低于12 MPa;④消除地基土液化。

CFG桩和碎石桩的布桩方案为:CFG桩桩径400 mm，有效桩长根据地勘报告取10～14 m不等，在基础轮廓线内矩形布桩，桩间距为1.1～1.5 m不等。碎石桩桩径400 mm，基础轮廓线以内的碎石桩在CFG桩之间间隔布置，基础轮廓线外的碎石桩桩距为1.2 m，且往基础轮廓线外多布置几排桩。褥垫层材料采用级配砂石，最大粒径不宜大于30 mm，厚度为300 mm。

4.2 承载力计算

4.2.1 CFG桩承载力的计算:

根据岩土工程勘察报告，选择第(5)层粉质黏土或第(6)层黏土作为桩端持力层，单桩承载力特征值Ra的取值可采取单桩静载荷试验或下列公式计算:

利用式(3)确定一根桩分担的等效直径，然后代入式(2)得出置换率，再代入式(1)。且根据岩土工程勘察报告先确定出有效桩长及桩端持力层，代入式(4)，得出Ra值，最后把置换率m和Ra代入式(1)，得出fspk。

4.2.2 碎石桩消除液化的计算

仍然先利用式(3)和式(2)得出置换率m，然后代入式(5)

式中:ρ为面积置换率;N1为打桩后的标准贯入锤击数;Np为打桩前的标准贯入锤击数。

通过式(5)的计算，打桩后的标准贯入锤击数应大于液化判别标准贯入锤击数临界值，从而得出满足条件下的面积置换率，进而可得碎石桩的桩间距。根据计算结果，最终确定碎石桩间距为1.2 m，方形布桩。

5 施工

考虑到采用两种桩型进行地基处理，首先进行碎石桩施工，而后进行CFG桩施工。碎石桩采用振动沉管灌注碎石桩机，功率为60～90 kw。CFG桩采用长臂螺旋泵压桩机。工程桩施工时，由于工期非常紧张，主要采取以下施工措施:

(1)流水施工。该工程分为4个区，先集中施工1区的碎石桩，然后施工3区的碎石桩，等1区碎石桩打完15天后，开始1区的CFG桩施工。2区和4区的碎石桩也不间断的流水作业。

(2)选用安定性好的水泥。

(3)对于施工中的堵管现象，选用合理配比及坍落度适中的混凝土。

(4)施工中采取了隔桩、隔排跳打方案对窜孔现象得以解决。

6 工程检测

6.1 检测项目

为了检测碎石桩和CFG桩是否达到设计要求，在基本满足检测条件又不耽搁工期的前提下，对已处理的地基进行逐步检测，直至整个场地地基处理完毕。具体检测项目如下:

(1)采用低应变动测法检测CFG桩的桩身完整性，抽检比例为10%。

(2)检测碎石桩与桩间土的有关指标，检测碎石桩桩体密实度的动力触探，抽检比例5%。

(3)通过复合地基静载试验确定复合地基承载力特征值，抽检比例为1%。

(4)碎石桩桩间土标贯检测，一个场地不少于6处。

6.2 检测结果分析

工程结束后，仍然分4个区分别进行检测，完成CFG单桩复合地基静载荷试验33组，碎石桩单桩静载荷试验47组，低应变检测318根，动力触探检测330根，桩间土标贯检测每个区不小于6处。检测结果复合地基承载力满足设计要求，桩身完整性良好，标贯液化指数基本满足消除液化的要求。

7 结束语

采用CFG桩与碎石桩联合处理地基的方式有着比单一桩处理地基无法比拟的优点，对于地质条件比较复杂的场地，采用多种联合的地基处理方式具有造价低，施工工期短，承载力较高，沉降量及差异沉降较小等优点。值得推广。

［1］阎明礼，张东.CFG桩复合地基技术及工程实践［M］.北京:中国水利水电出版社，2001

［2］JGJ 79－2002建筑地基处理技术规程［S］

［3］GB 50011－2001建筑抗震设计规范(2008年版)［S］

［4］周光荣.CFG桩复合地基的设计、施工与检测［J］.岩土工程界，2002(7):20－21