多桩型复合地基加固软土技术

唐良明，刘 丹，黄己伟，刘勇彪

（1.成都工业学院，四川 成都 610031；2.四川建筑职业技术学院，四川 德阳618000）

1 工程地况

某软基位于陵间洼地，该洼地的地势较平坦，海拔高度约为380m，呈现出西高东低走势，地表以耕植土为主，零星分布有池塘，两侧丘陵地势较高。该场地软土层厚度为2.80～7.60m，均位于表层土体，其容重为γ＝17.5kN／m3，含水量为w＝104%，液限为wL＝61.9%，塑限为wP＝40.4%，固结快剪得到的粘聚力c＝7kPa，固结快剪内摩擦角φ＝18.2°，孔隙比为e＝3.342，压缩模量为Es＝4.0 MPa，饱和度为Sr＝96%。由土体参数可知该土层含水量大、压缩性高、触变性大、承载力差，属场区的淤泥地层，需在该软土层上修建多层建筑，未经处理的软土不能满足承载力和沉降的要求。

根据地质钻探揭露，发现场内地层可分为第四系耕植土、冲积层、残积层和花岗岩四层。现自上而下分层为:

1）耕植土（Qpd）为灰黄、灰褐色，饱和，由软－流塑状亚粘土组成，富含植物根。该层厚度为0.7mm；

2）冲积层（Qal）分为2个小类，淤泥质亚粘土、淤泥:深灰色，饱和，流塑，富含有机质，有臭味，局部见腐木，中下部夹中砂薄层，该层厚度为5.8m。另外一层为亚粘土，颜色为浅灰、灰绿，湿，软塑，粘性一般，局部含腐木底部夹薄层亚粘土，该层厚度为4.7m；

3）亚粘土为褐黄色，湿，硬塑，为花岗岩风化残积而成，遇水易软化，层厚7.6m；

4）基岩，场区基岩属花岗岩，钻探仅揭露全风化岩带，全风化花岗岩为灰褐色，湿，硬塑－坚硬，原来岩层结构还可辨别出，风化带的钻厚为2m。

2 设计要点

该软基所处的位置地质条件较差，淤泥质土较厚，土层自稳能力弱，且透（含）水性强，采用放坡开挖，开挖量大，并且容易出现塌方等工程事故，危及施工人员和机具的安全，还需要面积较大的弃土场。CFG桩及砂桩复合地基是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术，这种地基加固方法结合振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点，主要有以下几个方面:

第一，施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小；

第二，所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争“三材”，这也是比水泥搅拌桩相比的优越之处；

第三，受力特性与水泥搅拌桩类似。

CFG加砂桩处理方法适用于多层和高层建筑物的地基加固。建筑地基处理技术规范（JGJ79－2012）第7.9.2条第2款规定，对复合地基承载力较大或用于控制复合土层变形的长桩，应选择相对较好的持力层；对处理欠固结土的增强体，其桩长应穿越欠固结土层。所以在选择桩长时，CFG桩和砂桩均应进入基岩0.5m。

2.1 复合地基承载力特征值

根据规范第7.9.6条第2款，具有粘结强度的桩与散体材料组合形成的复合地基承载力特征值为

式中:fspk为复合地基承载力特征值，kPa；fsk为仅由散体材料砂桩加固处理后桩间土承载力特征值，kPa，取80kPa；Ra1为CFG桩单桩竖向承载力特征值（kN），取750kN；λ1为具有粘结强度CFG桩的承载力发挥系数，取0.9；m1，m2分别为具有粘结强度的CFG桩和散体材料砂桩的面积置换率，两种桩采用矩形布桩，s1＝s2＝200cm，m1＝m2＝0.0157；β为仅由散体材料砂桩加固处理，形成复合地基承载力发挥系数，取0.8；n为仅由散体材料砂桩加固处理，形成复合地基桩土应力比，此处取3。

由式（1）可知:

2.2 复合地基工作机理

采用多桩型复合地基处理，一般情况下场地土具有特殊性，CFG桩及砂桩采用对桩间土产生扰动或挤密的振动沉管法施工，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密。对于振动沉管灌注成桩工艺难以穿透厚的硬土层、砂层和卵石层等，还有在饱和粘土中成桩会造成地表隆起，挤断已打桩，采用长螺旋钻中心压灌成桩可以解决上述难题。多桩型复合地基的工作特性是在同等变形条件下的增强体地基共同承担荷载，复合地基垫层厚度和增强体直径、间距、桩间土承载力发挥度和复合地基变形控制等有关，褥垫层过厚会形成较深的负摩阻区，影响地基增强体承载力的发挥，褥垫层过薄复合地基增强体受力过大易造成损坏，同时又会影响复合地基桩间土承载力发挥。通过调节褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比例，保证桩、土共同承担荷载，减少了基础底面的应力集中。多桩型复合地基构造如图1所示，CFG桩及砂桩平面布置如图2所示。

3 施工工艺

3.1 施工准备工作

现场复测地面高程，根据地面实际高程确定平整场地的标高，清除地表0.3～0.7m耕植土层，在场地中和四周做好排水管沟，对施工便道进行加固、加宽等准备工作。位于鱼塘等浸水段采用降水挖除淤泥，用砂土等透水性比较好的材料换填，分层填筑，填至正常水位以上的50cm处，松铺厚度不超过30cm，压实度不低于90% ，设计要求铺设砂垫层，根据规范要求每边超过基础长（宽）度100cm。用全站仪定出CFG砂桩及砂桩的位置，并做好标记，在套管入井时再拔掉。施工按照规范要求，对砂桩散体材料增强体的检验数量不少于总桩数的2%，对于CFG桩增强体，完整性检验数量不少于总桩数的10%，按照规范要求对处理范围及地基强度进行复核，确保施工质量和施工速度。

3.2 工艺流程

CFG桩和砂桩的施工工艺如图3所示。

3.3 施工作业要点

采用双套管振动打桩机，首先根据设计桩位布置测量放线定位，安装打桩机就位，按照隔行跳打顺序施工，在施工现场机械拌制好级配碎石、粉煤灰和砂、水泥，形成制备完善的CFG桩料，随时备用，水平运输采用人工推车运输。砂桩的主材料是干燥的中粗砂，其质量要求为:含泥量不超过3%，有机质含量不超过1%，细度模数大于2.7，渗透系数不小于5×10cm／s，成桩灌砂率不小于95%。

施工时采用DZ60双套管振动打桩机，按“先护壁，后制桩”的办法施工，即在成孔时护壁送料管先达到设计桩底的基岩面上，此时加一批料后振动上提，并继续加料，送料管不能缺料，以免断桩。

图1 多桩型复合地基布置

图2 CFG桩及砂桩直径图示（单位：cm）

图3 施工工艺流程

作业顺序如图4所示，施工作业顺序为:

1）DZ60双套管振动打桩机进入现场，根据设计文件要求，完成打桩机等设备组装；

2）桩机定位，调整沉管与地面垂直度，偏差不超过1%；

3）沉管到预定标高后停机，在沉管过程中做好每米进尺电流表上的电流记录，用于确定土层地质情况；

4）停机后立即向管内投混合料，直到混合料与进料口齐平，混合料坍落度按3～5cm控制，成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜；

5）启动电机，留振5～10s，开始拔管，拔管速率一般为1.2～1.5m／min（拔管速度为线速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率还应放慢，拔管过程中不允许反插，如果投料不足，必须在拔管过程中空中投料，以保证成桩后的桩顶标高达到设计要求；

6）沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或湿粘性土封顶，然后移机进行下一根桩施工；

7）按照设计要求铺设褥垫层。

图4 CFG桩或砂桩施工作业顺序

4 结 论

工程实践表明严格按照设计规范和施工规范执行，可获得预期的复合地基加固效果，得出的建议和意见有以下几个方面。

1）在饱和软土中形成CFG桩和砂桩，采用振动砂桩成孔时由于软土的粘滞阻尼较大，振动产生的效应不明显，所以采用打桩机较为适合。

2）当采用打桩机连续作业时，应考虑在饱和软土中新成桩对原有成桩的挤压，使得已成桩产生不规则严重变形，容易出现缩颈和断桩等不合格桩，在施工中局部必须采用隔桩跳打的施工顺序，整体采用从场地中心向外辐射推进打桩，或从一边向另一边整体推进施工。

3）为完全避免新成桩过程中的振动对已结硬桩产生侧向挤压影响，施工采用螺旋钻引孔方法，尽可能避免新成桩施工振动对已成桩造成断桩等严重后果。

4）通过现场静荷载试验确定承载力，采用CFG桩加砂桩的多桩型复合地基加固处理措施达到了预期目标，加固效果良好。

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