碎石桩与CFG桩联合处理填土应用

王 伟

(成都军区空军勘察设计院，四川 成都 610041)

0 引言

填土系指由人类活动而堆填的土。填土根据其堆积时间可以分为古填土、老填土以及新近填土;根据其物质组成和堆积方式又可以分为素填土、杂填土和冲填土、压实填土［1］。一般来说，填土具有不均匀性、高压缩性、低强度及自重压密性，直接利用填土进行工程建设可能产生不均匀沉降、沉降过大、地基失稳等工程事故。

软土是指天然孔隙比大于或等于1.0 且天然含水量大于液限的细粒土［2］。如淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土以及其他高压缩性饱和黏性土、粉土等。软土具有天然含水量大、压缩性高、承载力低等特性。软土对工程建设十分不利，一般基础建设工程尽量避开软土地区。

我国人口和国民经济分布不均，成都市国土面积占四川省的2.55%，人口占四川省总人口的15.95%，GDP 占四川省的34.68%。对于成都，可以说是“寸土寸金”。合理利用好每一寸土地，是现实需求，也是工程业界的责任。

工程实践中，一般先对填土进行地基处理，形成复合地基，而后在复合地基上进行工程建设。对浅层填土的处理方法一般有换土垫层法、机械碾压法、平板振动法、重锤夯实法等，对深厚填土的处理方法一般有强夯法、砂桩挤密法、振动水冲法、灰土桩挤密法、高压喷射注浆法、冻结法等。

1 工程概况

某工程场地在大地构造上隶属于四川沉降带川西褶皱带之成都坳陷。成都市在晚近期以来，沉积了巨厚的第四系松散堆积物。

场区地层概况自上而下简述如下:

场区处于阶地贫水区，常年稳定地下水位在15 m 以下，主要接受大气降水补给，通过蒸发的方式排泄。

场地各层岩土体物理力学参数取值见表1。

表1 地基土物理力学参数建议值

拟建物设计埋深为2.0 m，地基承载力要求220 kPa。根据上部拟建建筑物的设计需求以及场地的地质条件，以采用复合地基为优。

2 复合地基设计

由于拟建建筑物基底均分布一定厚度新近回填的欠固结素填土，宜先采用砂石桩加固独立基础承台范围内素填土，并在承台外围设置1 排保护桩，处理后所形成的砂石桩复合地基土应满足fspk≥100 kPa 的要求;再采用CFG 桩对承台范围土进行二次加固，处理后所形成的CFG 桩复合地基土应满足fspk≥220 kPa、复合地基土压缩模量Esp≥11 MPa 的要求。

2.1 碎石桩设计［3］

根据JGJ 79—2012 建筑地基处理技术规范，复合地基承载力计算按式(1)进行:

式中:fspk——振冲复合地基承载力特征值，砂石桩处理后要求达到100 kPa;

fsk——处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，本工程取80 kPa;

m——桩土面积置换率;

n——复合地基桩土应力比，可按地区经验确定;本工程取3。

将条件代入，求得桩土面积置换率m=0.05。

其中，d 为桩身平均直径;de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径;s 为桩间距。

根据JGJ 79—2012 建筑地基处理技术规范8.2.2 条要求，对黏性土地基不宜大于砂石桩直径的3 倍。经计算比较，碎石桩直径取0.4 m、桩间距取1.0 m、按正方形布置最为合适。

反代入计算，fspk≥100 kPa，满足要求。

2.2 CFG 桩设计

根据市场实际情况及工程需要，CFG 桩桩径按0.40 m 计算，依据JGJ 79—2012 建筑地基处理技术规范有关规定，依下式估算出面积置换率m［3］。

其中，fspk为复合地基承载力特征值，设计要求为220 kPa;fsk为处理后桩间土承载力特征值，本工程fsk=100 kPa;m 为面积置换率;λ 为单桩承载力发挥系数，本工程取0.9;β 为桩间土承载力折减系数，本工程取0.9;Ap为桩身截面面积，桩径φ=400 mm，Ap=0.125 6 m2;Ra为单桩竖向承载力特征值，kN;fcu为桩身水泥土试块(边长70.7 mm 的立方体)在标准养护条件下28 d 龄期的立方体抗压强度平均值，取10 000 kPa;Up为桩的周长，m，桩径φ=400 mm，Up=1.256 m;n 为桩长范围内所划分的土层数;qsi，qp分别为桩侧第i 层土的侧阻力、桩端端阻力特征值，本工程取处理后素填土qsi=10 kPa，软塑黏土qsi=10 kPa，可塑黏土qsi=25 kPa，硬塑黏土qsi=40 kPa，qp=900.00 kPa(硬塑黏土为CFG 桩桩端持力层设计);li为第i 层土的厚度(素填土li=5.4 m，软塑黏土li=2.0 m，可塑黏土li=1.8 m，硬塑黏土li=2 m);ap为桩端端阻力发挥系数，本工程取1.0。

求得面积置换率m=0.051 77。

2.3 复合地基承载力验算

CFG 桩桩径0.40 m，按正方形布桩，桩间距1.5 m。按下式验算地基承载力，229 kPa=fspk≥220 kPa，满足设计要求。

2.4 估算复合地基的压缩模量

其中，Esp为复合地基土层的压缩模量，MPa;Esa为桩间土层压缩模量，根据该地区的施工经验，CFG 桩施工完成后对填土、黏土的压缩模量有较大提高，综合考虑Esa取5.0 MPa。

设计复合地基的压缩模量不小于11.0 MPa。

2.5 褥垫层设计

为保证CFG 桩与桩间土协同作用，调整桩与土垂直、水平荷载应力比，应在基础下铺设一定厚度的褥垫层，对工程而言，褥垫层厚度可取300 mm(其作用是保证桩土共同承担荷载，减少基底的应力集中作用);褥垫层材料宜用级配砂石，粗骨料粒径宜为5 mm～80 mm，最大粒径不宜超过80 mm，要求压(夯)实后的褥垫层厚度与虚铺厚度之比不得大于0.94。褥垫层铺设范围应超过基础每边200 mm。

褥垫层虚铺由下式确定:

该工作在CFG 桩桩体施工完成并达到70% 以上强度后进行。

3 结语

施工后，通过静载试验、超重型动力触探试验等检测，结果表明采用碎石桩联合CFG 桩处理软弱地基是可靠的、适合的，取得了较好的社会效益和经济效益，对本地区类似地基处理工程具有指导意义。

［1］左名麒，刘永超.地基处理实用技术［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］《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.

［3］JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范［S］.