强夯法+CFG桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的应用

郭士友

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

路桥与建筑

强夯法+CFG桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的应用

郭士友

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

结合工程实例，介绍了强夯法+CFG桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的实际应用，并取得良好的加固效果，为强夯法+CFG桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的广泛应用提供一定的指导和借鉴作用。

强夯法；CFG桩复合地基；湿陷性黄土；地基处理

1 概 述

强夯法是反复将夯锤（质量一般为10～60 t）提到一定高度使其自由落下（落距一般为10～40 m），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力并降低其压缩性，改善地基性能[1]。强夯法广泛应用于杂填土、砂土、碎石土、低饱和度粉土、黏性土等地基加固中，经过处理后的地基，既提高了地基土的强度、又降低其压缩性、还能消除土的湿陷性，所以也常被用于处理湿陷性黄土地基[3]。工程实践表明，强夯法加固地基具有施工简单，工期短、加固效果好、施工费用低等优点，所以在我国工程界已得到广泛应用。强夯法缺点是施工时噪音和震动较大，一般不宜在人口密集的城市使用，在距离既有建筑物较近时也不适宜使用。

水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩），是由水泥、煤粉灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，由桩间土、桩、褥垫层一起构成复合地基[1]。CFG桩复合地基处理方法具有工程造价低、工期短、加固效果显著等优点，被广泛地应用于黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基加固中，经过处理后的地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点。

通常情况下，地基加固中只采用强夯法或CFG桩其中一种处理方法即可满足工程需要，但在特殊情况下为提高加固效果，也经常采用两种地基处理方法联合使用。例如在湿陷性黄土地基处理中，如果上部建筑物荷载较大时，就经常采用强夯法+CFG桩复合地基联合处理，经处理后的地基，既消除了土的湿陷性，又大大地提高了地基承载力，并减少了地基变形，控制了建筑物沉降。

2 加固机理

强夯法加固地基主要是利用夯锤自由落下，以强大的夯击动能产生强烈的应力波和动应力对地基土作用的结果，通过夯锤反复夯击迫使土体中的孔隙体积减少，土体变得密实，从而提高土的抗剪强度和改善土的变形特性[5]。

CFG桩复合地基为桩和桩间土共同受力，其中桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩顶荷载在通过桩体将传递到深部的土层过程中，也相应减少桩间土承受的荷载[8]。CFG桩施工采用振动成桩，属非排土工艺，成桩过程使得桩间土的密实度大大提高、减少了土体孔隙比，提高了桩间土的强度，进而较大的提高了复合地基的承载力，减少了地基的变形。

3 工程实例

3.1 工程概况及场地地质条件

某大型洗煤厂和煤炭集运站项目，设计煤炭发运能力12.00 Mt/a，煤炭洗选能力8.00 Mt/a，本项目厂址位于山西省右玉县董半川乡董半川村。场区建（构）筑物主要包括栈桥、转载站、筒仓、筛分车间、主厂房等，上部荷载较大的主要为筒仓、筛分车间、主厂房等，均为丙类建筑。

地勘揭露场地土自上而下分为6层，分述如下：

1）湿陷性粉土：褐黄色、灰褐色，稍密，稍湿，该层厚度6.3～15.7 m，该层土地基承载力特征值fak=150 kPa。

2）粗砂：褐灰色、褐黄色，中密，稍湿，颗粒级配较均匀，分选性中等，该层厚度0.6～11.0 m，该层土地基承载力特征值fak=210 kPa。

3）粉质黏土：黄褐色、棕褐色，可塑，有光滑感，干强度中等，韧性中等，含铁、锰质氧化物，该层厚度1.0～25.8 m，该层土地基承载力特征值fak=200 kPa。

4）强风化泥岩：褐红色，泥质结构，块状构造，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，为软岩，岩体基本质量等级V级。该层厚度1.2～12.9 m，该层土地基承载力特征值fak=230 kPa。

5）强风化砂岩：灰白色，粒状结构，块状构造，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，为较软岩，岩体基本质量等级V级。该层厚度2.5～15.4 m，该层土地基承载力特征值fak=300 kPa。

6）强风化泥岩：褐红色，泥质结构，块状构造，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，为软岩，岩体基本质量等级V级。该层未揭穿，揭露最大厚度10.4 m，该层土地基承载力特征值fak=280 kPa。

本次勘察各钻孔均未见地下水，场地地下水位埋深大于45.0 m。该场地为自重湿陷性黄土地基，地基湿陷等级Ⅱ级，拟建建(构)筑物均不宜用天然地基作持力层，应针对消除地基土的湿陷性、地基不均匀性及提高地基强度进行地基处理。

3.2 地基处理方案

湿陷性黄土地基的地基处理方法的确定，通常根据湿陷性黄土的特性及场地建筑物的类别，并考虑当地具有的施工设备，材料来源、施工进度要求、周边环境要求等因素，经技术经济综合分析比较后确定[2]。

针对湿陷性黄土地基处理，通常采用垫层法、强夯法或挤密法进行处理。其中垫层法应用最广，通常适用于处理湿陷性黄土厚度为3 m以内，地下水位以上，可局部或整片处理，应用比较灵活；挤密法适用于处理湿陷性黄土厚度为5～15 m，地下水位以上，饱和度Sr≤ 65%，施工周期长，造价高；强夯法适用于处理湿陷性黄土厚度为3～12 m，地下水位以上，饱和度Sr≤ 60%，可局部或整片处理，施工简便、速度快、效果好、造价低，性价比较高[2-6]。

根据本场地工程地质条件、建筑物特点、周围环境，从安全可靠、经济合理、技术可行、施工难度及施工周期等方面综合考虑，针对上部结构荷载不大的一般建构筑物地基（栈桥、转载站等），仅对基础以下湿陷性粉土地基处理采用强夯法消除湿陷性，提高地基承载力，要求处理后的地基承载力特征值fak≥200 kPa。

针对上部结构荷载较大的重要建构筑物地基（筒仓、筛分车间、主厂房等），采用强夯法+CFG桩复合地基联合处理法，首先对基础以下①层湿陷性粉土地基处理先采用强夯法消除湿陷性，然后采用水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩）提高地基土承载力，具体要求如下：

1）本场区分布的湿陷性黄土层的厚度平均约为8.0～10.0 m，地面建构筑物均为丙类建筑，对地基承载力和变形要求均不高，结合当地的施工设备及地区处理经验，本工程采用强夯的单位夯击能不小于5 000 kN·m，要求消除湿陷性黄土的有效加固深度应根据试夯测试结果确定，并不得小于8.0 m，并且在有效深度内，黄土的湿陷性系数δs均应小于0.015。

2）强夯处理的其它参数均应按照强夯法的有关规定及试夯结果确定；强夯处理范围应满足每边超出基础外缘的宽度不小于4.5 m；强夯处理顶面以控制在设计基础基底标高以下0.5 m为宜，强夯土表面以上设置0.4 m的灰土垫层。

3）强夯施工前，应先根据初步确定的强夯参数，在场区内有代表性的地段进行试夯，由于本工程所在场地内地质条件简单、土性基本相同，可仅选择一处试夯点进行试夯。试夯结束数周后，应对试夯场地进行检测，并与夯前数据进行分析比较，检验强夯的效果，调整并确定工程最终采用的各项强夯参数。

4）强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在强夯施工结束30 d左右进行，承载力检验采用原位测试和室内土工试验；竣工验收承载力检验的数量确定，由于本场地地形简单，对于栈桥、转载站等一般建构筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点数量不应少于3点；对于筒仓、筛分车间、主厂房等重要建筑地基适当增加检验点数；设计要求强夯处理后的地基承载力特征值不小于200 kPa。

5）强夯结束后需采用CFG桩再次进行地基处理，桩径400 mm，桩长18m，桩端持力层为②层粗砂，桩身强度C20，要求处理后的复合地基承载力特征值不得小于450 kPa；施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5 m；在清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

6）为保证CFG桩复合地基在外部荷载作用下，桩、桩间土共同承担荷载，在桩顶和基础之间设300 mm厚粗砂褥垫层，超出基础范围500 mm，褥垫层铺设采用静力压实法，要求夯填度不得大于0.9。

7）CFG桩施工前应确保水泥、粉煤灰、砂石等原材料符合设计要求；在施工中应检查确保桩身混合料的配比、坍落度、提拔钻杆速度、成孔深度、混合料灌入量等符合规范要求[7]；CFG桩施工结束后，应按照设计要求对桩顶标高、成桩位置、桩身完整性、地基承载力、褥垫层等的质量做检查；CFG桩桩身完整性的检测通过采用抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，对桩身质量评价为III类和IV类桩应采取补桩等加固措施；CFG桩桩身强度满足试验荷载条件时，且满足施工结束28 d后应进行地基检验，试验数量取总桩数的0.5%～1%，且每个单体工程的试验数量不得少于3点；CFG桩地基竣工验收时，应采用复合地基载荷试验进行承载力检验，进行试验时必须保证桩身强度，满足试验要求。

3.3 地基处理效果

地基处理后竣工验收结果显示，强夯处理后的湿陷性黄土综合性能较好，加固效果显著，增加了地基土的稳定性和密实度，有效的消除了地基土的湿陷性，强夯处理后的地基承载力特征值均大于220 kPa，能满足荷载不大的一般建构筑物地基承载力需要。通过复合地基载荷试验结果显示，强夯法+CFG桩复合地基联合处理后的复合地基承载力特征值均大于520 kPa，满足了上部结构荷载较大的重要建构筑物地基承载力需要和沉降要求。

4 结 语

在湿陷性黄土地区进行建设，为防止地基湿陷对建筑物产生危害，应经技术经济综合分析比较后选择适宜的地基处理方法，必要时可采用两种相结合的地基处理方法，如地面建构筑物荷载较大，若采用一种地基处理方法不能满足地基承载力及沉降要求时，可考虑采用强夯法+CFG桩复合地基联合处理法，此种地基处理方法既能有效消除地基土的湿陷性，又能显著提高地基承载力，满足地基沉降要求，而且施工设备简单、施工进度快、地基加固效果好、工程造价低，易于操作和控制施工风险，可供同类黄土地基处理提供参考借鉴。

［1］ JGJ 79—2012．建筑地基处理技术规范［S］.

［2］ GB 50025—2004．湿陷性黄土地区建筑规范［S］.

［3］ 叶书麟.地基处理工程实例应用手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998：55-66.

［4］ 付强.强夯技术在湿陷性黄土地基处理中的应用［J］.水利科技与经济，2016，22（4）：112-113.

［5］ 王思臣．强夯法处理湿陷性黄土地基的应用研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2004.

［6］ 梁建国.强夯法在湿陷性黄土地基处理中的应用［J］.山西建筑，2014，40（19）：80-81.

［7］ 王恩远，吴迈.工程实用地基处理手册［M］.北京：中国建材工业出版社，2005：59-236.

［8］ 黄薛，何瑞.CFG桩复合地基在湿陷性黄土地层中的应用［J］.西部探矿工程，2011（3）：19-21.

【责任编辑：陈 毓】

Application of dynamic compaction+CFG pile composite foundation in collapsible loess foundation treatment

GUO Shiyou
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

Combining the engineering instance,the article introduces the practical application of dynamic compaction method+CFG pile composite foundation in collapsible loess foundation treatment,and obtains good effect,which provides guide and reference for dynamic compaction method+CFG pile composite foundation in collapsible loess foundation treatment.

dynamic compaction method;CFG pile composite foundation;collapsible loess;foundation treatment

TU444

B

1671－9816（2017）07－0084－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.07.024

郭士友.强夯法+CFG桩复合地基在湿陷性黄土地基处理中的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（7）：84-86.

2017-03-21

郭士友（1979—），男，辽宁桓仁人，高级工程师，工学学士，毕业于河北建筑科技学院建筑工程专业，从事建筑结构设计及技术质量管理工作。