水泥粉煤灰桩复合地基在工程场地勘察中的应用——以河南新乡地区为例

宁维宇，佟瑞向

1.中建八局设计管理总院，上海 200120

2.中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250000

近年来，随着城市的快速发展，城市建设面临的地质条件越来越复杂，在工程活动中经常遇到天然地基承载力不足的问题，如何提高天然地基承载力并满足变形条件成为工程技术人员日益关注的问题。地基处理是按照上部结构传来的荷载对地基进行加固或改良，以满足地基承载力和变形要求，常见的处理方法有换填垫层法、强夯法、水泥土搅拌法及水泥粉煤灰碎石桩法。

1 工程地质条件

1.1 地质构造

拟建场区受新华夏系构造体系的控制，处于豫西断裂、华北断裂和秦岭褶皱交接部位，属新华夏系第二沉降带。该地区历经多次构造运动，其中以燕山时期最为强烈，地质构造主要为近东西走向的压性和压扭性断裂，局部为向斜轴断裂和断鼻断裂。上述断裂主要切割中生界地层，近期地震活动较弱。

1.2 地层结构

根据野外钻探揭示，结合周边地质资料，除浅部填土外，场地勘探深度范围内主要为第四纪全新世冲积形成的地层。现将勘察深度内的土层按其不同的成因、时代及物理力学性质差异分为8个工程地质单元层，各层土的岩性特征及埋藏条件分述如下。

（1）粉土：地层呈黄褐色，稍湿，稍密，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等，触摸砂感强，局部夹粉质黏土薄层，浅部0.2～0.5m为耕土，含大量植物根系、腐殖质。

（2）粉土夹粉质黏土：地层呈黄褐色，稍湿，稍密～中密，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等，见少量绣色斑点，偶见蜗牛壳碎片，夹粉质黏土，软塑～可塑。

（3）粉土：地层呈褐灰色、灰黄色，湿，中密，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等，偶见蜗牛壳碎片。

（4）粉质黏土夹粉土：地层呈褐灰色、黄褐色，软塑～可塑，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，含有少量蜗牛壳碎片，局部夹粉土，湿，稍密～中密。

（5）粉土：地层呈黄褐色，湿，稍密～中密，干强度低，韧性低，摇振反应中等，局部夹粉砂薄层，稍密。

（6）粉土夹粉质黏土：地层呈褐灰色、黄褐色，湿，中密，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等；夹粉质黏土，软塑～可塑，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等。

（7）粉砂：地层呈灰褐色、黄褐色，饱和，中密～密实，矿物成分主要为石英、长石，见少量云母片。

（8）细砂：地层呈黄褐色、褐黄色，饱和，密实，矿物成分主要为石英、长石，见少量云母片。

各地层厚度及埋深统计表如表1所示。

表1 各地层厚度及埋深统计表 单位：m

2 天然地基承载力

根据场地的岩土工程勘察原位测试及土工试验结果，结合地区建筑经验，综合确定地基土承载力特征值、压缩性指标，具体如表2所示。

表2 天然地基土承载力特征值 单位：kPa

同时，根据设计方提供的拟建建筑物的基础埋深3m，结合场地地层条件使用以下公式进行地基承载力修正：

式中：fa为修正后的地基承载力特征值，kPa；fak为地基承载力特征值，kPa；ηb、ηd分别为基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数；b为基础底面宽度，m；d为基础埋置深度，m；γ为基础底面以下土的重度，kN/m3；γm为基础底面以上土的加权平均重度，kN/m3。

并对天然地基强度进行评价，发现天然地基承载力不满足相关要求，具体如表3所示。

表3 拟建建筑物天然地基评价表

3 水泥粉煤灰地基处理

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012），多桩型复合地基承载力特征值应通过多桩复合地基静载荷试验确定。为满足初步设计时估算多桩型复合地基承载力特征值的要求，按照拟建场地地层条件和原位测试成果，结合河南新乡在该地区的实践经验，综合提出多桩型复合地基中水泥粉煤灰碎石桩桩基参数，具体如表4所示。

表4 多桩型复合地基水泥粉煤灰碎石桩桩基参数表单位：kPa

此外，根据场地地层条件，按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）第7.9.7条的规定，建议水泥粉煤灰碎石桩复合地基采用矩形布桩，其中桩间距s1=1.3m，CFG桩桩径为0.4m，场地水泥粉煤灰复合地基采用复合地基承载力，根据以下公式进行承载力验算：

式中：ƒspk为复合地基承载力特征值，kPa；m1、m2分别为桩1、桩2的面积置换率；λ1为桩的单桩承载力发挥系数；Ra1为桩的单桩承载力特征值，kN；Ap1为桩的截面面积，m2；β为复合地基承载力发挥系数；n为复合地基的桩土应力比；ƒsk为桩间土承载力特征值，kPa。

验算结果如表5所示，由表5可知，水泥粉煤灰桩对场地天然地基承载力的承载力有大幅度提高，提高幅度达190%。

表5 水泥粉煤灰复合地基承载力评估表

4 结论

文章通过对水泥粉煤灰处理后场地的复合地基承载力进行分析，得出了如下结论。

（1）水泥粉煤灰桩复合地基可显著提高天然地基承载力，在该场地其承载力提高幅度达到了190%。

（2）该工程实践表明，水泥粉煤灰桩复合地基在河南新乡地区粉土和粉质黏土中也可以较大幅度地提高承载力，对以后河南地区的粉土和粉质黏土的地基处理具有一定的指导意义。