CFG樁軟基處理的分析

　　摘要:CFG 樁目前具有處理地基技術具有適應性、承載力高等特點。但其理論研究與實際施工過程中仍存在差異，尤其是混合量配合比設計、參數確定、復合地基承載力的計算方法等還有許多不完善的地方。結合某在建工程，通過理論設計、現場試驗檢驗兩方面進行了對比分析，提出了設計時相關參數的合理采用。

　　關鍵詞:CFG 樁, 配合比, 設計參數,地基承載力,沉降計算

　　引言

　　水泥粉煤灰碎石樁(Cement Flyash Gravel Pile,以下簡稱CFG樁)是在碎石樁基礎上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有一定粘結強度的樁，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基，處理技術具有適應性廣、承載力高、經濟合理等特點。但其理論研究仍落后于實踐，尤其是混合量配合比設計、參數確定、復合地基承載力的計算方法等還有許多不完善的地方。由于影響實際施工的因素眾多，各因素又互相作用，完全靠理論分析方法很難得出準確的計算公式，現在設計人員廣泛使用的《規范》公式和其他理論公式是借助于試驗基礎上的半經驗半理論公式，經驗系數的取值對計算結果產生很大影響。在實際工程中，設計往往偏于保守，施工單位施工水平良莠不齊。因此，合理確定CFG樁的各種參數和明確具體參數要求已成為CFG 樁復合地基設計的重要問題。

　　一、CFG 樁的配合比設計

　　1.1 CFG樁身材料

　　CFG樁水泥一般用42.5級普通硅酸鹽水泥。如用高標號水泥，則會使水泥用量偏少，影響和易性及密實度;如用低標號水泥，則會使水泥用量過多，不經濟，而且也會影響混合料其它技術性能。粉煤灰多用袋裝的Ⅱ級、Ⅲ級粉煤灰，粉煤灰既是細骨料，又有低標號水泥的作用，以增加樁體的后期強度。碎石粒徑20～50 mm，為使級配良好，摻入石屑填充碎石的空隙。外加劑可根據施工需要采用早強劑或泵送劑。

　　1.2混合料配合比設計

　　混合料配合比基于要求的坍落度和強度進行設計，強度以28d強度為準。

　　1) 確定用水量W

　　用水量由坍落度具體值試配確定，一般從經驗用水量開始;令單方用水量為w。

　　(2) 確定水泥用量C

　　根據采用的水泥標號Rcb，混合料28d強度ƒcu，

　　ƒcu=0.366Rbc(C/W-0.071)……………… (1)

　　式中:ƒcu—混合料28d強度(MPa)，由邊長150mm的立方體試塊測得;Rcb—水泥標號(MPa);C—單方水泥用量(kg);W—單方用水量(kg)。

　　(3) 確定粉煤灰用量F

　　單方粉煤灰用量按式計算:

　　W/C=0.187+0.791F/C ………………… (2)

　　(4) 石屑用量G1和碎石用量G2

　　計算單方石屑用量G1和單方碎石用量G2需要用到石屑率λ：

　　λ= ………………………………… (3)

　　根據試驗研究結果,λ值取0.25～0.33為合理的石屑率。已知混合料的密度(一般為2.2～2.3g /cm3 )，由已經求得的W、C、F 可以得到G1 + G2,再由式分別得到G1和G2。按以上步驟試配，并根據坍落度調整用水量，直到滿足要求。

　　利用以上關系，參考水泥混凝土配合比的用水量并加大2%～5%，就可進行配合比設計。

　　配合比設計示例(坍落度3cm，28d強度為10MPa):參照水泥混凝土控制坍落度3cm時的用水量，

　　混合料的配合比為:水:水泥:粉煤灰:碎石:石屑= 110.6:78.96∶121.31∶1322.39∶566.74。

　　二、CFG 樁設計參數確定

　　2.1樁長

　　CFG 樁復合地基要求樁端落在強度高的土層上,這是CFG 樁復合地基設計的一個重要原則，樁長取決于建筑物對承載力和變形的要求、土質條件和設備能力等因素。CFG樁的樁端落在持力層上,才能充分發揮樁體強度的作用。根據目前的條件,CFG 樁的最大樁長一般不大于30m。

　　2.2樁徑、樁間距

　　CFG樁樁徑的確定一般為35～60cm，高速公路設計中一般采用40cm。樁間距的大小取決于設計要求的復合地基強度和變形、土性和施工機具，但必須考慮施工時相鄰樁之間的相互影響。一般樁間距取3～5倍的樁直徑。

　　2.3樁體強度

　　CFG 樁的強度一般設計為5 ～ 20 MPa。在按復合地基設計時應滿足沉降、穩定的要求; 用于結構物下的CFG 樁，設計強度應滿足承載力的要求。

　　2.4褥墊層厚度

　　褥墊層厚度大，能夠充分發揮樁間土的承載能力。若褥墊層厚度過大，會導致樁、土應力比等于或接近于1.0，此時樁承擔的荷載太少，實際上復合地基中樁的設置已失去意義。褥墊層厚度一般用30～ 50cm，當樁徑和樁距過大時，褥墊層厚度還可適當加大。褥墊層材料可采用砂礫、級配碎石等( 最大粒徑不大于20 mm) 。

　　三、地基承載力確定

　　3.1復合地基承載力計算

　　根據《建筑地基基礎設計規范》對復合地基承載力給出了確定原則，即復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定。

　　ƒspk = m + αβ(1-m)ƒsk …………………… (4)

　　式中: ƒspk—復合地基的承載力標準值; m—面積置換率;Ap—樁的截面積; ƒsk—樁間土天然地基承載力標準值;α—樁間土強度提高系數α= fkf0(fk為加固后樁間土承載力標準值);β—樁間土承載力折減系數，可取0.1～0.4，當不考慮樁間軟土的作用時，可取零;Rdk—單樁豎向承載力標準值，應通過現場單樁載荷試驗確定。

　　3.2單樁豎向承載力計算

　　當采用單樁載荷試驗時，應將單樁豎向極限承載力除以安全系數2; 當無單樁載荷試驗資料時，可按公式計算:

　　Rk =(UpΣqsikhi + qpkAp)/K ………………… (5)

　　式中: Up—樁的周長; qsik—第i 層土與土性和施工工藝有關的極限側阻力標準值，可按地區經驗確定，無地區經驗時，可參考建筑樁基技術規范; hi—第i 層土厚度; qpk—與土性和施工工藝有關的極限端阻力標準值，可按地區經驗確定，無地區經驗時，可參考《建筑樁基技術規范》;K—安全系數，取2.0。

　　四、CFG 樁復合地基的沉降計算

　　在實際工程中，CFG 樁復合地基的沉降計算大多采用復合模量法。計算時復合土層分層與天然地基相同。復合土層的模量等于天然地基模量的ξ倍，加固區和下臥層土體內的應力分布采用各向同性均質的直線變形體理論，CFG 樁復合地基的最終沉降可按公式計算:

　　SC=Ψ[ Ziαi-Zi_1αi-1)+ Ziαi-Zi-1αi-1)]……(6)

　　式中: N1—加固區范圍內土層分層數; N2—沉降計算深度范圍內土層總的分層數; P0—對應于荷載效應準永久組合時的基礎底面處的附加壓力，kPa; Esi—基礎底面下第i 層土的壓縮模量，MPa; Zi、zi - 1—基礎底面下第i 層土、第i - 1 層土底面的距離，m;α—i、α—i - 1- 基礎底面計算點至第i 層土、第i - 1 層土底面范圍內平均附加應力系數; ξ—加固區土的模量提高系數，ξ= fsp*k/fk;Ψ—沉降計算修正系數，根據沉降觀測資料及經驗確定，也可采用表1 的數值。表1 中，E—s為沉降計算深度范圍內壓縮模量的當量值，應按公式計算:

　　Es= …………………………………… ( 7)

　　式中: Ai—第i 層土附加應力沿土層厚度積分值;Esi—基礎底面下第i 層土的壓縮模量值，MPa，樁長范圍內的復合土層的壓縮模量取值。

　　五、工程實例計算

　　某高速公路地基為軟弱土，天然土層物理力學性質見表2。CFG 樁設計樁徑40 cm，樁長20 m，樁間距1.7m，平面呈等邊三角形布設，單樁復合地基承載力不小于200 kPa，路基設計高度分別為5.0m、5.5m 和6.0m，樁基施工及路基填筑為10 個月，路面施工期為6個月。基準期是指從路面竣工后15 年，計算結果見表3。根據規范要求，每工點承載力檢測不少于3 根要求進行現場檢測，其結果見表4～5。其結果表明，各時間段沉降量計算值和檢測值都在誤差之內，基本符合設計要求，單樁復合地基承載力檢測值也滿足設計要求。

　　六、結語

　　工程計算、檢測結果表明，在CFG 樁的參數、布樁形式確定的情況下，綜合考慮加固土體的性質、施工工藝等因素的影響，合理選用參數，最大限度減少誤差，是準確計算沉降及地基承載力的必要條件，為施工提供較為準確的數據保障。

　　參考文獻:

　　[1]JGJ106-2003，建筑樁基礎檢測規范[S].

　　[2]JGJ79-2002，建筑地基處理技術規范[S].

　　[3]JTJ017-96，公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S].