由碎石桩和CFG桩组成的二元桩在地基处理工程中应用

由碎石桩和CFG桩组成的二元桩在地基处理工程中应用

戴彦杰

明达海洋工程有限公司北京100013

[摘要]通过工程实例，介绍对拟建物场地地层有砂土液化现象和建筑物基底持力层承载力不足，需要采取进行二元桩地基处理；并对地基消除砂土液化和地基处理承载力设计、施工工艺控制和检测结果进行分析，阐明此类地层采用这种二元桩地基处理方法的针对性和有效性。鉴于地基处理的效果良好，值得在同类地层处理中借鉴和参考。

关键词：碎石桩液化CFG桩地基处理承载力二元桩

1、工程概况

拟建场地位于河北省廊坊市香河县安平镇平安大街以北，天下第一城东侧，南侧为已建成住宅区，东侧紧邻汽修厂、商店等建筑，北部临近项目部生活区，西南为在建的百合座施工区。现状是基坑支护止水帷幕工程已完成，土方工程开槽预留土层。

工程总建筑面积137295.05㎡，地上24层，地下2层；结构形式为现浇剪力墙结构，基础为筏板基础，主楼基础埋深10.9米。

2、水文地质与工程地质条件

2.1地层岩性

根据野外钻探、原位测试及室内土工试验成果综合分析，本次勘探深度（20.0m）范围内的地层划分为人工填土层、新近沉积层及一般第四纪冲洪积层。

2.3地下水

1）.勘察期间实测地下水位

本工程钻探深度（57.0m）范围内观测到三层地下水，详见下表：

2）.地下水位动态变化规律

上层滞水以管线渗漏、绿化灌溉、大气降水等为主要补给方式，以蒸发为主要排泄方式，地下水位变化无规律，受人为活动影响较大。查水孔中仅C21#钻孔揭露，水量较小。

潜水主要含水层为细砂③层、细砂④层，主要补给来源为大气降水和地下径流等，主要排泄方式为蒸发及侧向径流，地下水位自7月份开始上升，9至10月份达到当年最高水位，随后逐渐下降，至次年的6月份达到当年的最低水位，平均年变幅约1～2m。

承压水主要含水层为细砂⑤层及其以下砂层，承压水头0.2～1.5m，主要补给来源为大气降水和地下径流等，主要排泄方式为蒸发及侧向径流，地下水位自7月份开始上升，9至10月份达到当年最高水位，随后逐渐下降，至次年的6月份达到当年的最低水位，平均年变幅约2～3m。

3.历史高水位调查

根据调查了解和收集邻近区域地质资料，拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地面，近3～5年潜水最高地下水位绝对标高在10.0m左右。

3、存在问题

由于主楼及纯地下车库地基下存在液化层，液化等级中等-严重，基底土的天然地基处理承载力标准值为150KPa。设计要求地基处理承载力标准值500KPa.

地基土存在砂土液化和天然地基承载力不能满足设计要求问题。因此，对主楼采用合理的地基处理方案进行处理消除液化，处理后地基能满足承载力设计要求，

4、地基处理设计方案的选择

根据本工程的地理位置和地勘报告，项目位置在郊区，距离居民区较远，从技术经济学的角度研究分析，采用振冲挤密碎石桩方案进行地基处理消除地基土液化，其处理后地基承载力按天然地基考虑。之后采用CFG桩地基处理的二元桩方案是比较适合的方案。液化处理只要处理细砂③层。建议如下表1：

4.1振冲挤密碎石桩设计简介

主楼地基均存在液化层，设计方案采用振冲挤密碎石桩方案进行处理，仅用于消除液化，依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）进行设计。

设计振冲挤密碎石桩桩径均为800mm，采用矩形布桩，桩间距3.0m，考虑后续CFG桩地基处理的二次布桩的布局。根据各部位地层条件碎石桩设计长度不等，桩顶设置褥垫层厚度300mm，铺设材料采用5-10mm碎石，褥垫层夯填度不大于0.9。振冲挤密碎石桩施工时预留保护土层500mm厚，待碎石桩施工完成后清除。

各部分振冲挤密碎石桩设计见下表：

振冲碎石桩施工完成后采用重型动力触探对桩体密实度进行检验，对桩间土采用标贯试验检验处理后液化情况，施工完成后需间隔一段时间进行检测，间隔时间根据设计及相关规范要求确定。

4.2CFG桩设计简介

由于天然地基承载力不能满足要求，设计方案采用CFG桩复合处理方案。依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）进行设计。

设计CFG桩桩径均为400mm，桩间距1.2-1.5m不等（桩土面积置换率为7.43%），根据第一次处理液化碎石桩的布桩间隔，第二次布桩，依据各部位地层条件、地基承载力要求CFG桩设计长度不等，桩顶设置褥垫层厚度300mm，铺设材料采用5-10mm碎石，褥垫层夯填度不大于0.9。CFG桩施工时预留保护土层500mm厚，待碎石桩施工完成后清除。

各部分CFG桩设计见下表：

CFG桩施工完成后采用单桩静载荷试验及单桩复合静载荷试验检验地基承载力，各单体工程单桩静载试验及单桩复合静载试验均不得小于总桩的0.5%且各不少于3根，采用低应变动力测试对桩身完整性进行检测，根据设计要求，检测数量为桩数的100%。施工完成后需间隔一段时间进行检测，间隔时间根据设计及相关规范要求确定。

5地基处理施工工艺流程简介

5.1、振冲碎石桩加固地基工艺流程

施工前，土方开挖范围须满足确保基础外围布设2排保护桩空间。

基坑开挖至基础底标高上0.5m→定位放线--布设桩位→振冲器由吊车就位→打开加压水、启动振冲器→振冲成孔至设计深度→将振冲器提出孔口，往孔中填料→同时喷水振动直到密实电流铃声响5～10秒后，提升振冲器至孔口→再进行下一级振冲，直至地基土内形成碎石桩体。依次转移钻机进行成桩→现场试验→质量检验。

振冲碎石桩施工过程，主要控制技术指标：1）、填料为35～100mm卵石，含泥量不超过5%；2）、加压水0.3～0.6MPa，水量控制在300～400L/min；3）、加固处理深度控制：进入粉砂岩层。4）、振冲密实电流值按75～85A控制；5）、造孔速度为0.5～2.0m/min，每次填料高度不宜大于50cm。6）、地基表面处理：地基加固施工的同时，地基土表面（桩顶部）铺设厚度为300mm碎石，振冲桩施工完毕后，并用14T振动式碾压机碾压密实。

5.2、CFG桩加固地基工艺流程

使用长螺旋钻机进行CFG进行施工，开始施工准备→桩位放点---长螺旋钻机就位、成孔----压灌素混凝土----边提升钻杆,边压灌素混凝土---成桩、桩体养护待龄期----清桩间土及预留桩头---检测、验槽---铺设褥垫层

施工过程中的质量控制措施： 

1、严把材料进场关，保证使用符合规范要求的水泥、砂、碎石、外加剂等材料，并按规范验标规定认真作好进场检验试验，出具检验报告。 

2、混合料强度必须符合设计要求。每台班做一组标准试块进行28d标准养护，试件抗压强度检测。 

3、混合料现场灌注过程中一定要确保混合料的密实性。保证桩截面尺寸，钻头提升应保持匀速。提升速度不得大于混凝土灌注速度，防止发生缩径、断桩。 

4、灌注过程中随时监控混合料的质量确保混合料的和易性和坍落度，应每车检查坍落度。 

预防断桩措施：（1）混合料的坍落度严格按设计要求控制。（2）确保混合料的供应。 

（3）灌注提管速度按确定参数匀速上提。CFG桩质量验收标准：（1）所用水泥、粗细骨料、品种、规格及质量符合设计要求;（2）CFG桩的数量、布桩形式符合设计要求; （3）桩位纵横向允许偏差50mm，桩体垂直度1%;（4）每根桩的投料量不得少于设计灌注量; （5）有效桩长应满足设计要求; （6）桩身质量完整性满足设计要求。 （7）处理后的复合地基承载力、变形摸量满足设计要求。 

5、地基处理施工监测结果

5.1振冲碎石桩加固地基施工监测结果

振冲碎石桩施工完工后，经过28天的土压力和孔隙水压力消散后，使用标准贯入触探仪（N63.5）对代表土层的中点进行原位检测，这里以2#楼为例（其他楼情况类似）：抽取6个钻探桩间土点，深度为4.5m.取得试验数据如下：

从振冲碎石桩地基处理后，砂土液化原位检测数据结果，可以判断地基土砂土液化现象已经消除。满足了设计要求成果和目的。

5.2CDG桩地基处理施工检测结果

CFG桩施工结束后，经过28天的土压力和孔隙水压力消散后，分别进行了单桩复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验检测及动力检测试验，这里以2#楼为例（其他楼情况类似）。现场随机抽检，分别对180#、115#、99#桩进行单桩静载荷试验。取得试验数据如下：

通过单桩抗压载荷试验Q-S曲线分析，均为缓变型曲线，单桩竖向抗压极限承载力按S=40mm，取值均不小于1560KN，单桩竖向抗压极限承载力均取最大试验荷载值1560KN，单桩承载力满足设计要求。

现场随机抽测，对277#、248#、82#单桩复合地基三台静载荷试验。取得试验数据如下：

抽检的3根单桩复合地基载荷试验加荷至1000KPa时，P-S曲线均未出现明显陡降，为平缓光滑曲线，单桩复合地基承载力特征值按s/B=0.01取值均不小于500KPa,单桩复合地基承载力特征值（Kpa）均按最大加载压力的一半取值为500KPa。3个试验点的承载力特征值级差不超过平均值的30%，故取平均值为复合地基承载力特征值（Kpa）为500KPa。满足设计要求。

6、结论和建议

1）、对新近沉积沙土液化地层，采用振冲碎石桩进行处理，会取得很好消除砂土液化效果。同时对承载力比较低地层，还可以达到提供一定地基承载力的目的。

2）、在进行消除沙土液化地层处理后，再进行二元桩布桩，进行CFG桩进行地基加固处理提供承载力，可以取得理想的地基承载力提高值。

3）、对于地基土即存在沙土液化问题，有存在提高地基承载力的问题时，对碎石桩的布桩和CFG桩设计，要精心计算，做到二元桩布桩间距设计周到合理，以求两种桩型施工方便不冲突、效果良好。

4）、振冲碎石桩施工时，需要大量的施工用水，可以考虑采取使用基坑降水止水井的水，达到节省资源利用资源的目的。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.建筑地基处理技术规范JGJ79-2012［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012

[2]戴彦杰等跟管夯扩桩法加固地基和处理可液化地基土层的效果分析《岩土工程界》2001.4