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岩土研究院

CFG 桩联合碎石桩处理可液化饱和软土地基

358 2022-05-31 11:01:47

(一)工程和地质状况

山西某煤炭基地建筑工程占地13500m²,拟建主要建筑包括机修车间、大型设备库、综合楼及住宅楼,其中机修车间、设备库等工业设施采用排架结构,独立基础,柱距6.0m,跨度 20~24m,地基承载力设计要求∶机修车间,2号设备库为 200kPa,1号设备库为160kPa;综合楼和住宅楼采用框架结构,筏式基础,地基承载力设计要求为 130kPa。拟建场地位于汾河一级阶地,住宅区和设备库段,场地平缓,地表长年积水,形成,沼泽地貌景观,机修车间段回填土高 2.3m。场地范围内自上而下各土层及其物理力学性能指标,见表8-55。由于地基持力层Ⅱ层粉质粘土承载力标准值为70kPa,下卧层Ⅱ层粉土承载力标准值仅为60kPa,不能满足地基的设计要求,此外,该地区地震基本烈度为8度,粉土层顶覆盖厚度仅1.0~2.2m,标准贯人击数和比贯入阻力均小于液化判别标准贯人锤击数临界值N。和液化判别比贯入阻力临界值 p,局部地段液化指数达37.9,最大液化深度达7.5m。因此,必须进行地基加固处理。


(二)地基处理方案的选择

根据场地的地质状况,对多种地基加固方案从经济上和技术上进行了分析和比较。


1.钢筋混凝土钻孔灌注桩加固方案


此方案安全可靠,能完全满足设计要求,但地基土的高灵敏度给施工带来极大困难,加之排污工作量大,导致施工费用过高,甲方难以承受,因此不能采纳。


2.水泥粉体搅拌桩(或称粉喷桩)加固方案

粉喷桩是近年来对软弱地基加固处理的一种新方法,施工噪音低,无污染,水泥土桩复合地基可满足设计要求,但经济上仍不尽合理。


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(三)地基的加固

1.地基的加固设计

由于 CFG桩与碎石桩组合型复合地基中的主要加筋体是 CFG 桩,碎石桩的设置可加速土体的固结,提高土体的抗剪强度,因而在组合型复合地基设计时,将碎石桩与天然地基作为 CFG桩的复合桩间土,复合桩间土与CFG 桩共同构成复合地基承担上部结构传来的荷载。复合地基的承载力可按下式估算


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2.地基的施工设计

由于本场地的主要受力层置、N层粉土的灵敏度分别达11.4和6.4,属结构性极强的灵敏性土,因此选择适合的施工方案及施工机具,减少施工对地基土的扰动是极为重要的。施工设计确定先采用锤击沉管法打设碎石桩,在饱和土层中设置竖向排水通道;再以振动沉管法打设CFG桩,利用已设置的排水井消散振动沉管引起的超孔隙水压,以加速土体的固结,土体强度的恢复和提高。施工时,为减少施工对地基土的扰动,要求采用隔行隔排的跳打方式施工;并要求碎石桩每米的充盈系数不低于1.6,CFG桩每米的充盈系数不小于2.0,以保证桩体的施工质量。


3.桩体材料的配方设计

碎石桩的填料采用75%的粒径在20~50mm间的级配碎石和25%的含泥量小于7%的石屑或中、粗砂的混合材料,碎石的干重度大于20kN/m²。

CFG桩的采用掺有适量普通硅酸盐水泥的体积比为1∶0.25∶0.5的碎石∶粉煤灰 |中、粗砂混合料,桩体混合料的强度不得低于9.8MPa,填料的水灰比控制在0.6~0.7。


(四)地基的加固效果

在桩体施工结束一个月后,在现场分别进行了复合地基的静载荷试验,桩间土的标准贯入试验和十字板抗剪强度试验,对 CFG 桩还分别采用小应变动力测桩法和桩芯试快取样法进行了承载力和试块的抗压强度试验,以检验加固的效果和施工的质量。


1.复合地基静载试验

加固处理后,分别在设备库、机修车间。综和楼和住宅楼选择土质较差的地段进行了静力载荷试验,组合型复合地基的承载力基本值取 0.015倍荷载板宽度的沉降值对应的载荷值。静载试验结果见表8-57。


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试验表明,经 CFG 桩和碎石桩联合加固处理后,地基承载力都满足了设计要求,由于复合地基静载试验是在打桩后1个月即进行的,虽然此时 CFG 桩混合材料的水化反应尚未结束,桩身强度还相对较低。但复合地基承载力已达到相当高的水平,随着时间的椎移,地基承载还将会进一步提高。


2.小应变动测法桩体承载力测试结果

采用小应变动测法对 CFG 桩的抽测结果表明,采用振动法成桩,直径为 377mm、长10.0m 的 CFG桩承载力标准值可达 24lkN;采用锤击沉管法管内投料法成桩,直径为403mm,长9.5m 的 CFG 桩,承载力标准值可达175kN。可见在本场地中采用振动沉管成桩法施工的CFG 桩比锤击沉管法施工的CFG 桩桩身质量好,承载力高。


3. CFG桩混合料的抗压强度

通过对预留试块和 CFG 桩取芯试块的抗压试验(见表 8-58)表明,标准养护条件下和现场实际养护条件下混合料立方体抗压强度的增长速率是不同的,现场实际状况下桩身混合料强度的增长滞后于标准养护条件下的桩身混合料立方体强度的增加,但在 28d 时仍已达到了设计的桩身强度。从标准条件下试块强度增长的趋势看,其后期强度将会大幅度提高,所以CFG 桩复合地基的承载力 28d后强度的增长幅仍会很大,具有较大的后劲。


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4.标准贯人试验

对桩间土的标准贯入试验表明(表 8-59),经碎石桩和 CFG 桩加固后,场地可液化土层的液化完全消除,桩间土得到挤密,承载力得到提高。


4.标准贯人试验

对桩间土的标准贯入试验表明(表 8-59),经碎石桩和 CFG 桩加固后,场地可液化土层的液化完全消除,桩间土得到挤密,承载力得到提高。


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5.桩间土十字板抗剪强度试验

加固后一个月的桩间土十字板抗剪强度试验表明,由于采用了合适的施工方案和施工工艺,并且设置了排水通道。加固施工中的超孔,隙水压得以迅速消散、桩间主得以迅速固结,桩间土承载力得到较快的恢复并提高,第 Ⅱ层和第Ⅲ层土体的十字板抗剪强度由加固前的 15kPa和13kPa,提高到 25kPa和 36kPa,增长幅分别达66、7%和176.9%,也反映出粉土地基强度的提高幅较粉质粘土更高,土体的固结速率更快。


6.沉降观测

从主体结构基础施工起至综合楼、住宅楼竣工后的连续观测结果表明,地基沉降极其平稳均匀,沉降值大致在1.0~1.5mm,远小于规范的容许值,地基加固取得了满意的效果。


(五)经济分析

按 1992 年年底的施工决算价,该工程总建筑面积为1596lm²,地基处理单价费用为58.8元/m²,其中 CFG桩18.5元/m2²,碎石桩17元/m;是采用粉喷桩施工费用的58%,钢筋混凝土钻孔桩的35%,显示出良好的经济效益。