CFG桩处理局部软弱地基土的工程实践

2005年3月

广西大学学报(自然科学版)

JournalofGuangxiUniversity(NatSciEd)Vol.30,No.1　Mar.,2005　

α

文章编号:100127445(2005)0120013204

CFG桩处理局部软弱地基土的工程实践

罗　捷,蒙晓红

(广西大学设计研究院,广西南宁530004)

摘要:对某高校住宅楼局部分布的灰黑色淤泥软粘土地基采用CFG桩处理,分别用三个不同的经验公式计算了面积置换率与复合地基承载力.计算结果显示,不同的公式所得的结果存在较大差异、计算变形较实测变形为大,说明本工程的参数取值是安全的;另外计算与实测相比,说明地基参数的取值还待挖掘,同时也说明经验与实际情况还有很大的差距,因此在实践中注意积累地区经验尤其重要.关键词:CFG桩;软弱土;置换率;变形量;地基承载力中图分类号:TU4;P642　　　文献标识码:A

1　工程概况

某高校住宅楼长轴为东西向,在建筑物的西侧分布灰黑色淤泥软粘土,宽约13～20多米,在剖面上呈“或“字型,深11.5m.场地地基岩土层的力学特性如表1.U”V”

表1　地基土的力学特性

层位①22粘土②粘土③粉质粘土④粉质粘土⑤圆砾

承载力标准值fK(kPa)

120240230150400

压缩模量建议值Es1-2(MPa)

5.0012.08.005.5025.0

　　①22层灰黑色软粘土呈软塑——流塑,承载力低,变形大,易造成地基土沿倾斜面产生滑移、塑性挤出和上部结构发生不均匀沉降.因此不宜作为浅基础地基持力层.因其作为地基主要受力层,必须要进行处理.拟采用复合地基加固处理,采用CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)处理方案.处理的基本原则是保证处理后的复合地基的刚度与天然地基的②层粘土、③层粉质粘土的刚度基本保持一致,以减少不均匀沉降,满足设计对地基承载力与变形的要求.

2　CFG桩复合地基设计计算

2.1　设计参数

设计计算按土层分布最不利情况进行:

①21耕植土深度:0～1.3m,厚1.3m;①22灰黑色软粘土深度:1.3～11.5m,厚10.2m;④粉质粘土深度:11.5～14.5m,厚3.0m;⑤圆砾深度:14.5～16.4m.

桩长取13.5m,按基础埋深d=1.5m计算,桩顶在地面下1.5m,桩端持力层入圆砾层深度取0.5m.桩穿越①22灰黑色软粘土厚度取11.5～1.5=10.0m、④粉质粘土厚度取3.0m.在复合地基和基础之间设置厚度为300mm的压实褥垫层,垫层材料宜选用粒径不超过3cm的级配砂石、碎石、粗砂、中砂;压实系数大于0.95.桩体强度等级为C15,无侧限抗压强度平均值fcu,k=10000kPa.塌落度要求为80～100mm,含砂率为38%～40%.桩头为5400预制桩头,混凝土强度等级为C30.施工完成

α

收稿日期:20041225;修订日期:20050125

作者简介:罗　捷(1965),男,广西平南人,广西大学工程师.

14广西大学学报(自然科学版)第30卷　

后,要求CFG单桩竖向承载力标准值≥270kN,复合地基承载力标准值≥220kPa.对单桩、复合地基承载力根据规范各选取至少三点进行静载试验进行检测.桩身质量可通过动测法检测,检测数至少不小于20%.

各层土桩侧阻力标准值qs、桩端阻力标准值qp(kPa)采用表2中相应的数值分别除以桩基竖向承载力抗力分项系数Χ.75.sp=1

表2　桩基参数

层位①22粘土②粘土③粉质粘土④粉质粘土⑤圆砾

　　　注:表中数值为沉管灌注桩采用.

侧阻力标准值qsik(kPa)

10󰃗1.7560󰃗1.7550󰃗1.7530󰃗1.753500󰃗1.75

端阻力标准值qpk(kPa)

2.2　CFG桩复合地基设计复合地基承载力的计算方法,一般是分别确定桩体和桩间土的承载力,再按一定的的原则叠加得

到.由以下三个途径计算与校核CFG桩复合地基承载力及面积置换率:

方法一[1]:

×fs,kfsp,k=[1+m(n-1)]Β×Α

在式中取n=18,Β=0.75,Α=1,fs,k=120kPa,fsp,k=220kPa,经计算面积置换率m=8.50%.公式符号的含义如下:fsp,k—复合地基的承载力标准值;m—CFG桩面积置换率;n—桩土应力比;

—桩间土提高系数.fs,k—桩间天然地基土承载力标准值;Β—桩间土发挥系数;Α

方法二[2]:d

(JGJ94294)、(JGJ79279)、《建筑桩基技术规范》《建筑地基处理技术规范》《建筑地基基础设计Rk按

(GBJ7289)计算,并取较小值规范》.

(JGJ94294)的5.2.223式:R=ΓsQsk󰃗由《建筑桩基技术规范》Χs+ΓpQpk󰃗Χp+ΓcQck󰃗Χc,不考虑承台效

应,取Γc=0,Γs=0.85,Γp=1.49,Χ.75,得:s=Χp=Χsp=1

R=[ΓsUp

再据《建筑地基基础设计规范》规定:单桩竖向承载力设计值等于1.2倍单桩竖向承载力标准值,即

dd

R=1.2Rk得:单桩竖向承载力标准值Rk=R󰃗1.2=490.56󰃗1.2=408.8kN

(JGJ79291)中式(9.2.222)式:Rd由Rd《建筑地基处理技术规范》fcu,kAp=439.95kNk按k=Γ

d

Rk取两者中较小值,按408.8kN进行设计.

Rk(JGJ79291)中(9.2.221)式:fsp,k=m面积置换率由《建筑地基处理技术规范》+Β(1-m)f

Ap

算得:m=5.37%.

d

sk

6

qsili+ΓpApqpk]󰃗Χ.56kNsp=490

计

公式符号的含义如下:Rdk—单桩竖向承载力标准值;Qsk,Qpk—单桩总极限侧阻力和总极限端阻力

标准值;Qck—任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值;Γs,Γp,Γsp,Γc-桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、桩侧阻端阻综合群桩效应系数、承台底土阻力群桩效应系数;Χ桩侧阻s,Χp,Χsp,Χc-抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数、桩侧阻端阻综合抗力分项系数、承台底土阻抗力分项系数;Up—桩周长;qsik-各层桩周土的极限侧阻力标准值;li-桩进入各土层的深度;Ap-桩的截面积;qpk-极限桩端阻力标准值.

方法三[3]:d

(JGJ79-91)中式(9.2.2-2)和式(9.2.2-3)计算,并取两Rk分别按《建筑地基处理技术规范》

者中较小值:

d

Rk=Γfcu,kAp=0.35×10000×0.1257=439.95kN

第1期罗　捷等:CFG桩处理局部软弱地基土的工程实践15

Rk=Up

d

[1,2567×(10×10.0+30×3.0)]󰃗1.75+0.5×0.1257×400=161.58kNd

(JGJ79-91)Rk取两者中较小值,按161.58kN进行设计.面积置换率由《建筑地基处理技术规范》

6

qsili+ΑApqp=

中(9.2.2-1)式f

sp,k

Rk=m+Β(1-m)f

Ap

d

s,k

计算得:m=13.9%

公式符号的含义如下:Γ—强度折减系数;fcu,k—与CFG桩桩身加固土配比相同的室内加固试块的无侧限抗压强度平均值;Β—桩间土承载力折减系数;Α—桩端天然地基土的承载力折减系数;qp—桩端天然地基土的承载力标准值.2.3　计算结果分析

上述三方法计算的面积置换率依次为:8.50%、5.37%、1319%.相差比较大的原因在于:方法二计

d

算出的m为5.37%过小,是因为Rd.9%).k过大造成的;而方法三得出Rk的过小,则造成m值偏大(13

d

Rk过大,在实际施工中若不加强施工质量,CFG单桩竖向承载力标准值难以达到这个数值.在面积置换率为13.9%的情况下,取如此小的Rd.另外,从实践来看,CFG桩复合地基面k值,不符合实际情况积置换率不宜超过10%.(JGJ79291)中(9.2.221)公式:取面积置换率为8.50%,设计的复合地由《建筑地基处理技术规范》

基的承载力标准值fsp,k为220kPa,反算得出CFG单桩竖向承载力标准值为260.4kN,在实际施工中,CFG单桩竖向承载力标准值Rd.4kN可以得到保证.取面积置换率为5.37%,CFG单桩竖向k达到260承载力标准值Rd.4kN,计算得到的复合地基的承载力标准值fsp,k仅为156.5kPa,因此在面积k为260

置换率为5.37%情况下,实际施工时必须依靠加强施工质量来提高CFG单桩竖向承载力标准值,若不加强施工质量,CFG单桩竖向承载力标准值难以得到保证.因此经综合分析,取面积置换率为8.50%进

mA0.085×139.59行CFG桩复合地基设计.共求得总桩数为:N===94.3,取95根,沿基础长边

Ap0.1257

方向,按三角形交错均匀布置,桩中心距一般为1.20～1.50m,大于3d(d为桩直径).2.4　沉降计算

CFG桩复合地基与天然地基沉降计算均按条形基础考虑,基础宽度B取1.5m;CFG桩复合地基按假想实体条形基础进行计算.

(1)CFG桩复合地基沉降量S计算

CFG桩复合地基沉降量S分为三部分:压实褥垫层沉降S0、复合地基压缩沉降S1(上部加固区)和圆砾层的压缩沉降S2(加固区下卧层)组成.压实褥垫层沉降S0可忽略不计.

S=S0+S1+S2

其中:

(2ESP)=0.0246mS1=(P0+PZ)L󰃗

式中:P0=P-Χ20×1.5=190kPa;P0—基底附加压力;P—基底压力取220kPa进d=220-(B+行计算;Χ—基础底面以上土的加权重度取20kN󰃗m3;d—基础底面埋深取1.5m;PZ=P0B󰃗

)=136.42kPa;PZ—复合地基底部附加应力;B—)=190×1.5÷(1.5+2×13.5×tg1.25°2ZtgΗ

复合地基宽度取1.5m;Η—扩散角(Υ󰃗4度).Υ为①-2与④层土平均内摩擦角,取5度;Z—复合地基底面深度(13.5m);ESP=mEP+(1-m)ES=0.085×1000+(1-0.085)×5=89.575MPa;ESP—复合地基的压缩模量;ES—土的压缩模量(5.0MPa);EP—桩的压缩模量,EP=(100～120)fcuk=10×100=1000MPa.其中fcuk=10MPa,Es—压缩模量(kPa).

S2=ΩsS’=ΩsS′

6

n

i=1

P0(ZiΑZi-1Αi-i-1)ESi

n—沉降计算深度范围划分的土层数;P0—基底附加压力;Α—平均竖向附加应力系数;Ωi,Αi-1—s—

沉降计算经验系数;B—取基础宽度为1.5m.取0.5B进行计算,即0.5B=0.75m;Z—深度(m);B—宽度(m)

16广西大学学报(自然科学版)第30卷　

(2)天然地基沉降量计算(同S2计算式)

CFG桩复合地基与天然地基沉降差见表3.

表3　沉降量计算值与实测值比较(m)

项目

上部CFG桩复合地基沉降量下部圆砾层沉降量总沉降量计算值

复合地基最大沉降

0.02460.01260.0372

0.0484

0.0112

天然地基最大沉降复合地基沉降与天然地基沉降差

3　结　语

(1)设计中采用三种经验公式,所计算出的面积置换率不同,说明对地基认识上的差异可以带来较大的误差;

(2)实测变形表明,实测的差异沉降较计算值小,说明参数取值是偏于安全的;

(3)通过计算与实测对比表明,在对地基参数的取值方面还有挖掘的潜力,同时也说明经验与实际

情况还有很大的差距,因此成功的经验对理论计算有很好的借鉴意义,注意积累地区经验尤其重要.

参考文献:

[1]　刘景政.地基处理与实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]　中国建筑科学研究院主编.建筑桩基技术规范(JGJ94294)[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.[3]　中国建筑科学研究院主编.建筑地基处理技术规范(JGJ79291)[M].北京:中国建筑工业出版社,1991.

EngineeringpracticeonweaksoilinpartareawasdealtwithCFGpile

LUOJie,MENGXiao2hong

(GuangxiUniversityDesign&ResearchInstitute,GuangxiNanning530004,China)

Abstract:MakinguseofCFGpile,whichdealtwithweaksoilforbuildinanuniversity.threediffer2entformulawasusedtocalculatereplacementratioandcomplexgroundcapacity.Theresultshowthatdifferentresultcalculatedbydifferentformula,calculateddeformationisthebiggerthansur2veyedinfact.inthisengineer,Parameterwhichwehadusedissafety.comparewithcalculatedandsurveyeddeformation,Parameterwhichwehadusedisconservative.itisveryimportanttoaccumu2lateengineeringexperienceinregion,becauseitisdifferencebetweenengineeringexperienceandtruecase.

Keywords:CFGpile;weaksoil;replacementratio;deformationquantity;groundcapacity

(责任编缉张晓云)