【摘要】本文闡述了在地基處理施工中,擴底灌注CFG樁及其優點在工程中得到應用。
　　【關鍵詞】擴底灌注CFG樁;復合地基；分析
　　0前言
　　擴底灌注CFG樁復合地基是以人工擠密樁端持力層和擴底的樁頭為載體,以上部灌注的CFG樁和擠密后的樁間土為結合體的復合地基,該施工工藝使得樁和樁間土形成一個水平向和豎向的增強體,保證處理后的復合地基完整均一。擴底灌注CFG樁地基承載力提高幅度較大,并具有很大的可調性,無論是軟土還是硬土,都可以通過不同樁徑、樁長和置換率,滿足通常建筑對地基承載力的要求,具有施工質量易控制、改善樁間土和樁端土性能、施工簡便等特點。
　　1施工工藝及加固機理分析
　　1.1施工工藝
　　采用夯擴機械施工,夯擴機械主要由護筒和柱錘組成,其中柱錘重量3.5~4.0t,直徑40cm左右,長6.0~8.0m。施工工藝如下:
　　1)將夯機就位并調整平穩,作業人員應從鉆機正面與側面兩個相互垂直方向,采用吊錐線進行垂直度檢查,及時調整夯機位置,保證護筒及柱錘垂直,并將錘心對準樁位中心點;
　　2)把柱錘吊起后自由落下,落距可根據設計確定,通過柱錘自由落下產生的強大沖擊力進行沖擊成孔施工,沖擊成孔與護筒跟進護壁基本同步進行,保證孔壁在沖擊成孔過程中不塌孔,同時起隔水作用,通過柱錘的反復沖擊成孔,直至達到設計深度;
　　3)沖孔達到設計要求深度后,人工向護筒內填入干硬性CFG混合料(用天然級配砂石或碎石攪拌),填料量多少則由夯錘的夯擊能量以及成樁直徑所確定。對于夯成直徑600mm左右的擴大頭,一般填料量為每次0.25~0.30m3左右,采用3.5~4.0t柱錘,落距大于5.0m,夯擊次數3~5次。擴底成樁過程中,需保證在護筒以外形成擴大頭,當孔底經夯實后,再分層填料,分層夯實,直至使擴大頭達到設計要求的長度和直徑;
　　4)當擴底成樁完成后,人工向護筒內灌注CFG混凝土至施工樁頂標高,灌注過程中需要振搗,灌注完畢后,拔出護筒,將夯機移位,振搗灌注的混凝土,成樁施工完畢。
　　1.2加固機理分析
　　擴底灌注CFG樁復合地基靠提高的樁端端承力、樁周側摩阻力和被擠密的樁間土共同發揮作用,樁和樁間土的承載力提高幅度都很大。該處理工藝在成樁過程中采用柱錘沖擊成孔,成孔過程中樁間土被強行擠向四周,樁間土體經過擠密固結得到了水平壓縮,提高了處理范圍內的樁間土地基承載力。這一過程不只是一個打樁過程,也是對樁間地基土處理的過程。在擴底成樁過程中,采用柱錘夯擊干硬性混凝土進行強行擴充,在樁端部位形成了一個擴大頭,擴大頭四周的土經過排水固結,得到了擠密加固,形成了一個良好的“人造樁端持力層”。而夯擴形成的擴大頭,又是上部CFG樁的載體,提高了CFG樁的端承力。相應地,復合地基承載力也大大提高。采用沖擊成樁使干硬性混凝土料在孔底向下和四周擴散擠密,使樁的擴大頭的長度加長,直徑加粗。在一個場地施工時,根據土層的軟硬程度,適時調整貫入度(或錘擊數)和填料量不但有效地控制擴大頭的擠密程度,亦可有效控制擴大頭的長度和直徑,使各樁的承載力都達到了比較一致的程度,從而消除了地基的不均一性,使整個場地形成了一個比較均一的復合場地。
　　擴底灌注CFG樁的加固機理主要有擠密機理、置換機理、振密機理。這種成樁過程是集擠密、置換、排水固結、振密等作用于一體,形成了以人工擠密樁端持力層和擴底樁頭為載體,以人工灌注的CFG樁和擠密后的樁間土為結合體的完整均一的復合地基。
　　1.3適用范圍
　　該施工工藝采用跟管方式防止縮頸,防止地下水和泥土的進入,可以充分保證樁體的連續性和完整性,也可有效控制擴大頭的施工直徑①。它是處理軟土地基及復雜場地的優選方法,其適用范圍較普通CFG樁廣,對工程地質條件有較大的適應能力,不僅適用于有地下水位情況,還適用于樁端持力層承載力較低的粉土、粉質粘土等,并對存在雜填土和軟弱土層的情況仍能適用,且處理效果明顯。該施工工藝對于處理深度范圍內存在砂土等硬夾層的情況不適用,當砂層厚度超過30cm時,受柱錘沖擊的影響,砂土越擠越密,不利于跟管,因此,夯擊成孔困難,且單樁施工時間較長,并對臨樁產生不利的影響。擴底灌注CFG樁施工工藝的缺點是受目前設備自身條件限制,不能施工超過12.0m的樁長,另外,樁長越長會致成孔、成樁速度較慢,影響施工工期,且不經濟。
　　2工程實例及檢測成果分析
　　2.1工程實例
　　某工程±0.00標高為44.60m,基礎型式為柱基,基礎埋深大部分為-2.1m,持力層為②層粘質粉土,其承載力不能滿足設計要求,需對地基進行加固處理,處理后的地基承載力達到350kPa,處理后的復合地基土的壓縮模量滿足E>21.13MPa。
　　根據勘察報告資料,場地內地層自上而下分布有:①層素填土,厚度一般0.3~2.7m;①1層雜填土,厚度0.3~3.6m;②層粘質粉土,厚度3.2~7.4m;②1粘土,本層厚度0.3~1.7m③層粉質粘土,厚度0.5~6.0m;③1層砂質粉土,厚度0.5~2.5m;③2重粉質粘土、粘土,厚度0.5~3.5m;④層粉質粘土,厚度3.0~3.8m;⑤層重粉質粘土,厚度3.1~3.3m;⑥層砂質粉土,最大揭露厚度1.2m;各層土的物理力學性質指標見表1。場地內有第一層水為潛水,穩定水位埋深5.0m~7.0m,水位標高為36.01~39.30m;第二層為層間水,穩定水位埋深13.3~13.4m,水位標高為30.31~30.62m。場地地下水對混凝土無腐蝕性。
　　表1各層土物理力學性質指標統計表
　　            　　
　　根據勘察報告,本工程場地沒有較好的樁端持力層,當采用鉆孔壓灌CFG樁復合地基方案時,樁間土發揮的作用小,施工樁長較長,且成孔出土量大,浪費材料嚴重,增加后期渣土處理難度和費用,工程造價相當高。當采用夯擴樁復合地基方案時,樁長雖相對較短,無樁孔出土,樁間土得到擠密,但對于本場地的地層條件,用料無疑會增多,還有可能出現地面隆起現象,且施工工期很難保證�；�于此,將CFG樁和夯擴樁的優點集于一體,提出擴底灌注CFG樁概念。工程設計在保證滿足承載力和變形要求以及樁土變形協調的原則下,采用擴底灌注CFG樁復合地基處理方案。依據規范公式計算,設計有效樁長8.5m,其中上部6.0m樁徑為400mm,采用人工灌注CFG樁料;下部2.5m樁徑600mm,采用干硬性混凝土擴底,擴大頭樁端定在③層粉質粘土和③1層砂質粉土上。在進行單樁承載力設計時,考慮到樁端土③層粉質粘土和③1層砂質粉土土質得到加固振密,將樁的極限端承力提高了1倍,取1100kPa;經計算,單樁豎向承載力為400kN,樁體強度為C25。本工程設計和施工時均考慮了地下水和軟弱土層的影響,但從施工前期的試樁效果和施工后期的檢測成果來看,采用該施工工藝對存在地下水和軟弱土層情況具有很大的適應性。
　　2.2檢測成果分析
　　為檢驗施工質量和積累經驗,該工程共在7處進行了復合地基載荷試驗,同時在2處進行了單樁靜載荷試驗,檢測成果分別見圖1、圖2。從圖1可以看出,復合地基沉降變形小,且沉降差比較穩定,累計沉降量為17.02mm~21.26mm,由此表明,處理后的場地不僅滿足地基承載力的要求,而且是變形比較均一的復合場地;檢測成果圖2表明,該工程的單樁極限承載力較高,達到900kN還沒有破壞,且沉降僅為36.98mm。將其與設計的單樁承載力對比,不難推斷,按規范的公式進行計算單樁承載力,還偏于保守,應根據樁端土層的性質,適當對端承力進行修正。此外,對抽取總樁數的10%的樁進行低應變動力試驗成果表明,絕大多數樁為Ⅰ類樁,少數為Ⅱ樁,表明樁身完整性良好,也進一步證明了該施工工藝的可行性。
　　   
　　3結束語
　　1)擴底灌注CFG樁采用重錘沖孔不但無出土量,而且增大樁間土的擠密效果,并且有效地控制樁頂標高,節省材料,減少后期處理難度,經濟效益明顯。
　　2)擴底灌注CFG樁采用擴底施工工藝能有效地改善樁端持力層土的性質,提高樁端土層的端承力;而夯擴形成的擴大頭,又是上部CFG樁的載體,大大提高單樁承載力。
　　3)擴底灌注CFG樁施工工藝采用跟管護壁是處理軟土地基及復雜場地的優選方法,對存在飽和軟土或地下水情況仍可適用,且處理效果明顯。
　　4)擴底灌注CFG樁施工的關鍵工序為跟管、擴底和振搗;成樁質量以填料量和貫入度控制。
　　5)從該工程施工和檢測的成果看,復合地基承載力提高幅度大,且均勻性好,沉降量小,沉降穩定快。對于單樁承載力的計算,采用規范的計算公式,比較保守,還需對樁端土的端承力進行修正。