軟巖復(fù)合地基樁間巖土承載特性現(xiàn)場試驗研究

胥彥斌， 鐘 靜， 胡 熠

(1. 綠地集團西南事業(yè)部，四川成都 610031；2. 中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川成都 610052)

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軟巖復(fù)合地基樁間巖土承載特性現(xiàn)場試驗研究

胥彥斌1， 鐘 靜2， 胡 熠2

(1. 綠地集團西南事業(yè)部，四川成都 610031；2. 中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司, 四川成都 610052)

軟巖復(fù)合地基是近年來軟巖地區(qū)新近發(fā)展出的一種地基基礎(chǔ)形式，可有效利用復(fù)合地基中軟巖的天然地基承載力，但目前對于軟巖復(fù)合地基中軟巖承載力發(fā)揮情況的研究并不多見。為了研究軟巖復(fù)合地基承載時樁間軟巖的承載特性，文章選取了具有代表性的軟巖復(fù)合地基工程，對復(fù)合地基中軟巖承載特性展開了現(xiàn)場試驗研究。實測結(jié)果表明，軟巖復(fù)合地基表層軟巖發(fā)揮的最大承載力達540 kPa，合理利用了軟巖天然地基承載力，是一種經(jīng)濟高效的新型軟巖地基加固處理方式。

軟巖； 復(fù)合地基； 承載特性； 現(xiàn)場試驗

近年來，為了能夠充分利用紅層軟巖的天然地基承載力，在成都地區(qū)的建筑地基基礎(chǔ)工程中采用軟巖大直徑樁復(fù)合地基設(shè)計方案的工程逐漸增多。相比過去常使用的樁-筏基礎(chǔ)方案，復(fù)合地基方案可以更好地利用軟巖的承載力，在天然地基承載力的利用上避免了浪費，同時軟巖復(fù)合地基中的大直徑樁可采用人工挖孔方式，消除了長螺旋鉆孔灌注法施工穿越卵石層時易引起的塌孔、埋鉆和堵管等問題，具有更好的經(jīng)濟性。但是目前對于軟巖復(fù)合地基中軟巖承載力發(fā)揮情況的研究并不多見，證明軟巖復(fù)合地基中天然地基承載力有效利用的數(shù)據(jù)十分缺乏。為了研究軟巖復(fù)合地基中紅層軟巖天然地基承載力發(fā)揮情況，提供軟巖復(fù)合地基作為一種地基基礎(chǔ)優(yōu)勢方案的支撐證據(jù)，本文選取了多個紅層軟巖復(fù)合地基工程，對軟巖復(fù)合地基樁間軟巖承載特性展開現(xiàn)場試驗研究。其研究成果可以為軟巖大直徑樁復(fù)合地基的推廣應(yīng)用提供大量可靠的支撐材料。

1 試驗場地選取

試驗場地的選取應(yīng)具有代表性，綜合考慮后選取成都塔子山壹號和綠地柏仕公館兩個軟巖復(fù)合地基工程進行現(xiàn)場試驗。其中塔子山壹號工程地基基礎(chǔ)采用普通大直徑樁軟巖復(fù)合地基，綠地柏仕公館則采用大直徑樁+CFG樁的多樁型軟巖復(fù)合地基。

選取塔子山壹號工程2號樓22、77和90號大直徑樁周邊樁間土進行測試。2號樓設(shè)計基底壓力約700 kPa，基礎(chǔ)直接持力層為強風化泥巖，大直徑樁采用正方形布置，樁徑1 100 mm，樁間距2 300 mm，樁端進入中風化泥巖500 mm以上，樁身混凝土強度等級為C20，復(fù)合地基中采用的褥墊層為碎石墊層，厚度為300 mm。塔子山壹號工程2號樓地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面示意如圖1所示。

圖1 塔子山壹號地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面

選取綠地柏仕公館8號樓復(fù)合地基中55號、95號大直徑樁和446號、729號CFG樁周邊樁間土進行測試。8號樓為地上32層、地下2層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約10.70 m，最大基底壓力約為600 kPa。復(fù)合地基采用大直徑樁+CFG樁，其中大直徑樁樁徑1 100 mm，樁間距2 800 mm，樁長不小于13 000 mm，樁端進入持力層中風化泥巖中500 mm以上，樁身混凝土強度等級為C20，采用正方形布置。為了提高表層地基承載力，還采用CFG樁對粘土層進行加固處理，CFG樁直徑400 mm，樁間距1 000 mm，樁長不小于4 000 mm，樁端應(yīng)進入持力層強風化泥巖中，樁身混凝土強度等級為C10，同樣也采用正方形布置。復(fù)合地基褥墊層為碎石墊層，褥墊層厚度為300 mm。綠地柏仕公館8號樓地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面示意如圖2所示。

圖2 綠地柏仕公館地層結(jié)構(gòu)及復(fù)合地基剖面

2 現(xiàn)場試驗方案

軟巖復(fù)合地基樁間土承載特性研究是為了掌握軟巖復(fù)合地基中樁間土承載力的發(fā)揮情況，采用在復(fù)合地基表層軟巖中埋設(shè)土壓力盒的方法進行測量。以塔子山壹號工程中土壓力盒子布置方式為例進行現(xiàn)場試驗方案的說明。現(xiàn)場布置的土壓力盒圍繞大直徑樁呈十字對稱分布，其中1～4號土壓力盒距離樁中心0.6 m，5～8號土壓力盒距離樁中心1.15 m。同時為了確定復(fù)合地基中樁-土的荷載承擔比，還在大直徑樁樁頂埋設(shè)了土壓力盒，測試大直徑樁樁頂?shù)膽?yīng)力，土壓力盒埋設(shè)平面布置如圖3所示。

圖3 土壓力盒布置方式示意

在綠地柏仕公館工程現(xiàn)場試驗中，除了按照上述的方法布置測試元件外，還在CFG樁樁頂設(shè)置了土壓力盒，測試CFG樁的樁頂應(yīng)力。

埋設(shè)的土壓力盒子需要在整個建筑結(jié)構(gòu)施工過程中持續(xù)監(jiān)測，當建筑結(jié)構(gòu)主體完工且測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定后才停止測試。

3 塔子山壹號工程現(xiàn)場試驗結(jié)果

3.1 復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力

根據(jù)施工過程中土壓力盒的測試結(jié)果繪制出隨樓層變化的復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力曲線圖。

22號樁周軟巖應(yīng)力隨樓層的變化曲線如圖4所示。從圖中可以看出，復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力隨樓層的增加而增大，距離大直徑樁較近的軟巖應(yīng)力要明顯小于距離大直徑樁較遠的軟巖應(yīng)力。當建筑結(jié)構(gòu)主體完工后，1、3號土壓力盒測得的應(yīng)力在170～200 kPa之間，5～8號土壓力盒測得的應(yīng)力在470～540 kPa之間。

圖4 22號樁周軟巖壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

復(fù)合地基77號大直徑樁周軟巖應(yīng)力隨樓層的變化曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，軟巖應(yīng)力隨樓層的增加而增大，距離大直徑樁較近位置測試得到的應(yīng)力要小于距離大直徑樁較遠的軟巖。建筑主體封頂后，1～3號土壓力盒測得的應(yīng)力在160～176 kPa之間，5～8號土壓力盒測得的應(yīng)力在321～526 kPa之間。

圖5 77號樁周軟巖壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

復(fù)合地基91號大直徑樁周軟巖應(yīng)力隨樓層的變化曲線如圖6所示。從圖中可以看出，復(fù)合地基表層軟巖壓力隨樓層的增加而增大，距離大直徑樁越近的位置測得的應(yīng)力越小。建筑主體封頂后，1～4號土壓力盒測得的應(yīng)力在192～227 kPa之間，5～6號土壓力盒測得的應(yīng)力在448～497 kPa之間。

圖6 91號樁周軟巖壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

3.2 樁-土應(yīng)力比

對現(xiàn)場測試得到的樁-土應(yīng)力比進行分析，在計算樁-土應(yīng)變力比時復(fù)合地基表層軟巖應(yīng)力采用距離樁中心0.6 m和1.15 m的土壓力盒測試平均值。計算得到22號、77號和91號樁的樁-土應(yīng)力比隨樓層的變化曲線如圖7所示。從圖中可以看出，隨著樓層的增加，樁-土應(yīng)力比曲線大致表現(xiàn)為先增大后逐漸趨于穩(wěn)定的規(guī)律，樁土應(yīng)力比始終在3～4.5之間，當建筑結(jié)構(gòu)主體完工后，22號樁附加的樁土應(yīng)力比最大，約為4.5，91號樁附加的樁土應(yīng)力比最小，約為3.5。

圖7 樁-土應(yīng)力比隨建筑層數(shù)變化曲線

4 綠地柏仕公館工程現(xiàn)場試驗結(jié)果

4.1 復(fù)合地基表層樁間土應(yīng)力

同樣根據(jù)施工過程中樁間土壓力測試結(jié)果繪制出隨樓層變化的樁間土應(yīng)力曲線圖。

55號大直徑樁周圍樁間土應(yīng)力曲線如圖8所示，圖中2～4號土壓力盒距大直徑樁中心0.6 m，6～8號土壓力盒距大直徑樁中心1.4 m。從圖中可以看出，樁間土壓力隨樓層的增加而增大，距離大直徑樁較近的土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力要小于距離大直徑樁較遠的土壓力盒。建筑結(jié)構(gòu)主體完工后，1號、2號和3號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力在66～86 kPa之間，6～8號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力在140～175 kPa之間。

圖8 55號樁樁間土壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

95號大直徑樁周圍樁間土應(yīng)力曲線如圖9所示，其中1～2號土壓力盒距大直徑樁中心0.6 m，6～7號土壓力盒距大直徑樁中心1.4 m。從圖中可以看出，與55號大直徑樁樁間土壓力測試結(jié)果相似，距大直徑樁較近的土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力小于距離大直徑樁較遠的土壓力盒。建筑結(jié)構(gòu)主體完工后，1號、2號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力分別為102 kPa和113 kPa，6號、7號土壓力盒測得的樁間土應(yīng)力分別為193 kPa和226 kPa。

圖9 95號樁樁間土壓力隨建筑層數(shù)變化曲線

4.2 軟巖壓力推算

由于復(fù)合地基中的CFG樁僅對復(fù)合地基表面的粘土層和卵石土層進行了加固，復(fù)合地基中CFG樁的直接持力層為強風化泥巖，因此可以根據(jù)粘土層應(yīng)力、大直徑樁樁身軸力和CFG樁樁底壓力測試結(jié)果大致推算出強風化泥巖表面的應(yīng)力大小。根據(jù)CFG樁樁身軸力和樁徑計算得出CFG樁樁底平均應(yīng)力約548 kPa，同時大直徑樁在深度4 m處(強風化泥巖位置)的樁身軸力要小于樁頂壓力，因此在深度4 m處的樁間土應(yīng)力要大于復(fù)合地基表面的樁間土應(yīng)力，最后綜合上述依據(jù)可以推測出，強風化泥巖表面最大應(yīng)力約為548 kPa，位于CFG樁樁底位置，平均應(yīng)力(按照粘土層傳遞到強風化泥巖中的應(yīng)力和CFG樁樁底應(yīng)力算術(shù)平均值計算)約為273 kPa。

4.3 樁-土應(yīng)力比

根據(jù)樁頂壓力和樁間土應(yīng)力平均值，繪制出隨樓層變化的復(fù)合地基樁-樁和樁-土應(yīng)力比曲線，如圖10所示。從圖中可以看出，大直徑樁與樁間土的應(yīng)力比隨樓層增加呈現(xiàn)出先增大后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，當建筑結(jié)構(gòu)完工后，大直徑樁與樁間土的應(yīng)力比約為14；大直徑樁與CFG樁的應(yīng)力比約在1.8～2之間，CFG樁與樁間土應(yīng)力比約在4.5～5之間。

圖10 復(fù)合地基樁土應(yīng)力比曲線

5 結(jié)論

(1)塔子山壹號工程現(xiàn)場測試結(jié)果表明，軟巖復(fù)合地基中軟巖應(yīng)力隨著與樁中心距的增加而增大。當建筑結(jié)構(gòu)主體完工后，距樁中心0.6 m處的軟巖平均應(yīng)力為190 kPa，距樁中心1.15 m處的軟巖平均應(yīng)力為468 kPa。樁-土應(yīng)力比曲線大致表現(xiàn)為先增大后逐漸趨于穩(wěn)定的規(guī)律，基本維持在3～4.5之間。

(2)根據(jù)綠地柏仕公館工程中的測試結(jié)果表明，樁間土應(yīng)力隨著與樁中心距的增加而增大，當建筑結(jié)構(gòu)主體完工后，距離樁中心0.6 m處的樁間土平均應(yīng)力約為87 kPa，距

離樁中心1.4 m處的樁間土平均應(yīng)力約為184 kPa。并按照應(yīng)力傳遞推算出強風化泥巖最大應(yīng)力約為548 kPa，平均應(yīng)力約為273 kPa。大直徑樁與樁間土的應(yīng)力比約為14；大直徑樁與CFG樁的應(yīng)力比約在1.8～2之間，CFG樁與樁間土應(yīng)力比約在4.5～5之間。

(3)從現(xiàn)場兩個工程中的測試結(jié)果來看，軟巖復(fù)合地基在承載過程中樁間巖土承受了一定量的荷載，有效地利用了自身的天然地基承載力，是一種經(jīng)濟高效的新型軟巖地基加固處理方法。

[1] GB 50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 閆明禮, 張東剛. CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實踐[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2001.

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中建股份科技研發(fā)課題(項目編號:CSCEC-2014-Z-22)

胥彥斌，男，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，主要從事建筑工程管理工作。

TU472

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[定稿日期]2016-01-28