桂林市勘察设计研究院 541002
【摘要】岩溶区高层建筑地基基础存在着稳定性差、承载力不足、变形较大等问题，应用CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）地基加固处理技术，能够较好的解决这些问题，并且具有工程造价低，施工环境污染小的特点。本文结合岩溶地区的相关特性，以具体工程实例为依托，研究了该技术在岩溶地区高层建筑地基处理中的应用。
【关键词】CFG桩地基加固； 岩溶地区； 高层建筑；
前言
CFG桩的骨干材料为碎石粗骨料，石屑为中等粒径骨料，以改善桩体级配，增强桩体强度；粉煤灰是细骨料，具有低强度等级水泥的作用，可使桩体具有明显的后期强度。这种地基处理方法具有以下优势：一是施工工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也小；二是所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，节约材料；三是可充分利用工业废料，利于环保；四是施工可不受地下水位的影响。此外CFG桩和其他复合地基的桩型相比，它的置换作用很突出，这是CFG桩的一个重要特征。对一般黏性土、粉土或砂土，桩端具有好的持力层，经CFG桩处理后可作为高层或超高层建筑地基。
1岩溶对建筑工程的不利分析
岩溶地区地基的安全稳定性关系到工程项目的成败，根据多年的工程实践经验，将岩溶地基对工程的影响归结如下。
1）当溶沟、溶槽、石芽、漏斗、洼地等密布发育，致使基岩面参差起伏，其上又有松软土层覆盖时，土层厚度不一，常可引起地基不均匀沉降。
2）当基础砌置于基岩上，其附近因岩溶发育可能存在临空面时，地基可能产生沿倾向临空面的软弱结构面的滑动破坏。
3）在地基主要受压层范围内，存在溶洞或暗河且平面尺寸大于基础尺寸，溶洞顶板基岩厚度小于最大洞跨，顶板岩石破碎，且洞内无充填物或有水流时，在附加荷载或振动荷载作用下，易产生坍塌，导致地基突然下沉。
4）当基础底板之下土层厚度大于地基压缩层厚度，并且土层中有不致形成土洞的条件时，若地下水动力条件变化不大，水力梯度小，可以不考虑基岩内洞穴对地基稳定的影响[1]。
5）基础底板之下土层厚度虽小于地基压缩层计算深度，但土洞或溶洞内有充填物且较密实，又无地下水冲刷溶蚀的可能性；或基础尺寸大于溶洞的平面尺寸，其洞顶基岩又有足够承载能力；或溶洞顶板厚度大于溶洞的最大跨度，且顶板岩石坚硬完整，皆可以不考虑土洞或溶洞对地基稳定的影响。
6）对于非重大或安全等级属于二、三类的建筑物，属下列条件之一时，可不考虑岩溶对地基稳定性的影响：①基础置于微风化硬质岩石上，延伸虽长但宽度小于Im的竖向溶蚀裂隙和落水洞的近旁地段；②溶洞已被充填密实，又无被水冲蚀的可能性；③洞体较小，基础尺寸大于洞的平面尺寸；④微风化硬质岩石中，洞体顶板厚度接近或大于洞跨。
2实例分析
CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的桩，在外荷载作用下，桩身不会像碎石桩样出现鼓胀破坏，并可全桩长发挥侧摩阻力，桩落在好土层上具有明显的端承力，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深层地基中，使得复合地基承载力可大幅度提高。以下本文结合具体实例分析该技术的应用。
2.1工程概况
广西某高层底商住宅楼，共23层，其中地下室1层，结构体系为部分框支剪力墙结构。根据地质报告，该建筑场地地势平坦，地基土主要由第四纪冲、洪积物构成。箱基持力层为粉质粘土混钙质结核(厚约4m，其下为中密的细~中粗砂及硬塑状粘土)，呈软塑~可塑状，承载力特征值=160kPa，经深、宽修正后承载力特征值=330kPa，不能满足要求。
此外结合场地的工程地质条件，由于岩面起伏大、岩溶较发育，难以将桩直接压入，并且遇到溶洞且顶板较薄的岩层，容易发生坍塌，因此静压桩不予以考虑；由于场地有地下水活动，钻进成孔较为困难，并且大多数桩需穿过多层溶洞，施工难度较大，因此排除钻（冲）孔灌注桩；CFG 桩属刚性桩基础既能够消除地基的沉降差，又能够充分发挥地基土的承载力，因此本次工程决定采用人工地基箱形基础，即采用CFG桩处理软弱持力层，形成CFG桩复合地基。
2.2 CFG桩复合地基加固机理
当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生沉降变形。桩的变形模量远比土的变形模量大，所以桩比土的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层材料不断调整补充到桩间土中，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。一般来说，作用机理为桩体作用、排水作用、挤密作用、褥垫层作用及加筋作用等[2]。
2.3复合地基承载力设计
通常桩复合地基承载力可由下式估算：
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（公式1）
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（公式2）
式中各参数分别表示：：加固后复合地基承载力特征值(kPa)；：加固后桩间土承载力特征值(kPa)；：天然地基承载力特征值(kPa)；：桩间土强度提高系数；：面积置换率；：桩土应力比；：承载力提高系数。
一般来讲，式(1)可用于CFG桩复合地基，但由于应力集中比超受多种因素影响，如无实测资料或工程经验，则不好确定，故式(1)不便直接应用。考虑到复合地基破坏时，桩、土已达各自承载能力极限状态，故可按下式估算：.png)
式中为单桩承载力特征值(kN)，按沉管灌注桩有关公式或表格估算；为CFG桩单桩横截面积()；其他符号意义同前。
2.4 CFG桩的施工
长螺旋钻管内泵压CFG混合料成桩为排土成桩工艺，不存在挤土效应，不会对已打桩产生不良影响，也不会引起桩间土强度降低。并且具有成桩质量易保证，施工效率高，周期短的优点，由此本次施工采用长螺旋钻管内泵压施工工艺。
施工过程中需要注意：
1）由于粉煤灰混凝土和易性较差，因此要充分搅拌，搅拌时间不得少于2min。
2）由于高层建筑埋深较大，最好在原地表平场后再进行施工，然后再开挖基坑，尽量避免坑内作业。这样不仅施工方便，而且也可减少基底下土的隆起量，从而减少因打桩引起的孔压消散后而产生的桩间土再固结量，以利桩间土承载能力的发挥[3]。
3）当按(2)法施工时，基底标高以上部分也应灌料，可采用工业废料(如矿渣等)加粉煤灰、水搅拌而成，以节约费用。灌注材料应一次灌足，以使孔内填料有足够压力抵抗土体水平压力，防止缩颈，并可加强反插效果，增大充盈系数，改善处理效果。
2.5加固效果检验
CFG桩施工完成后1个月，进行了地基处理效果检验。检验手段为静力触探试验和静载试验。静力触探试验结果表明，桩间土有一定的挤密效果，锥尖阻力大约提高了10％～20％。静载试验为单桩复合地基，共3个点，取s/b=0.02所对应的荷载值作为承载力特征值，分别为310kPa、320kPa及330kpa，取复合地基承载力特征值为310kPa，满足设计要求(静载试验在基坑开挖至基底标高进行，由于配重所限，未做到极限荷载)。
需要说明的是，开挖基坑后，发现部分桩体有缩颈现象，平均桩径370mm、350mm。静载试验是在处理效果最差(指缩颈现象严重)的中部进行的，加固效果是明显的。
结语
岩溶地区的溶洞、塌陷、土洞等地质状况不仅危害着建筑的稳定和安全，而且也增加了地基处理难度。本工程在加固地基时通过采取CFG桩，大幅度提高了复合地基的承载力，解决了地基变形的问题，同时也最大限度的发挥了场地特点，成功的加固了岩溶区的地基。总的来说，CFG桩的应用，不论从技术角度，还是从经济环保角度来看，在处理岩溶发育区都有着明显的优势，因此还需加深该技术的研究并积极推广应用。
参考文献：
[1]韩继军.水泥粉煤灰碎石桩(CFG)在地基处理中的应用[J].重庆科技学院学报(自然科学版).2014(03).
[2]杨举刚,周玉成.水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)在某工程中的应用[J].科技信息.2014(01).
[3]朱东杰.浅谈水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)施工技术[J].科技传播.2015(17).
论文作者:秦群
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2017/8/24
标签：地基论文; 岩溶论文; 溶洞论文; 承载力论文; 荷载论文; 特征值论文; 顶板论文; 《基层建设》2016年13期论文;