压实填土与CFG 桩复合地基综合应用

袁彦华

(大同煤矿集团设计研究有限责任公司，山西大同　037003)



压实填土与CFG 桩复合地基综合应用

袁彦华

(大同煤矿集团设计研究有限责任公司，山西大同037003)

摘要:根据大同煤矿集团公司四老沟矿通风机房的基本概况，确定了该通风机房的地基处理方案，并结合地基处理设计依据，阐述了压实填土及CFG桩设计方法，使地基设计达到安全、适用、经济的效果。

关键词:通风机房，地基处理，压实填土，CFG桩

大同煤田地区呈低山丘陵地貌，地形复杂，沟谷发育，地势总体为南高北低。矿井的井筒在选址时一般会根据井田分布将井筒布置于井田开采开拓最适宜的位置，有时就会给地面配套建筑物的厂址选择造成较大的困难，建筑物地基往往会处于复杂的地形上，且地质的变化真可谓是各有千秋，地基处理就成为建筑物施工中必须要进行的一道工序。而如何选择最适用合理的地基处理方案，对设计人就有一定的经验要求。笔者通过多年工程设计的经验，希望能为相似类型的地基处理提供一些参考。

1　工程基本概况

本工程位于大同煤矿集团公司四老沟矿。由于矿井生产需要，回风立井处需要新建通风机房一座。通风机房建筑由本体、风道和扩散塔三部分组成，其中本体尺寸为30．6 m×28．2 m，结构形式为门钢结构，风道全长110 m，为钢筋混凝土风道，扩散塔为7．0 m×7．0 m，高度18 m，为钢筋混凝土结构。建设单位提供的本工程岩土工程勘察报告中显示，场地内第①层土土质为杂填土，以粉土为主，含煤屑、砖块、生活垃圾等杂质，地基承载力特征值仅为90 kPa。第②层为粉质粘土，但其厚度不均匀，地基承载力特征值仅为110 kPa。以上两层均不能作为地基的持力层。而第③层为泥岩，地基承载力特征值为250 kPa，可以作为建筑物地基的持力层。通风机房所处位置为一山坡，风道及本体建筑物大部分位于坡顶，而东南角局部位于山坡坡面之上，扩散塔位于坡底。根据机电安装专业提供的图纸要求，本工程设计标高应以立井井筒出口标高作为0．000标高，而山坡坡底现场实际标高比设计标高低12 m左右。综上所述，通风机房需要进行地基处理，以满足建筑物的施建。

2　地基处理方案确定

地基处理设计时，应本着安全、适用、经济的原则，选取最佳的地基处理形式，目的就是为工程建设缩短工期，减少投资。勘察报告中建议选用灰土桩作为地基处理方案，但建筑物所处地形高低起伏太大，无法使用单一的地基处理方式。经过多次的现场调查以及开专题会研究，决定选用先填土后进行CFG桩挤密的方法进行地基处理。首先将第①层平均厚度为1．3 m杂填土层全部挖除。然后对建筑物东南角进行大面积压实填土，压实填土后标高达到设计室外标高。最后用CFG桩对压实填土层进行挤密和加固。为了保证安全，坡底设计钢筋混凝土扶壁式挡墙进行支护。填土后坡面采用毛石砌筑护坡进行保护。

3　地基处理设计依据

1)GB 50215—2005煤炭工业矿井设计规范;2)GB 50592—2010煤矿矿井建筑结构设计规范;3)GB 50007—2011建筑地基基础设计规范;4)JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范; 5)GB 50011—2010建筑抗震设计规范;6)GB/T 50783—2012复合地基技术规范;7)建设单位提供的岩土工程勘察报告。

4　地基处理压实填土设计

因压实填土厚度的不均匀，厚度较大，根据规范放坡会占用相当大的土地，而在初步设计中，本工程所处的场地已进行了购地范围的界定，为了不超出允许的购地范围，故而在场区边界线处先设置一段7 m高钢筋混凝土扶壁式挡墙，保证不会侵占土地。在第②层粉质粘土上直接填土时，填土平均厚度达到了9 m，下层的粉质粘土顶面处自重压力值pcz远大于其地基承载力特征值，故先设置了2．0 m厚3∶7灰土垫层，以承受上层压实填土产生的压力。并对粉质粘土层这层软弱下卧层进行了验算，满足规范要求。压实填土分为两阶，第一阶由坡底填至－7．000，即填至挡土墙墙顶;第二阶再放坡填至设计室外地坪。扩散塔及本体局部将位于第二阶压实填土上。第二阶压实填土待全部工程完工后，

5　CFG桩复合地基的设计

1)CFG桩复合地基适用性。本工程所处地基土层为粉质粘土，满足CFG桩适用于处理黏性土、粉土、砂土等素填土地基这一范围。并且设计人员多次对施工现场进行了调研，确定了可行性。

2)CFG桩复合地基的原理。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，它具有一些刚性桩的特点，但它又是通过褥垫层与建筑物基础断开，故而桩体只承受竖向荷载。密实的CFG桩体在地基土层中对桩间土起到挤密作用，桩体与原地基相互结合从而形成复合地基，达到提高地基承载力、减少沉降和不均匀沉降的作用，共同作用下承受水平荷载。

3)CFG桩复合地基的特点。CFG桩是针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的。特点是能更好地提高地基承载力、技术可靠、施工速度快、工期短、操作技术易于掌握、工程造价低、节约投资。

4)CFG桩的复合地基承载力计算。根据JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范，本工程中CFG桩桩径取400 mm，按正方形布桩，桩间距取1．7 m，桩的有效长度取15 m。地基承载力特征值要求达到220 kPa。CFG桩单桩竖向承载力特征值按下式计算:

其中，up为桩的周长，m;qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa;lpi为第i层土的厚度，m;αp为桩端端阻力发挥系数;qp为桩端端阻力特征值，kPa;Ap为桩截面面积，m2。

经计算，Ra=609 kN。

复合地基承载力特征值计算公式如下:

其中，fspk为复合地基承载力特征值，kPa;m为面积置换率;Ra为单桩竖向承载力特征值，kN;Ap为单桩的截面面积，m2;β为桩间土承载力折减系数;fsk为处理后桩间土承载力特征值，kPa。

fsk取110 kPa，λ取0．8，β取0．8，经计算，m=0．043 36。

经计算fspk=252 kPa，满足要求。

桩体强度按下式计算:

经计算CFG桩桩身强度取C20。

6　CFG桩的布桩及技术要求

因本建筑物各部分的占地面积均比较小，且室内有大量的设备基础，为保证建筑物整体性、防止地基的不均匀沉降，基础型式均选用筏板基础。所以布桩形式选择了正方形布桩。

设计中拟选用的施工工艺为长螺旋钻孔灌注成桩，规范中桩径建议为350 mm～600 mm，故本工程桩直径选取400 mm。桩间距规范中建议取值为3倍～5倍桩径，本工程桩长设计为1．70 m。桩长根据建设单位提供的地勘资料进行设计，桩的有效长度取15 m，且桩身进入强风化泥岩层不应小于0．5 m。褥垫层的厚度宜为桩径的40%～60%，褥垫层材料最大粒径不宜大于30 mm。本工程设计桩顶和基础之间铺设一层厚240 mm的级配砂石或碎石褥垫层，级配砂石一般粒径1 cm～3 cm，最大粒径不大于3 cm。干容重控制大于2．0 g/cm3。褥垫层施工时采用静压法。桩头预留有1．0 m保护桩段，在基础施工前挖掉。挖桩时宜采用小型机械，不应破坏桩顶标高以下桩体，并不得扰动桩间土层。处理后的地基变形计算，要根据建筑物类别以及设计要求确定是否需要进行计算。如需要计算的可按规范中相关条款进行。

7　CFG桩施工过程中的问题

CFG桩施工工艺、桩身混凝土配合比、施工中的质量控制，以及相关问题，施工单位应进行合理有效的施工组织设计。

CFG桩的质量检验应符合相关施工规范和检验规范。

CFG桩施工时对于机具的选择、施工人员的素质也应有严格的要求。本工程施工过程中出现了钻孔不成功的情况，施工单位反映，钻孔到一定深度后，机具无法继续向下工作，达不到设计要求的桩长。而且通过在周边另选孔位也不成功，于是建议设计单位另选地基处理方案。设计人员与地勘人员现场查看并对土层取样，发现在此位置存在局部泥岩层，而其下部仍是粉质粘土，桩端并末能到达设计所需持力层。而施工单位选取的机具功率较小，不能穿透此层泥岩。建设单位要求施工单位换机具后钻孔成功，达到设计要求。从中设计人员发现，机具的选择也是相当重要的一环。

精良的施工人员能通过大量的施工经验，确定桩施工时是否到达设计所需持力层，以及对土层的辨识、对机具的掌控都具有良好的素质，对工程保质保量的施工起到了很大的保证。

8　结语

地基是建筑物的根本，地基处理好坏对上部建筑物的施工起到决定性的作用。地基处理除应满足工程设计要求外，还要做到因地制宜，就地取材、保护环境和节约资源等。CFG桩以应用范围广、造价相对低廉已经在很多工程实践中大量应用。本工程的地基处理的运用，希望能给相似工程提供参考和借鉴。

参考文献:

［1］GB 50215—2005，煤炭工业矿井设计规范［S］．

［2］GB 50592—2010，煤矿矿井建筑结构设计规范［S］．

［3］GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范［S］．

［4］JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范［S］．

［5］GB 50011—2010，建筑抗震设计规范［S］．

［6］GB/T 50783—2012，复合地基技术规范［S］．

中图分类号:TU473．1

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0055-02

收稿日期:2016-04-03

作者简介:袁彦华(1977-)，男，工程师修筑毛石护坡进行保护。根据建筑物地基基础设计规范6．3条中相应条款，压实填土的填土材料选用级配土夹石(碎石占总重的30%)，放坡坡度为1∶1．25。填土时采用分层机械碾压密实，地基主要受力范围内压实系数不小于0．97，以下为不小于0．95。钢筋混凝土扶壁式挡墙出露地面7 m，埋深为1．5 m。扶壁每3 m设置一道，全长为120 m。其所处位置也需进行地基处理，处理方法也选用CFG桩。

Comprehensive application of composite foundation of compacted soil-filling and CFG pile

Yuan Yanhua
(Datong Coal Mine Group Design Academy Co．，Ltd，Datong 037003，China)

Abstract:According to basic conditions of Silaogou mine ventilation room of Datong Coal Mine Group Corporation，the paper determines ventilation room foundation treatment scheme，and describes compacted soil-filling and CFG pile design methods by combining with foundation treatment，so as to make the foundation design safe，applicable and economic．

Key words:ventilation room，foundation treatment，compacted soil-filling，CFG pile