现场原位试验在CFG桩优化中的应用

1   项目概况

石景山区政务服务中心和档案馆新建工程位于北京市石景山区京原路 7 号（区卫计委南侧），四至范围为：东至西引力小区，西至京原西街，南至京原西路，北至石景山区卫生局。

该工程主楼地上13层，建筑高度60?m，附属楼地上3层，建筑高度 17?m，主楼、附属楼地下3层，基础埋深13.6?m，基础主要位于粘土岩 ④ 层，局部位于粘土岩 ④ 2 层，地基属不均匀地基， 地勘单位根据原位测试结果建议综合地基承载力标准值（ f _ak ）按180?kPa考虑。主楼（地上13层）、附属楼（地上3层）及地下车库（地上无建筑）属同一底板，为了减小建筑物变形对基础底板的影响，地勘单位建议主楼及附属楼采用 CFG 桩复合地基，以强风化砂岩 ⑥ 层为桩端持力层。

按照岩土工程勘察报告和建筑设计院提供的CFG复合地基条件图，复合地基处理设计单位经过计算，在天然地基持力层不能满足承载力和沉降要求的前提下，需采用CFG 桩复合地基，需要桩径为600?mm，设计桩长为10?m，桩身混凝土材料等级为 C20的CFG 桩共计1?645根。

2   CFG 桩优化原因

在支护桩钻孔施工过程中，施工单位发现多根护坡桩在不同钻进深度出现钻进困难的情况。鉴于CFG桩数量较多，且桩长较长，为避免延误工期，减少扰民，提高投资综合效益，节约工程造价，经过多次技术沟通，决定通过现场原位测试的方式重新对地基承载力标准值进行界定，以对CFG桩在长度和数量上进行优化。

3   优化方法分析

为加快项目施工进度，减少不必要的资源浪费，在拟建工程各项功能不变的前提下，本着严谨、科学的态度，对地基承载力标准值进行补充试验，地基设计单位和结构设计单位根据试验结论及CFG 复合地基条件图重新进行计算，重新判定CFG桩优化是否可行。

考虑到补充平板载荷试验需待基坑土方开挖至基础所在土层上方时方可进行，试验作业会对土方开挖工作造成一定的工期影响，且试验周期较长。决定将纯平板载荷试验修改为以旁压试验和剪切波速试验为主，以平板载荷试验为辅的试验方案。该方案在不进行土方开挖的情况下，可直接进行原位测试，不会对工期造成影响，且试验周期短，数据准确性高。

同时，对地基指标参数校核、地基基础沉降变形计算等方面进行分析校核，以确保结构安全。

4   设计概况和模型计算结果

根据CFG桩复合地基条件图，本工程裙房区域可采用天然地基，主楼区域CFG桩复合地基承载力标准值最大部分需满足400?kPa，考虑粘性土深宽修正系数，地基承载力标准值需满足280?kPa。地基处理后建筑物最大沉降量应小于50?mm，差异沉降值满足规范要求。

通过对沉降变形计算模型进行分析，最大沉降量为30.15?mm，差异沉降均满足1‰的规范要求。总位移uz（放大500倍），最大值=-3.481 ×10-3m（单元2966在节点643），最小值=-0.03015m（单元161在节点8775），计算模型如图1所示。

图1    沉降变形计算模型示意

5   试验分析

现场原位试验分别采用了旁压试验、剪切波速试验、标贯试验和平板载荷试验，通过多方进行验证，以确保试验的准确性。

5.1   旁压试验和剪切波速试验

旁压试验是一种能对一定深度范围内场地土的力学性能进行测试的原位力学试验。通过对旁压试验成果分析并结合地区经验，可以对场地土进行分类、评价地基土的承载力、获得地基土的变形参数等力学指标，广泛适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩和软岩等地层的测试工作。

本试验通过旁压、剪切波、压缩波等原位试验手段，对粘土岩进行综合测试，旨在达到为勘察、设计单位优化设计施工方案提供相关原位测试数据，确保本项目和周边环境的安全。

本次原位测试在场区内选取7个钻孔，进行测试。在钻孔内粘土岩层进行24个旁压试验，并对所有钻孔均进行波速测试（剪切波、压缩波）。

根据旁压试验数据结果分析，粘土岩初始压力范围为101~386?kPa，临塑压力范围为534~1?306?kPa，极限压力范围为1?070~1?950 kPa，旁压剪切模量范围为3.94 ~21.17 MPa。

根据钻孔波速测试数据结果分析，粘土岩剪切波速度范围为376~462m/s，压缩波速度范围为1195~1479 m/s。

根据上述分析结果，可通过2种方式得出地基承载力标准值。通过公式 P _f – P ₀ ，可得出地基承载力标准值为481kPa，通过公式（ P _L – P ₀ ）/K，可得出地基承载力标准值为428?kPa，2种方式计算结果均满足采用天然地基的条件。

5.2   平板载荷试验

现场平板载荷试验，要求如下：

（1）承压板面积按照土层考虑，取0.5㎡；

（2）现场试验按照土层进行试验；

（3）要求的承载力特征值根据上部荷载提出地基未修正的承载力值要求，按300?kPa考虑；

（4）试验标高在基底进行试验（图2）。

图2??平板载荷试验现场

为避免影响施工进度，将现场分为2段，试验地方与土方外运同时进行，互不影响。按照规范最低要求，现场共取3个试验点，分6级对承载力特征值进行加载。试验显示，在承载力特征值加到300?kPa时，3个试验点的最大变形量分别为12?mm, 6?mm, 3?mm，均小于最大允许变形值0.06×边长（700?mm）=42?mm。所以，在未考虑深宽修正的情况下，地基承载力标准值能满足300?kPa的要求。

5.3   标贯试验

标贯试验在现场选取6个点，南、北主楼下各选取3个点，经过试验，现场6个点的综合原始标贯统计见表1。按照规范要求，满足地基承载力标准值大于280?kPa的要求。

表1??综合原始标贯统计

6   试验结果分析

经过现场原位试验多方验证，综合对比几种测试结果，最终综合地基承载力标准值按280?kPa考虑。根据设计核算，考虑深宽修正系数，可以采用天然地基，取消原设计中CFG复合地基部分。

7   CFG桩优化效益分析

经过现场原位试验测试，原CFG桩复合地基修改为天然地基，所产生的效益 如下。

7.1   直接效益

节约 CFG 桩施工概算约 600万元，节约CFG 桩施工工期约90?d，同时减少了对周边居民的噪声及振动影响。

7.2   二次效益

采用天然地基，可将原设计基础形式由上反梁+筏形基础改为筏板形式，带来的二次效益为：基底标高提高，土方可少开挖约10?000?m3，带来直接经济效益约为50万元；基础的施工方案改变，原箱形部位可少回填约5?000?m3素土，预计可节约成本约20万元，且部分上反梁混凝土和钢筋用量均会减少，整体施工措施减少，难度降低，预计可节约概算约49万元，节约工期约15?d。

综上，经过模型计算及试验数据分析，本工程地基全部采用天然地基，取消了原设计中CFG复合地基部分。节约成本约719万元，节约工期约105?d，可以给类似工程提供借鉴。