CFG桩复合地基分析及工程设计

　　1前言

　　CFG桩复合地基成套技术是中国建筑科学研究院地基所20世纪80年代末开发的一项地基加固技术。CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石或中砂加水拌合形成的高粘结强度桩。

　　CFG桩复合地基以成本低、污染小、工作性能可靠、施工速度快等优点，其运用范围越来越广了。但是CFG桩复合地基的工程运用还存在一定的困难，本文考虑设置一定厚度的褥垫层与基础连接以改善并提高CFG桩复合地基的承载力，进一步阐明了CFG桩复合地基的作用机理以及进行了CFG桩工程设计。

　　2CFG桩复合地基的作用机理

　　2.1桩体作用

　　CFG桩添加了水泥，因此是具有较强黏结强度的混合料。在成桩的过程中，桩管对周围土层产生很大的横向挤压力，使桩周围的土粒重新排列密实，即挤密作用。CFG桩通过挤密作用提高土层的强度和地基的承载力。因此，荷载主要由桩体承受，相应的地基沉降量即减少。

　　2.2垫层作用

　　褥垫层是复合地基的关键技术，其能防止基础作用力应力集中，能让作用力均匀分布在CFG桩，并使桩间土与基础始终保持接触，形成桩、土共同作用。因此，合理的垫层厚度，使得CFG桩复合地基充分发挥桩、土共同承担荷载，减少基础底面的应力集中。

　　2.3排水作用

　　复合地基的桩体是良好的排水通道。振动沉管CFG桩在桩体初凝以前具有相当大的渗透性，可使振动产生的超空隙水压力，通过桩体得以迅速消散，因此，地基的有效应力增加进而提高了复合地基承载力。

　　2.4置换作用

　　置换作用间接提高了桩间土的压缩模量，从而提高了桩间土的承载力。置换率是CFG桩复合地基的重要影响因素，增加置换率以减小沉降。此外，CFG桩成桩过程中既有挤密又有置换，即提高了承载力；若CFG桩用于不可挤密的土时，其承载力的提高只是通过置换作用来实现的。

　　3CFG桩复合地基的工程特性

　　3.1桩复合地基的承载力

　　CFG桩复合地基承载力较其它复合地基大，而且可调性强，已成功用于30多层民用建筑。CFG桩长可以从几米到20多米，可全桩发挥桩的侧阻力，且有明显的端承作用，可承担的荷载占总荷载一半以上。

　　3.2适用范围

　　CFG桩复合地基适用于粘性土、粉土、砂土、人工填土等土性及条形、独立基础等，在全国各地成功地得到推广至各类工业与民用建筑及铁路桥涵等工程[3-4]。

　　3.3复合地基变形小

　　CFG桩复合地基具有较大的压缩模量，因此，复合地基沉降变形相对较小。对于上部和中间有软弱土层的地基，宜将CFG桩端放在承载力较高的土层，以发挥桩端的承载力和桩身的摩擦作用，减小建筑物的沉降[5-6]。

　　4桩复合地基在实际工程中的应用

　　4.1工程地质条件

　　广州某住宅小区地下工程，基础结构形式采用筏板基础，底板厚600mm，地下水埋深0.5-3.3m，位标高32.71-35.26，水层：6m左右，防水位：2.4m，下水水质对基础混凝土无腐蚀性。地基承载力200Kpa。根据钻探、静力触探，结合室内土工试验分析结果，本场地21.7米深度，按其成因类型、岩性及工程地质特性将其划分为20个工程地质层，1个工程地质亚层，现分述如下：

　　第①层（Q4ml）杂填土，稍湿，稍密。以褐黄色粉土为主，含砖屑和少量灰渣。层厚0.3～1.8m，平均厚度0.79m。第②层（Q43al）：粉土，褐黄色，稍湿～湿，稍密～中密。含少量植物根系，土质均匀。层底标高94.14～99.3m，层底深度1.0～6.8m，层厚0.5～4.0m，平均厚度1.6m。第③层（Q43al）：粉砂，黄褐色，稍密～中密。含大量泥质，局部夹粉土薄层。主要矿物成份石英和长石。层底标高92.12～96.71m，层底深度2.8～6.8m，层厚0.5～5.3m，平均厚度2.55m。第④层（Q42al）：粉土，灰黄色，湿，稍密～中密。土质均匀，含少量锰质斑点，夹粉质粘土薄层。无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等。场地内该层分布稳定，层底标高90.64～94.35m，层底深度4.6～9.4m，层厚0.5～4.4m，平均厚度2.05m。第⑤层（Q42al）：粉土，灰色，湿，稍密～中密。偶含螺壳碎片，夹薄层粉质粘土。干强度低，韧性低，无摇振中等。场地内该层局部缺失，层底标高86.44～91.80m，层底深度7.4～12.2m，层厚1.2～5.5m，平均厚度3.18m。第⑥层（Q42al）：粉砂，灰色，稍密～中密。顶部含少量泥质，下部较均匀，局部夹薄层粉土，主要成份为石英和长石。场地内该层分布稳定，层底标高83.28～88.65m，层底深度11.5～16.2m，层厚1.3～6.2m，平均厚度3.9m。第⑦层（Q42al）：粉质粘土，灰～灰黑色，可塑～软塑。土中含少量蜗牛碎片及腐殖质，局部夹灰绿细条纹，含较少量钙质斑点，该层底部粘粒含量降低，局部渐变为粉土、粉砂。光滑，干强度高，韧性高。场地内该层分布稳定，层底标高80.44～84.30m，层底深度16.7～18.2m，层厚3.0～5.6m，平均厚度3.44m。第⑧层（Q41al）：粉砂，灰褐色，密实。顶部含少量泥质，下部较均匀，局部夹薄层粉土，主要成份为石英和长石。场地内该层分布稳定，层底标高77.62～81.47m，层底深度18.4～21.7m，层厚2.6～4.8m，平均厚度3.28m。

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　　4.2地基处理设计方案及计算设计

　　根据地勘报告，地基土⑧层粉质粘土层及以下的各层地基土均为良好的CFG桩持力层。考虑到拟建物的重要性，各方案的施工条件、技术保证等，且针对本工程高层部分与纯地下室部分连为一体，两者之间的差异沉降问题较为突出的特点，结合场区土层特性，高层部分采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG）地基处理方案。

　　采用长螺旋钻成孔砼泵车压灌工艺，CFG桩布桩以正方形为主，局部调整为三角形，桩径0.4m，设计桩顶标高29.65m，按规范要求预留0.5m保护桩长，则有效桩顶标高29.15m，设计桩端标高21.15m，故设计桩长8.5m，有效桩长8.0m。桩体材料为现场搅拌C15混凝土，塌落度18cm-22cm。褥垫层厚度15cm，虚铺18cm，用平板振动器密实到15cm。个别楼层设计桩数401根。

　　复合地基的设计计算依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—91）中的复合地基计算公式[7-8]：

　　（1）

　　其中：

　　为复合地基的承载力标准值；为桩体单位截面积承载力标准值；为桩间土的承载力标准值。

　　面积置换率为：

　　（2）

　　：等效影响圆的直径（=1.13s，s为桩间距）。其中，d为桩的直径。

　　单桩承载力按370KN设计，桩间土的承载力标准值参考勘察报告取140kpa，复合地基承载力标准值要求200KPa经计算正方形为桩间距1.9-1.93m。

　　在桩顶铺设15cm厚0.3～0.5cm的碎石垫层，最大粒径不大于30mm，以利于桩土应力的调节与发挥，并协调基础底板的变形。验算如下：

　　置换率m=0.03364，因变形要求控制很小，桩间土发挥系数取0.75，则桩顶平均应力：

　　（3）

　　单桩桩顶平均荷载，砼C15：。根据规范分层总和法和复合地基模量法计算复合地基的总沉降，满足要求。

　　5结束语

　　结合CFG桩复合地基的作用机理、工程特性等及实际工程，采用CFG桩复合地基，承载力得到大幅度的提高，地基变形得以很大程度的降低。因此，CFG桩复合地基具有良好的推广价值。