【科技论文】CFG桩复合地基设计及应用

摘要：随着科学技术的日新月异,工程建设规模日益扩大,难度不断提高，工程项目不仅事先要选择在地质条件良好的场地上从事建设,而且有时也不得不在地质条件不良的地基上进行修建。地基土层的分布及土木工程性质的复杂性、有区域性要求土木工程师要针对不同的地质条件,不同的结构物特征来选择最合适的基础型式、尺寸和布置方案。CFG桩复合地基具有施工速度快、质量容易控制、工程造价低、有利于环境保护等优点，逐渐成为应用最广泛的一种地基处理方式。本文首先对CFG桩复合地基进行了概述，接着分析了CFG桩复合地基的设计要求，然后结合工程实例探讨CFG桩复合地基的应用。

关键词：CFG桩复合地基；地基处理；技术要求

引言

随着我国国民经济的迅速发展,土木工程功能化,城市建设立体化,交通高速化,以及改善综合居住环境等己成为现代土木工程的特征。结构物的荷载日益增大,因此,原来一般可被评价为良好的地基,也可能在特定条件下非进行地基处理不可,现代土木工程建设对地基的要求越来越高。如何选择最恰当的地基处理方案,己成为关系到整个工程质量,投资和进度的重点和难点问题。CFG桩复合地基可以有效地提高地基承载力，适用范围十分广泛，特别是近几年的发展，CFG桩复合地基技术在我国的基本建设中起了非常重要的作用，从建筑到道路、煤矿均得到普遍应用。对CFG桩复合地基的设计进行探讨能够使其得到更有效的应用。

1CFG桩复合地基概述

1.1CFG桩复合地基的构造

CFG桩复合地基是水泥粉煤灰碎石桩复合地基的简称，是一种由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加适量的水搅拌形成高粘结强度的桩体。CFG桩复合地基是由CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成的刚性桩复合地基。CFG桩是在碎石体中添加以水泥为主的胶结材料，添加以增强混合料的和易性并有低标号水泥作用的粉煤灰，同时还可适量添加改善级配的石屑，从而使桩体获得胶结强度并转化为具有刚性桩特点的高粘结强度桩。

图1CFG桩复合地基的构造示意图

1.2CFG桩复合地基的优势

1.2.1承载力提高幅度大、可调性强

CFG桩桩体可以从几米到20多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40%-75%之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高时，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时，桩长可设计得长一点。特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，CFG桩复合地基则比较容易实现。

1.2.2适应范围广

对基础形式而言，CFG桩既可以适用于条形基础、独立基础，也可以用于筏板基础和箱型基础。就土性而言，CFG桩可用于饱和、非饱和粘性土，既可以用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。

1.2.3桩体的排水作用明显

CFG桩在饱和粉土和沙土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完得CFG桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，知道CFG桩体结硬为止。

1.2.4复合地基变形小

复合地基模量大、建筑物沉降量小事CFG桩复合地基重要特点之一，大量工程实践表明，建筑物沉降量一般可控制在2-4厘米。对于上部和中间有软土层的地基，用CFG桩加固，桩端放在下面好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，建筑物的沉降都不大。

2CFG桩复合地基的设计要求

2.1桩长、桩径、桩间距

CFG桩复合地基要求桩端尽量落在好的土层上，这是CFG桩复合地基设计的一个重要原则。因此桩长是首先要确定的参数，它取决于建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和设备能力等因素，设计时根据勘察资料分析各个土层条件，确定桩端持力层和桩长，然后按规范公式计算单桩承载力。CFG桩桩径一般按照所选设备能力确定，一般取350~600mm。桩间距一般为3~5倍的桩径，间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力、允许变形量、土的性质及施工设备能力，设计中当桩径及置换率确定后，可按规范公式估算布桩间距。

2.2桩体强度

桩体强度必须满足承载力对桩身强度的要求，一般按桩体混合料试块抗压强度控制。桩体试块抗压强度平均值应满足下列公式：

ƒcu≥3Ra/AP

上式中：ƒcu—桩体混合料试块标准养护28d抗压强度平均值

Ra—单桩竖向承载力特征值（KN）

Ap—桩的截面积（m2）

2.3褥垫层

CFG桩复合地基有无褥垫层，其区别主要是桩间土的承载力发挥的过程不同。当设置褥垫层时，桩间土一开始就承担了较大比例的荷载，在正常使用状态下，建筑物荷载主要由桩和桩间土共同承担；而不设褥垫层时，荷载一开始主要由桩来承担，桩间土基本不承担或承担很少。在正常使用状态下，建筑物荷载主要由桩来承担。当复合地基承载力达到极限时，无论是其承载力的大小以及桩、土的荷载分担比都是相同的，故可取消褥垫层。

褥垫层一般取150~300mm，当桩径大或桩间距大时褥垫层厚度应取高值，其材料可因地制宜就地取材，可采用粗砂、中砂、级配砂石（最大粒径不大于20mm）等。

2.5布桩

CFG桩可只布在基础范围内对条形基础,可采用单排、双排或多排布桩根据荷载情况分别采取且沿轴线对称或非对称布桩；对于独立基础、箱形基础、筏板基础，基础边缘到桩中心一般为一个桩径或基础边缘最小距离宜小于150mm，对条基不宜小于75mm；对于可液化地基可考虑在基础外定范围内设置护桩。

2.5承载力

CFG桩复合地基的承载力可按下式进行计算

（1）

在上式中 －相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值；

修正后复合地基承载力特征值（根据《地基处理规范》，只做深度修正，且修正系数取1）；

复合地基承载力特征值；

基础底面以上土的加权平均重度；

基础埋置深度。

地基处理设计人员根据结构工程师提供的复合地基承载力不低于某一限值的要求，作复合地基设计，确定设计参数和承载力特征值，再根据基础埋置深度计算深度修正项，由（1）式右部求得经深度修正后的复合地基承载力特征值。

由（1）式可知，

（2）

由（2）式可知，满足荷载要求的复合地基承载力与基础埋深密切相关，对浅埋基础深度修正项数值较小，对工程影响不大；对高层建筑基础埋深很大，不考虑深度修正项是不合理的。

3 CFG桩施工技术要求

首先，施工垂直度偏差不应大于1%；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。

其次，施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料，混合料坍落度宜为160～200mm。混合料灌注量充盈系数不应小于1.0。

第三，在基坑(槽)开挖时，应保留0.5m厚的土层作为保护土层，施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不小于0.5m作为保护桩长。冬季施工时混合料入孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施。

第四，采用长螺旋钻机成桩时，施工中存在钻孔弃土。对弃土和保护土层清运时如采用机械、人工联合清运，应避免机械设备超挖，并应预留至少50cm用人工清除，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

第五，褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石，碎石粒径宜为8～20mm，不宜选用卵石。褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度(夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值)不得大于0.9。对较干的砂石材料，虚铺后可适当洒水再行碾压或夯实。

4工程实例

4.1工程概况

某工程，基础尺寸为24×24m2，地表标高为50m、地下水标高30m,基础埋深10.5m，基底压力标准值480kPa，准永久组合值440kPa,相关的土层厚度及物理力学指标如表1所示。设计要求采用CFG桩复合地基方案进行地基处理，建筑物沉降量不大于200mm。工程地质环境如图2所示。

4.2CFG桩桩复合地基参数设计

由（2）式按fspk＝280kPa,作复合地基设计，设计参数选用桩长L＝8m,桩距S=1.7m，褥垫厚度200mm。经计
>480kPa

其承载力满足设计要求。

设计要求不同，设计参数和工程量也就不同。表2给出的是两种设计要求时的设计参数和工程量。

结语

CFG桩桩复合地基是近年发展起来的一种新型的地基处理技术，随着施工工艺的不断改进完善，施工技术的进一步成熟，工程质量的保证规范和检测手段的不断健全，CFG桩在多层和高层建筑地基处理中的应用也越来越广泛，我们相信CFG桩发展和应用。