1、CFG 桩复合地基在工程处理中的技术与应用摘要：本文笔者结合多年工作经验重点论述了 CFG 桩复合地基处理方案及相关承载力验算，满足该建筑物上部荷载要求，说明了 CFG 桩具有可靠的技术性能和经济效果，CFG 工程桩在地基工程处理中具有广阔的应用前景。 关键词：桩基工程；地基处理；检测；复合地基 中图分类号：TU433 文献标识码：A 1 工程地质概况 据报告得知，场地土类别为三类，地下水位深度 4.56m，地下水对混凝土及钢筋具有弱腐蚀性，不存在地震液化湿陷问题。地基各层情况如表 1 所示。 表 1 地基土层主要物理力学指标 2CFG 桩复合地基方案设计 根据本工程原始资料及建筑物上部荷载，
2、设计要求该工程基底压力为 300kPa，由于地基土第 2 层(即 2 号土层)承载力特征值为 100kPa，经深宽修正后不能满足上部结构承载力的要求。为满足强度和变形要求，从建筑物的稳定性、地基土的强度、控制不均匀沉降及工程造价、建筑物安全等级等多方面综合分析比较，采用了 CFG 桩复合地基处理技术进行处理。 2. 1 复合地基设计 根据拟建建筑物及场地地基土层主要物理力学指标特征值，设计采用水泥粉煤灰碎石桩 CFG 桩。依据建筑地基处理技术规范JGJ7922002，设计桩径 D =400mm，桩心距 S = 3D (3 倍桩径) ，即为 1. 2m，正方形满堂红布置。 2. 2CFG 桩单桩
3、竖向极限承载力的确定 Ra = upqsi li + qpAp 式中: Ra 单桩竖向承载力特征值( kN) ; up 桩周长， up = 3. 14 0. 4 = 1. 256m; Ap 桩的截面积，Ap = (0. 4/2) 2 3. 14 =0. 125 6m2 ; li 第 i 层土的厚度(m) ; qsi、qp 桩周第 i 层土的侧阻力、桩端端阻力特征值( kPa) (按极限值除以 2 考虑) 。极限侧阻力及端阻力特征值如表 2 所示。 表 2 土的参数 土层号 岩土名称 性状 平均厚度/m 平均底面埋深 /m 极限侧阻力/kPa 极限端阻力/kPa 粉土 e=0.689 4.88
4、7.69 25 300 1 粗砾砂 稍密 4.92 12.46 35 400 粉质粘土 IL=0.54 8.37 18.30 35 450 粉土 e=0.627 7.64 25.77 50 500 粉质粘土 IL=0.58 8.92 34.69 55 550 粉质点土 IL=0.56 14.31 49.00 60 700 注:依据规范 JGJ94 - 94 及本地区经验确定本工程有效桩长 L = 15. 5m 时，单桩竖向承载力特征值为: Ra = upqsi li + qpAp = 338. 3kN。 2. 3 复合地基承载力计算 采用桩体和桩间土承载力置换复合计算: fspk =m Ra
5、/AP +(1 - m ) fsk 式中: fspk 复合地基承载力特征值( kPa) ; m 面积置换率， m = d2 / de2 ; d 为桩径; de 为等效影响圆直径，正方形布置 de = 1. 13S (桩距) = 1. 13 1. 2 = 1. 356m; m = d2 / de2 =0. 42 /1. 3562 = 0. 087; Ra 单桩竖向承载力特征值( kN) ;Ap 桩截面积(m2 ) ; 桩间土承载力折减系数( 0. 75 0. 95) ，取 0. 75; fsk 桩间土承载力特征值，本工程按最小值 100kPa 计算。经计算复合地基承载力特征值: fspk =m
6、Ra/AP+( 1 - m ) f sk = 302. 8kPa 基底压力设计值要求 300kPa。 2. 4 褥垫层设计 当基础承受垂直荷载作用时，桩和桩间土都要发生沉降变形，而桩的弹性模量远大于土，故桩的沉降变形小于土，为了使桩与桩间土共同承受上部荷载作用，在基础下设置一定厚度的褥垫层，对提高桩间土承载力、减少复合土层沉降变形起着一定的作用，所以在本工程基础下部设置 300mm 厚褥垫层(见图 1) 。 3CFG 桩施工过程 3. 1 材料要求及配合比 CFG 桩混凝土，强度等级设计值 C15。 1)碎石粒径 20 50mm，松散密度 1 390kg/m3 ，杂质含量 2 000kg/m3
7、 ，混凝土浇筑方式泵送。 图 1CFG 桩大样 3. 2 机械设备的配备 本工程根据现场土质情况和设计要求的桩长、桩径，选用螺旋钻孔机，即采用 KLB627A 型，步履式长螺旋钻孔机，并配备 Y260M24 混凝土输送泵 1 台。 3. 3 施工工艺方法要点 1)工艺流程桩机就位沉管至设计深度停振下料振动捣实后拔管留振 10s振动拔管、复打。应考虑隔排隔桩跳打，新打桩与已打桩间隔时间不应少于 7d。工艺流程如图 2 所示。 图 2CFG 桩施工工艺流程 2)桩机就位须平整、稳固，沉管与地面保持垂直，垂直偏差不大于 1. 5%。 3)在沉管过程中用料斗在空中向桩管投料，待沉管至设计标高后须尽快投
8、料，直至混合料与钢管上部投料口齐平。如投料量不够，可在拔管过程中继续投料，以保证成桩标高、密实度要求。混合料应按设计配合比配制，投入搅拌机加水拌合，搅拌时间不少于 2min，成桩后桩顶浮浆厚度不超过 200mm。 4)当混合料加至与钢管投料口齐平后，沉管在原地留振 10 s 左右，即边振动边拔管，拔管速度控制在 1. 21. 5m /min，每提升 1. 52m 留振 20 s。桩管拔出地面确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或粘土封顶。 5)桩体经 7d 达到一定强度后，进行基槽开挖，本工程桩顶距地面在1. 5m 以内，采用人工挖土;基槽土清理至设定的基底标高，进行复核，在基础下铺一层 300
9、mm 厚砂石褥垫层，褥垫层由砂和碎石组成。砂石比例 37，砂为中砂，碎石粒径30mm，夯实度 3Ra /AP = 8. 08MPa，桩体强度满足要求。 4. 2 单桩复合地基载荷试验 根据规范要求复合地基载荷试验 28d 进行总桩数 0. 5% ，单体工程不少于 3 根的静载试验，检测复合地基承载力。本工程分别选用了 S1: 68 号、S2: 228 号、S3: 131 号桩进行静载试验，Q2s 试验曲线如图 3所示。 图 3 静载试验 Q 2s 曲线 根据本工程静载试验 Q2s 曲线及建筑地基处理技术规范JGJ7922002 分析判定本工程复合地基承载力: 1) S1 (68 号) 加荷至
10、610kPa 时达相对稳定，沉降累计 16. 36mm; 沉降 14. 7mm 时荷载 558kPa，大于 305kPa (1 /2 最大载压) ，取 1 /2最大载压 305 kPa 为该试桩单桩复合地基承载力特征值。 2) S2 (228 号) 加荷至 610kPa 时达相对稳定，沉降累计 16. 09mm; 沉降 14. 7mm 时荷载 567kPa，大于 305kPa (1 /2 最大载压) ，取 1 /2最大载压 305 kPa 为该试桩单桩复合地基承载力特征值。 3) S3 (131 号) 加荷至 610kPa 时达相对稳定，沉降累计 16. 07mm; 沉降 14. 7mm 时荷
11、载 585kPa，大于 305kPa (1 /2 最大载压) ，取 1 /2最大载压: 305kPa 为该试桩单桩复合地基承载力特征值。依据上述分析及规范要求，单桩复合地基承载力特征值平均值 305kPa，极差 0kPa 满足不超过平均值 30%的要求，判定 305kPa 为本工程单桩复合地基承载力特征值，大于基底压力值 300kPa，满足设计要求。 4. 3 低应变动力测试 本工程按规范要求抽取 10%桩总数，计 43 根进行低应变动力试验，检测本批 CFG 工程桩的完整性。试验检测结果表明在检测的 43 根桩中，桩身应力波速在 2 3812 989m / s， 类桩(桩身完整) 40 根，
12、占93%;类桩(桩身有轻微缺陷，不影响桩身结构承载力的正常发挥) 3 根，占 7% ，满足工程要求。 5 结语 本工程地基处理共使用 CFG 桩 430 根，总进桩长度 6 450. 00m， 充盈系数为 1. 23， 混凝土总耗用量 998. 9m3 ，桩身强度等级达到 C15 (设计要求强度等级) 。CFG 桩处理后，通过载荷试验，本工程复合地基承载力特征值达 305kPa。 工程实践证明 CFG 桩通过改变桩长、桩径、桩距等设计参数可使承载力在较大范围内调整，承载力提高的幅度在 250% 300% ，特别对软弱地基承载力提高更大; CFG 桩还具有沉降量小，变形稳定快，工艺性好的特点。特别是由于 CFG 桩施工中大量使用粉煤灰，桩体材料具有良好的流动性与和易性，灌筑方便，易于控制施工质量，可以节约水泥，钢材，利用工业废料，消耗大量粉煤灰，保护生态环境，降低工程费用，经比较分析与预制桩相比可以节约投资 40%左右。CFG 桩适用于多层和高层建筑地基，如:砂土、粉土、松散填土、粉质粘土、粘土、淤泥质粘土等地基处理。 参考文献: 1 中国建筑科学研究院. JGJ7922002 建筑地基处理技术规范 S. 北京:中国建筑工业出版社， 2002. 2 江正荣. 山区地基基础处理冶金建筑M .
