摘要:CFG樁復(fù)合地基是軟基處理中一種較為有效的方法，近年來得到廣泛的應(yīng)用，但相關(guān)的研究開展的不多。本文對CFG樁的加固機(jī)理進(jìn)行了分析，同時介紹CFG樁基施工工藝，對指導(dǎo)軟弱地基處理與加固具有一定參考價值。

關(guān)鍵詞:CFG樁基 復(fù)合地基 施工工藝

0 引言

復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體或被改良的天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載作用。根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向又可分為水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基和豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基。水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基主要包括由各種加筋材料，如土工聚合物、金屬材料格柵等形成的復(fù)合地基。豎向增強(qiáng)體習(xí)慣上稱為樁，豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基通常稱為樁土復(fù)合地基。

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱。CFG樁復(fù)合地基成套技術(shù)是中國建筑科學(xué)研究院地基所20世紀(jì)80年代末開發(fā)的一項新的地基加固技術(shù)。1992年由建設(shè)部組織鑒定，專家一致認(rèn)為該成果具有國際領(lǐng)先水平，推廣意義很大。該技術(shù)于1994年被列為建設(shè)部全國重點推廣項目，被國家科委列為國家級全國重點推廣項目。1997年被列為國家級工法，并制定了中國建筑科學(xué)研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已列入國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》。

1 CFG樁加固機(jī)理

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑和砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基(復(fù)合地基法是在天然地基中設(shè)置一定比例的增強(qiáng)體(樁體)，使樁土共同承擔(dān)荷載，并具有密實法和置換法的效應(yīng))。CFG樁因?qū)俑哒辰Y(jié)強(qiáng)度樁，可全樁長發(fā)揮側(cè)阻，樁端落在好的土層時可以很好的發(fā)揮端阻。成樁時的擠土效應(yīng)，樁體的排水作用以及褥墊層對樁、土荷載分擔(dān)比的調(diào)整作用，可以有效的提高地基的承載力，減小地基變形。

通過十余年的科研和工程實踐，CFG樁復(fù)合地基技術(shù)己經(jīng)成為一種被廣泛應(yīng)用的地基處理方法。這種地基加固方法吸取了振沖碎石樁和水泥攪拌樁的優(yōu)點，第一，工藝簡單;與振沖碎石樁相比，無場地污染，振動影響也較小。第二，所用材料僅需少量水泥，便于就地取材，基礎(chǔ)工程不會與上部結(jié)構(gòu)爭“三材”，這也是比水泥攪拌樁的優(yōu)越之處。第三，受力特性與水泥攪拌樁類似。

1.1 樁體作用 CFG樁樁體材料不同于碎石樁樁體材料，而是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的混合料。在荷載作用下CFG樁的壓縮性明顯比其周圍軟土小，因此基礎(chǔ)傳給地基的附加應(yīng)力隨地基的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，復(fù)合地基的CFG樁起到了樁體作用。

1.2 擠密作用 CFG樁的擠壓作用使樁間土得到擠密。地基采用CFG樁加固，加固前后取土進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)試驗，經(jīng)加固后地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有所減小，重度、壓縮模量均有所增加，說明經(jīng)加固后樁間土己擠密。

1.3 褥墊層作用 CFG樁(cement fly-ash gravel pile)復(fù)合地基的核心技術(shù)是設(shè)置褥墊層，而褥墊層設(shè)計的是否合理，對CFG樁復(fù)合地基的承載與變形特性都會產(chǎn)生較大的影響。由級配砂石、粗砂、碎石等散體材料組成的褥墊層，通過人為的提供變形渠道，改變地基的受力條件，從而合理地調(diào)整地基的壓縮性，實現(xiàn)地基的協(xié)調(diào)工作。

1.4 CFG樁的設(shè)計參數(shù) CFG樁復(fù)合地基有4個設(shè)計參數(shù)，分別為:

1.4.1 樁徑 CFG樁的施工工藝主要有振動沉管法和長螺旋鉆管內(nèi)泵壓灌注法，由于振動沉管法施工屬于非排土沉樁，因此將對樁周土產(chǎn)生很大的擾動，對靈敏度較高的飽和軟粘土則會使其結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，從而引起很大的超靜孔隙水壓力，這種超靜孔隙水壓力的存在會極大地影響成樁質(zhì)量，會引起樁體的斷裂，或者達(dá)不到預(yù)計深度，同時還影響樁身承載力的發(fā)揮以及施工進(jìn)度。經(jīng)過分析選用長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工方法較適合。CFG樁樁徑一般為350~600mm。

1.4.2 樁距 樁距的選用需要考慮承載力，提高幅度要能滿足設(shè)計要求，且施工方便、樁作用的發(fā)揮、場地地質(zhì)條件以及造價等因素:①對擠密性好的土，如砂土、粉土和松散填土等，樁距可取得較小。②對單、雙排布樁的條形基礎(chǔ)和面積不大的獨立基礎(chǔ)等，樁距可取的較小，反之，滿堂布樁的筏基、箱基以及多排布樁的條基、設(shè)備基礎(chǔ)等，樁距應(yīng)適當(dāng)放大。③地下水位高、地下水豐富的建筑場地，樁距也應(yīng)適當(dāng)放大。

1.4.3 樁長 水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷實驗

確定，初步設(shè)計時也可按下式估算

fspk=m×()+β1×mfsk

式中，fspk——復(fù)合地基承載力特征值，單位KPa;

m——面積置換率;

Ra——單樁豎向承載力特征值，單位為KN;

Aa——樁的截面積，單位為m2;

β——樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時可取0.75~0.95，天然地基承載力較高時取大值;

fsk——處理后樁間土承載力特征值，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時，可取天然地基承載力特征值。

單樁豎向承載力特征是Ra的取值，應(yīng)符合下列規(guī)定:①當(dāng)采用單樁載荷試驗時，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2;②當(dāng)無單樁載荷試驗資料時，可按下式估算

Ra=upqsi·li+qp·Ap

up——樁的周長，單位為m;

n——樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù);

qsi、qp——樁周第i層土的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值，可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)有關(guān)規(guī)定確定;

li——第i層土的厚度，單位為m;

1.4.4 褥墊層厚度 對剛性樁復(fù)合地基，褥墊層厚度過小，樁對基礎(chǔ)將產(chǎn)生很顯著的應(yīng)力集中，需要考慮樁對基礎(chǔ)的沖切，勢必造成基礎(chǔ)加厚。如果基礎(chǔ)承受水平荷載，可能造成復(fù)合地基樁發(fā)生斷裂。同時，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，必然增加樁的數(shù)量或樁長。褥墊層厚度大，樁間土的承載能力可以充分發(fā)揮。但是如果褥墊層厚度過大，一方面，造成浪費，相當(dāng)于換土回填。另一方面，使得褥墊層下復(fù)合地基表面的樁土應(yīng)力比n很小，意味著淺層地基土承擔(dān)了較高的荷載，而淺層地基土的強(qiáng)度往往又較低。雖然淺層土分擔(dān)的荷載會很快向樁轉(zhuǎn)移(樁頂部存在負(fù)摩阻力區(qū))，但淺層土壓縮變形造成的過大沉降量，實際上使復(fù)合地基中設(shè)置的樁失去意義。因此，褥墊層厚度的合理性在于既要保證樁在水平荷載作用下不會發(fā)生斷裂，又要合理發(fā)揮樁和樁間土的承載能力。

綜合以上分析，結(jié)合大量工程實踐的總結(jié)，既考慮到技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理，褥墊層厚度一般取150~300mm為宜，當(dāng)樁距過大時，褥墊層厚度宜取高值。褥墊層材料可用碎石，級配砂石(限制最大粒徑)、粗砂、中砂。

2 CFG樁復(fù)合地基施工工藝

水泥粉煤灰碎石樁的施工，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件選用下列施工工藝:長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，適用于豁性土、粉土、砂土，以及對噪聲或泥漿污染要求嚴(yán)格的場地。長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工除應(yīng)執(zhí)行國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定外，尚應(yīng)符合下列要求:

2.1 施工前應(yīng)按照設(shè)計要求由試驗室進(jìn)行配合比試驗，施工時按配合比配制混合料。長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度宜為160~200mm;

2.2 長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設(shè)計的深度后，應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時間，混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相配合，遇到飽和砂土或粉土層，不得停泵待料;

2.3 成樁過程中，抽樣做混合料試塊，每臺機(jī)械一天應(yīng)做一組(3塊)試塊(邊長為150mm的立方體)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定其立方體抗壓強(qiáng)度;

2.4 褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實法，當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時，也可采用動力夯實法，夯填度(夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值)不得大于0.9;

2.5 施工垂直度偏差不應(yīng)大于1%;對滿堂布樁基礎(chǔ)，樁位偏差不應(yīng)大于60mm;

2.6 在軟土中，樁距較大可采用隔樁跳打;在飽和的松散粉土中施打，如樁距較小時，不宜采用隔樁跳打方案;滿堂布樁，無論樁距大小，均不宜從四周向內(nèi)推進(jìn)施工;

2.7 保護(hù)樁長是指成樁時預(yù)先設(shè)定加長的一段樁長，基礎(chǔ)施工時將其剔掉;保護(hù)樁長越長，樁的施工質(zhì)量越容易控制，但浪費的料也越多;設(shè)計樁頂標(biāo)高離地表距離不大于1.5m時，保護(hù)樁長可取50~70cm，上部用土封頂;樁頂標(biāo)高離地表距離較大時，保護(hù)樁長可設(shè)置70~100cm，上部用粒狀材料封頂直到地表;

2.8 樁頭處理，CFG樁施工完畢待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度(一般為7d左右)，方可進(jìn)行基槽開挖;在基槽開挖中，如果設(shè)計樁頂標(biāo)高距地面不深(一般不大于1.5m)，宜考慮采用人工開挖，不僅可防止對樁體和樁間土產(chǎn)生不良影響，而且經(jīng)濟(jì)可行;如果基槽開挖較深，開挖面積大，采用人工開挖不經(jīng)濟(jì)，可考慮采用機(jī)械和人工聯(lián)合開挖，但人工開挖留置厚度一般不宜小于700mm;樁頭鑿平，并適當(dāng)高出樁間土1~2cm。

3 總結(jié)

實踐證明，利用CFG樁對地基進(jìn)行加固的效果是顯著的，其費用較低。是在一種理想的加固方法。

參考文獻(xiàn):

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