谷春濤王鎮(zhèn)基汪林林

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

設(shè)計(jì)與施工

淺議CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

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河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

CFG樁復(fù)合地基是由CFG樁、樁間土和褥墊層共同作用，一起構(gòu)成復(fù)合地基。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿足承載力和變形要求。

CFG樁；復(fù)合地基；褥墊層

CFG樁是英文CementFly-ashGravelPile的縮寫，即水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏結(jié)、高強(qiáng)度樁。通過調(diào)整水泥摻量及配比,其強(qiáng)度等級在C15～C25之間，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁一般不需要配筋，并且利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作摻和料，進(jìn)一步降低了工程造價(jià)。CFG樁復(fù)合地基具有適用性廣、承載力提高幅度大、施工簡便、工期短、造價(jià)低廉等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。目前，CFG樁復(fù)合地基已成為應(yīng)用普遍的地基處理方法之一。

1 CFG樁適用范圍

就基礎(chǔ)形式而言，CFG樁既可適用于條基、獨(dú)立基礎(chǔ)，也可適用于箱基、筏基；既有工業(yè)廠房，也有民用建筑。就土層性質(zhì)而言，CFG樁適用于處理黏土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基，對淤泥質(zhì)土應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性。CFG樁不僅用于承載力較低的土,對承載力較高（如承載力fak= 200kPa）但變形不能滿足要求的地基，也可采用CFG樁，以減少地基變形。

對一般黏性土、粉土或砂土，樁端具有好的持力層,經(jīng)CFG樁處理后的復(fù)合地基可作為荷載較大建筑物的持力層。如洛陽萬基水泥有限公司2800 t/d熟料粉煤灰水泥生產(chǎn)線水泥配料站車間,天然地基承載力特征值為fak=150kPa,建筑場地屬于非自重濕陷性黃土,采用灰土樁和CFG樁多樁型復(fù)合地基。先施工灰土樁，然后在灰土樁中間打CFG樁，既可消除地基土的濕陷性，又可獲取很高的復(fù)合地基承載力。

CFG樁復(fù)合地基可用于處理中高壓縮性地基土以減少建筑物沉降。比如新鄉(xiāng)市長城機(jī)械有限公司年產(chǎn)60萬t礦渣微粉生產(chǎn)線示范工程礦渣粉磨及輸送車間,原地基土為壓縮模量Es=5.0MPa的粉質(zhì)黏土，經(jīng)處理后復(fù)合地基壓縮模量可達(dá)到14.0 MPa，基礎(chǔ)最終沉降滿足設(shè)備及建筑要求。

2 CFG樁復(fù)合地基作用原理

CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理主要是褥墊層受上部基礎(chǔ)荷載作用產(chǎn)生變形后以一定的比例將荷載分?jǐn)偨o樁及樁間土，使二者共同受力。同時(shí)土體受到樁的擠壓而提高承載力，樁又由于周圍土側(cè)應(yīng)力的增加改善了受力性能，二者共同作用，形成了一個(gè)復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部傳來的荷載。

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)、樁和樁間土之間設(shè)置一定厚度的由散體粒狀材料組成的褥墊層，是復(fù)合地基的一個(gè)核心技術(shù)。褥墊層在復(fù)合地基中具有如下作用：

1）褥墊層保證樁、土共同承擔(dān)荷載，是CFG樁形成復(fù)合地基的重要條件。

2）通過改變?nèi)靿|厚度,調(diào)整樁垂直荷載的分擔(dān)。通常，褥墊越薄，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比越高。

3）減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。如不設(shè)褥墊層，當(dāng)樁端位于堅(jiān)硬土層時(shí)，基礎(chǔ)承受荷載后，樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔(dān)，樁間土承載力很難發(fā)揮（見圖1）。

圖1 樁與樁間土受力變化

4）調(diào)整樁、土水平荷載的分擔(dān)。褥墊層越厚，土分擔(dān)的水平荷載占總荷載的百分比越大，樁分擔(dān)的水平荷載占總荷載的百分比越小。

工程實(shí)踐表明,褥墊層合理厚度為100～300mm?？紤]施工時(shí)的不均勻性，褥墊層厚度取150～300 mm。當(dāng)樁徑大、樁距大時(shí)，褥墊層厚度宜取高值。褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級配砂石和碎石，最大粒徑不宜大于30mm。褥墊層材料不宜采用卵石，因?yàn)槁咽Ш狭Σ睿┕r(shí)擾動(dòng)較大，褥墊厚度不容易保證均勻。褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法。當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時(shí)，也可采用動(dòng)力夯實(shí)法，夯填度（夯實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不得大于0.9。

3 CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

從現(xiàn)有的復(fù)合地基承載力的計(jì)算方法來看,其主要思路是將土的承載能力考慮進(jìn)去，一般是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，再根據(jù)一定的原則將這兩部分疊加,即得到復(fù)合地基承載力。

1）CFG樁復(fù)合地基承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，設(shè)計(jì)時(shí)也可按下式估算：

單樁豎向承載力特征值Ra的取值,當(dāng)采用單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2；當(dāng)無單樁載荷試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式估算：

式中，up—樁的周長（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（kPa），可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007有關(guān)規(guī)定確定；li—第i層土的厚度（m）。

2）CFG樁復(fù)合地基的沉降變形主要由三部分組成：一是樁長范圍內(nèi)土層的壓縮變形，二是樁端下臥層的變形，三是褥墊層的壓縮變形。基底褥墊層變形量很小，可以忽略不計(jì)。所以基礎(chǔ)總沉降量即復(fù)合地基加固土層壓縮量與復(fù)合地基加固土層下臥層壓縮量,可采用分層總和法分別計(jì)算再求和。地基處理后的變形計(jì)算應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。復(fù)合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，ζ值可按下式確定：

式中，fspk—基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值（kPa）。

CFG樁復(fù)合地基承載力取決于樁間距、樁徑、樁長、布樁方式、樁周土層側(cè)阻力以及樁端土層端阻力等因素，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同建筑物的基礎(chǔ)形式、建筑場地地質(zhì)條件及施工工藝綜合考慮確定。

自從20世紀(jì)80年代末CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)被研發(fā)應(yīng)用以來，由于其具有大大提高原地基承載能力、適合范圍廣、控制變形效果好、施工簡單、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種工程建設(shè)中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]JGJ79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].