杜佶崢，苗子臻，邱浩然（. 中國石油天然氣管道局第一工程分公司，河北廊坊，065000；. 北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京，0044）

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CFG樁復(fù)合地基研究現(xiàn)狀及展望

杜佶崢1，苗子臻2，邱浩然2
（1. 中國石油天然氣管道局第一工程分公司，河北廊坊，065000；
2. 北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京，100144）

CFG樁復(fù)合地基作為一種有效的地基處理手段，其能夠較好地發(fā)揮樁土共同作用，目前已被廣泛應(yīng)用。本文分析了CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算、沉降計(jì)算等方面，總結(jié)了CFG樁復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀及研究成果，提出了CFG樁復(fù)合地基存在問題，闡述了發(fā)展趨勢(shì)。本文對(duì)工程人員了解CFG樁復(fù)合地基有幫助作用。

CFG樁復(fù)合地基；影響因素；沉降計(jì)算；承載力計(jì)算

引言

CFG樁為在碎石樁樁體中摻加適量石屑、粉煤灰、水泥，并加水拌合形成的一種高粘結(jié)強(qiáng)度樁。它與樁間土和褥墊層一起構(gòu)成CFG樁復(fù)合地基。CFG樁復(fù)合地基通過褥墊層與基礎(chǔ)連接，當(dāng)?shù)鼗芎蓵r(shí)，樁可以向上刺入，伴隨這一變化過程，墊層材料不斷調(diào)整補(bǔ)充到樁間土上，以保證在任一荷載下樁和樁間土始終參與工作，由于樁體的強(qiáng)度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應(yīng)力比樁間土表面應(yīng)力大，將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應(yīng)減少了樁間土承擔(dān)的荷載，從而使復(fù)合地基承載力提高，變形減小。且CFG樁樁體可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰，又無須配筋，其工程造價(jià)為一般樁基的1/3～1/2，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。目前在高層建筑地基基礎(chǔ)、路基工程等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用［1］。為使工程人員對(duì)CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)有進(jìn)一步了解，本文綜合國內(nèi)外學(xué)者多年來研究成果，對(duì)CFG樁復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀及成果進(jìn)行了分析總結(jié)。

1　研究現(xiàn)狀

1.1各因素影響研究

影響CFG樁復(fù)合地基沉降及承載性能的因素較多，目前諸多研究主要圍繞褥墊層、樁長、樁徑、樁體強(qiáng)度、樁間距等展開。

1.1.1樁長、樁徑、樁間距

樁長、樁徑、樁間距為組成CFG 樁復(fù)合地基的重要組成部分。樁長的影響主要表現(xiàn)為樁土荷載分擔(dān)比的不同，樁越短，樁間土分擔(dān)的荷載就越大，樁間土的壓縮量越大，總體沉降變形越大［2］；反之，樁越長，樁間土分擔(dān)的荷載越小，樁間土的壓縮量越小，沉降變形越小，但樁長增長到一定程度，沉降減少量趨于穩(wěn)定，樁長對(duì)沉降的影響存在臨界值［3-4］。陳濤、胡長明、崔剛等通過現(xiàn)場原位試驗(yàn)及有限元數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)：隨著樁徑的增加，復(fù)合地基承載力增加，沉降變形減小，但綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，樁徑宜取300～600mm；隨著樁間距的增大，地基承載力降低，沉降變形增大，通常設(shè)計(jì)中樁間距宜取3～5倍樁徑［5］。

1.1.2樁體強(qiáng)度

陳濤、丁銘績通過數(shù)值模擬對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降及其影響參數(shù)進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)樁體強(qiáng)度較小時(shí)，地基沉降較大，隨著樁體強(qiáng)度增加，沉降減小，但減小速率逐漸降低，單純依靠提高樁體強(qiáng)度來減小沉降不切實(shí)際。閆明禮等通過現(xiàn)場靜載試驗(yàn)對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載性能進(jìn)行了研究［6］，研究發(fā)現(xiàn)，樁體強(qiáng)度的提高有助于地基承載力的提高，但當(dāng)樁體強(qiáng)度大于某一數(shù)值時(shí)，提高樁體強(qiáng)度等級(jí)對(duì)復(fù)合地基承載力沒有影響，所以進(jìn)行復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)，不必將樁體強(qiáng)度等級(jí)取過高，一般取樁頂應(yīng)力的3倍即可。目前用于高層建筑地基加固的CFG樁，樁身強(qiáng)度等級(jí)一般在C15一C30之間，一般城市基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)筑物地基加固樁體強(qiáng)度等級(jí)多為C5、C10。

1.1.3褥墊層

褥墊層作為CFG 樁復(fù)合地基的核心組成部分，其不僅保證樁、土能夠共同承擔(dān)荷載，還能調(diào)整樁、土間荷載的分配，減少基礎(chǔ)底面應(yīng)力集中。大量的試驗(yàn)研究證明褥墊層厚度、剛度的變化對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降及承載性能影響十分顯著。褥墊層厚度過小，樁土應(yīng)力較大，樁間土的承載能力無法充分發(fā)揮，要達(dá)到設(shè)計(jì)要求承載力，勢(shì)必要增加樁的長度或數(shù)量，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，不利于優(yōu)化設(shè)計(jì)；隨著其厚度的增加，樁土應(yīng)力比逐漸下降，趨向于1，此時(shí)，樁承擔(dān)的荷載太少，僅體現(xiàn)出置換作用，樁的設(shè)置也就失去了意義，一般褥墊層厚度宜取100～300mm。褥墊層模量增大，使得地表變形受到約束，從而樁分擔(dān)的荷載較大，而樁間土分擔(dān)的荷載較小，樁土應(yīng)力比變大，沉降隨之減小，所以褥墊層模量的降低可有效緩解褥墊層底面應(yīng)力集中，但當(dāng)褥墊層模量達(dá)到某一值時(shí)，這種調(diào)節(jié)作用逐漸減弱［5，7］。

2　CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法研究現(xiàn)狀

目前，復(fù)合地基變形計(jì)算廣泛采用的是《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中的半理論、半經(jīng)驗(yàn)方法，計(jì)算時(shí)，復(fù)合土層分層與天然地基相同，各復(fù)合土層壓縮模量為該層天然地基壓縮模量的ζ倍，加固區(qū)及下臥層土體應(yīng)力分布采用均質(zhì)線性變形體理論，地基最終沉降量如式（1）所示：

式中：fs p k為復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；fak為基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值（kPa）；ψs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，各類土層取值見表1；其他參數(shù)同現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.5條規(guī)定。

表1　沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs

式中：Ai、Aj分別為加固土層第i、j層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分值。

此外，隨著對(duì)CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算研究的進(jìn)展，大量沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，CFG樁復(fù)合地基的實(shí)際沉降值遠(yuǎn)小于規(guī)范計(jì)算所得沉降值。因此，不少學(xué)者提出了一些改進(jìn)計(jì)算方法。張欽喜在現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算方法基礎(chǔ)上，考慮樁側(cè)摩阻力及樁端土的性質(zhì)，提出了一種實(shí)用簡化計(jì)算方法［8］；潘旭亮依據(jù)34個(gè)樓座CFG樁復(fù)合地基實(shí)測沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分析［9］，對(duì)規(guī)范所采用復(fù)合區(qū)壓縮模量進(jìn)行了修正，然后結(jié)合規(guī)范理論計(jì)算方法，提出一種新的CFG 樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法，使經(jīng)驗(yàn)公式更貼合工程實(shí)際；趙幸將樁體視為半剛性材料，在前人的理論及試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，考慮樁、土、褥墊層的相互協(xié)同作用，推導(dǎo)出新的地基沉降計(jì)算公式［2］；陳晉中將太原地區(qū)9個(gè)CFG樁復(fù)合地基工程實(shí)測沉降數(shù)據(jù)與規(guī)范計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，反算出太原地區(qū)不同條件下的沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)［4］，有著重要的工程實(shí)用價(jià)值。

3　CFG樁復(fù)合地基承載力研究現(xiàn)狀

一般情況CFG樁復(fù)合地基承載力可按規(guī)范公式進(jìn)行估算，對(duì)大型工程或者特別重要的工程需進(jìn)行試樁，通過載荷試驗(yàn)確定其地基承載力。

同樣，隨著對(duì)CFG樁復(fù)合地基研究的進(jìn)展，大量工程實(shí)際表明：規(guī)范中取值偏于保守不夠經(jīng)濟(jì)，為此不少學(xué)者提出了一些改進(jìn)方法。范偉霞等依據(jù)不同施工工藝實(shí)測資料對(duì)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）中CFG樁復(fù)合地基承載力公式β進(jìn)行反算，得出了不同施工工藝下 的參考值［11］。

佟建興［12］等人認(rèn)為在初步設(shè)計(jì)階段可按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）中公式進(jìn)行地基承載力估算，但要合理的選擇RA、fsk、β取值，其次建議對(duì)于P-S曲線為平緩光滑的緩變型曲線，可通過Pmax/2及相對(duì)變形值兩個(gè)控制條件，來確定復(fù)合地基承載力特征值。

陳昌仁等人在《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)范承載力計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，考慮邊載對(duì)復(fù)合地基承載力的影響，引入樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)α和邊載修正系數(shù)δ，對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了修正，使計(jì)算結(jié)果更加合理，修正公式如式（3）所示［13］:

式中：α為樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)；δ為邊載修正系數(shù)，建議取δ=1.0～1.2；其他參數(shù)同現(xiàn)行《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》第7.1.5條規(guī)定。

該公式與靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果相比仍存在一定差異，主要原因如下：試驗(yàn)樁數(shù)遠(yuǎn)小于計(jì)算樁的數(shù)量；土層厚度分布不均導(dǎo)致β的單一取值無法完全適用于地基中所有樁；δ不能完全反映開挖放坡引起的邊載分布不均現(xiàn)象。

4　發(fā)展方向

目前理論研究仍不能滿足工程實(shí)踐的需要，地基承載力、沉降變形計(jì)算仍存在不足，計(jì)算值與實(shí)測值差距較大；CFG樁復(fù)合地基在巖溶等復(fù)雜地質(zhì)條件下受力特性仍不明確；CFG樁復(fù)合地基在地震荷載和動(dòng)力荷載作用下復(fù)合地基、上部結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)三者共同作用工作機(jī)理仍不清晰；CFG樁與其他樁型相組合的多樁型復(fù)合地基的靜力特性、動(dòng)力特性認(rèn)識(shí)不足。

因此，對(duì)于CFG樁復(fù)合地基研究還可以從以下幾方面展開：

（1）進(jìn)一步加強(qiáng)CFG樁復(fù)合地基作用機(jī)理研究，力爭提出更切實(shí)有效計(jì)算方法；

（2）加強(qiáng)地震、沖擊等動(dòng)力荷載下CFG樁復(fù)合地基受力性能研究；

（3）加強(qiáng)復(fù)雜地質(zhì)條件下CFG樁復(fù)合地基受力性能研究；

（4）加強(qiáng)CFG樁與其他樁組合復(fù)合地基受力特性研究，提出切合實(shí)際計(jì)算公式。

5　結(jié)束語

綜上所述，通過大量室內(nèi)模型試驗(yàn)、現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)、有限元數(shù)值模擬及大量工程實(shí)踐，對(duì)CFG樁復(fù)合地基在砂土、粉土、粘性土中作用機(jī)制、受力特性等有了進(jìn)一步了解，但研究仍存在著一些不足之處，期待能與同行共同推進(jìn)深入研究。

［1］賈劍青，王宏圖，李晶，等. CFG樁復(fù)合地基承載力分析［J］. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（09）:117-120.

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杜佶崢，男，助理工程師，現(xiàn)工作于中國石油天然氣管道局第一工程分公司項(xiàng)目管理中心，主要從事管道及場站建設(shè)。

E-mail: 150514821@qq.com

苗子臻（通信作者），男，碩士研究生，主要從事巖土工程方面研究工作。

E-mail: 406818699@qq.com

Research Status and Development of CFG Pile Composite Foundation

JiZheng Du1， ZiZhen Miao2， HaoRan Qiu2
（1.China Petrolum Pipeline Bureau NO.1 Construction Company， Langfang， Hebei， 065000， China；
2. North China University of Technology College of Civil Engineering， Beijing ， 100144， China）

CFG pile composite foundation， as a kind of effective means of foundation treatment， can better play to the interaction of piles and soil. Currently， it has been widely used in foundation treatment engineering. The research status of CFG pile composite foundation and the research results has been summarized from the CFG pile composite foundation bearing capacity calculation， settlement calculation，etc. And the existed problems in the research of CFG pile composite foundation and the development trend of opinions are elaborated. To make our engineers have a further understanding of CFG pile composite foundation.

CFG Pile Composite Foundation； Influencing Factor； Settlement Calculation； Bearing Capacity Calculation

TU473

A

2095-8412 （2016） 03-541-04