湖北省核工業(yè)地質(zhì)局，湖北 孝感 432000

天然地基如果不經(jīng)過處理，將不能夠滿足擬建建筑物按照設(shè)定的建筑高度及承載力要求，因而需要對地基采取相應的加固措施，使其能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求。地基處理的優(yōu)劣直接影響整棟建筑的質(zhì)量，而地基處理的費用一般較高，選擇合適的地基處理方式，在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)之上盡可能降低成本一直是高層建筑設(shè)計人員的研究重點。復合地基技術(shù)是將樁體和天然地基作為一個整體，共同承擔上部所產(chǎn)生的荷載作用。采用復合地基的加固方式效果較好且比其他地基處理方式更具有經(jīng)濟優(yōu)勢。

1 CFG樁復合地基的工程特性

1.1 復合地基的工程特性

（1）承載力的可調(diào)性大。CFG樁的長度和樁徑直接決定了樁土與地基之間的接觸面積和側(cè)摩阻力的大小，從而確定了地基的承載力大小，因而CFG樁復合地基具有較強的調(diào)控性。CFG樁的整個樁都可提供側(cè)摩阻力，與其他的加固方式相比，CFG樁在承載力增幅上有更加明顯的優(yōu)勢。對于承載力較好的天然地基，可以通過減小樁長和樁徑的方式來優(yōu)化設(shè)計方案，減小成本。

（2）適應范圍廣。CFG樁適用于不同的基礎(chǔ)。

（3）剛性樁的特性明顯，整個樁長都可以產(chǎn)生側(cè)摩阻力，能夠降低沉降量，滿足設(shè)計要求。

（4）CFG樁的施工工藝較為成熟，較好地保證施工質(zhì)量，比其他類型的加固措施工期更短、造價更低。

1.2 CFG樁復合地基的加固機理

CFG樁復合地基的樁體與周圍的天然地基相比，具有更高的模量和強度，因而在地基中加入樁體，實際上相當于起到了置換的效果，進而提高地基的強度和模量。CGF樁可以將上部荷載傳遞至深層土中，降低地基的沉降變形。在CFG樁成樁的過程中，天然地基受到一定的側(cè)向力，可以壓縮土體之間的孔隙，提高其力學性能，進而降低地基的沉降量。砂土和粉土經(jīng)過振動和擠密后也可提高抗液化能力。CFG樁復合地基的樁體具有良好的透水性，實質(zhì)上相當于一種良好的排水通道，能夠加速樁周土體直降的排水固結(jié)。設(shè)置褥墊層能夠起到緩沖的作用，緩解樁體對基礎(chǔ)的沖切作用，同時褥墊層還能與CFG樁共同承擔上部的荷載作用。

2 CFG樁復合地基承載特性影響因素模擬分析

2.1 工程概況

擬建的工程為高層住宅，地上28層，地下1層，通過地勘報告可知，天然地基不能滿足建筑物承載力的要求，需要采取加固處理措施。經(jīng)過方案比選后，CFG樁復合地基可以對該地基進行更為有效的處理。該節(jié)主要利用ABAQUS的數(shù)值模擬方式，通過建立CFG樁復合地基三維模型來研究各個因素影響下的承載力變化。

2.2 褥墊層模量的影響

沉降量歲褥墊層模量的變化曲線如圖1所示，曲線表示的是在褥墊層厚度為20cm時，褥墊層的模量與復合地基沉降量之間的關(guān)系。由圖1可知，荷載的大小與沉降量之間幾乎呈線性關(guān)系，且當模量較小時，隨著荷載的增加，沉降量的增加增幅較大，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因在于增加褥墊層的模量，使得樁身的應力集中現(xiàn)象更為顯著，樁間土所承擔的荷載會有所削弱，其承載力也未能夠得到充分的發(fā)揮，進而導致復合地基沉降量的增加。

圖1 沉降量歲褥墊層模量的變化曲線

樁身軸向力隨褥墊層模量的變化曲線如圖2所示，曲線表示的是荷載為500kPa、墊層厚度為20cm時，樁身軸力與褥墊層模量之間的變化規(guī)律。規(guī)律顯示樁身軸向力隨褥墊層模量的增大而逐漸增大，且在模量較小的情況下，調(diào)節(jié)作用更明顯，有效緩解樁身應力集中。在其他條件都相同的情況之下，深度越大，樁間土對樁土的圍護作用也就越強。

圖2 樁身軸向力隨褥墊層模量的變化曲線

對以上曲線的分析可知如果地基的承載力較高，為了削弱樁體的應力集中，可以選擇模量較小的褥墊層，反之則選擇較高模量，以降低沉降變形。

2.3 樁長的影響

樁長變化對CFG樁復合地基沉降的影響曲線如圖3所示，曲線表示的是在褥墊層厚度為20cm、模量為60MPa時樁長與沉降量之間的規(guī)律。由圖3可知，當荷載為一個定值時，增加樁的長度，復合地基的沉降量會呈現(xiàn)出減小的趨勢，且下降的幅度也在逐漸降低最后呈穩(wěn)定的狀態(tài)。同時，可以看出沉降量的降幅與荷載之間呈反比例關(guān)系，主要原因是樁長度的增加會增大側(cè)摩阻力，進而強化樁土的置換效果。

圖3 樁長變化對CFG樁復合地基沉降的影響曲線

樁長變化對樁身軸向應力的影響曲線如圖4所示，曲線顯示軸向應力與樁長呈正比例關(guān)系，當樁的長度較小時，其受到的側(cè)摩阻力也較小，在此時增大樁長，軸力的增幅也比較大。當樁長較大時，軸身受到的側(cè)摩阻力也在增大，樁身的增長所引起的軸向應力增幅也會隨之減小并趨于穩(wěn)定。

圖4 樁長變化對樁身軸向應力的影響曲線

在設(shè)計時復合地基，樁長是重要的一個因素，應結(jié)合工程的實際情況，盡可能讓樁端落在良好的持力層之上。在設(shè)計樁長時，一方面需要考慮承載力的性能，另一方面需要考慮經(jīng)濟因素，并非所有的樁均是越長越好。在采用CFG樁復合地基進行加固時，樁體的布設(shè)形式也會直接影響地基的加固效果，具體的布設(shè)形式需要根據(jù)工程特點來進行確定，合理選擇樁間距，在滿足承載力的基礎(chǔ)上最大限度地節(jié)約成本。當對樁體進行施工時，要考慮成孔的垂直度、澆筑材料的強度以及樁體的縮頸和擴徑等施工工藝。

3 結(jié)束語

綜上通過對CFG樁復合地基的簡要分析可以看出，CFG樁能夠有效提升地基的承載力且增幅較大，具有較高的經(jīng)濟和工程效益。CFG樁可以通過樁體、擠密、排水固結(jié)、褥墊層等多方面的作用來實現(xiàn)對地基的加固改善。文章采用數(shù)值模擬的方式并結(jié)合具體的工程實例，研究了影響CFG樁復合地基的各方面因素以及實用的效果，旨在為相關(guān)的工程提供一定的參考。