朱 鵬，孔甲東，楊云堂

（中國建筑土木建設(shè)有限公司西南公司，重慶 404100）

1 CFG 樁地基加固

1.1 CFG 樁

CFG 樁的全稱是水泥粉煤灰碎石樁。它主要是由大量混凝土、粉石灰、碎小石塊、細砂石、砂等各種物質(zhì)混合，再加入一定比例的水，通過拌和形成具有一定強度的可變強度樁。CFG 樁屬于低強度混凝土樁，它可以利用樁間土的承載力共同作用，將載荷傳遞到深層地基去。

1.2 CFG 樁復(fù)合地基

CFG 樁復(fù)合地基是由若干個CFG 樁、樁間土和褥墊層等共同構(gòu)成的一種高強度剛性復(fù)合地基。如圖：

1.2.1 CFG 樁復(fù)合地基的承載機理

CFG 樁復(fù)合地基主要是用褥墊層與上面的建筑基礎(chǔ)相連接，不管CFG 樁的樁端是落在普通的土層還是一些比較堅硬的土層，都完全能夠保證樁間土的總體質(zhì)量并且能夠始終保持樁間土的穩(wěn)定性。因此，在當(dāng)基礎(chǔ)上受到豎向載荷時，樁與樁間的混凝土都會發(fā)生沉降或者是變形。由于CFG 樁的樁體強度和樁體規(guī)模量都遠遠超過了標(biāo)準(zhǔn)的樁間混凝土，在自身重力和所受載荷的共同作用下，CFG 樁樁頂所承受的應(yīng)力也遠遠超過了樁間混凝土所受應(yīng)力。CFG 樁可以把自身所承受的負載傳遞到深層土當(dāng)中去，而且還會相應(yīng)地增加一些樁間混凝土所需要承擔(dān)的負載。這樣，由于CFG樁的作用從而使得地基的承載能力增強，其變形范圍也減小。

1.2.2 CFG 樁復(fù)合地基加固機理

CFG 樁復(fù)合地基主要構(gòu)件是樁、樁間土及褥墊層，其中褥墊層將基礎(chǔ)傳過來的力進行協(xié)調(diào)，然后按照一定的比例均勻地分配給樁和樁間土，使樁和樁間土共同負責(zé)承擔(dān)基底壓力。CFG 樁復(fù)合地基的施工加固機理主要大致包括為以下幾種：

（1）CFG 樁的加固作用

① CFG 樁對地基混凝土起到一定的擠密作用。在振動成樁的過程當(dāng)中，將松散的土進行擠壓，提高了混凝土的物理和動力學(xué)性能，進而大大提高了樁間混凝土的承受能力。

② CFG 樁的排水作用。CFG 樁在澆筑的時候，因為振動會產(chǎn)生一些孔隙水，而CFG樁就起到一個排水的功能。

③ CFG 樁樁體的置換作用。CFG 樁可以將一些軟弱土置換成高強度的樁。

④ CFG 樁對樁間土的約束和保護作用。無側(cè)向變化約束的其他土體，在受到一定載荷后其局部側(cè)向變形遠遠超過了具有側(cè)向約束力的土體。由于采用CFG 樁對于該樁周圍的土體側(cè)向變形進行限制，會導(dǎo)致其側(cè)向變形程度降低，相應(yīng)的土體的垂直變形程度也會降低。

（2）褥墊層的作用

褥墊層，它是由顆粒狀物料和混凝土構(gòu)成的一種散體墊層，它能夠讓CFG 樁和樁間土共同承受載荷，并且能夠調(diào)節(jié)二者的承擔(dān)載荷比例。褥墊層還可以防止建筑物基礎(chǔ)地面的應(yīng)力集中。在CFG 樁復(fù)合地基中，褥墊層十分重要。它的主要作用有：

① 保證樁土共同承擔(dān)載荷

若不及時設(shè)置褥墊層，則建筑物的基礎(chǔ)將會與樁和樁間混凝土直接發(fā)生相互碰撞。在未設(shè)有褥墊層的情況下，一旦受到相應(yīng)的負荷，樁就可能會承受較多負荷，并且隨著時間增長，樁出現(xiàn)了下沉，負荷也可能會慢慢向其他土體方面?zhèn)鬟f。樁與地基的承載力也就會不斷增大，樁所承受的負荷也會不斷減小。但若是設(shè)置了褥墊層，那就是在一個給定的負荷作用下，樁和樁間土的受力情況基本一致。

②減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中通過試驗可以得出，如果褥墊層的厚度大于10cm，樁對基礎(chǔ)地面所產(chǎn)生的應(yīng)力集中可以顯著降低；而當(dāng)褥墊層厚度為30cm 時，其產(chǎn)生的應(yīng)力已經(jīng)很小[1]。

（3）樁間土的作用

① 對CFG 樁有一種約束的效果，從而增強了CFG 樁的強度。

② 承擔(dān)水平載荷和豎向載荷。

1.3 CFG 樁復(fù)合地基施工技術(shù)

（1）測量和放樣：按照建筑設(shè)計方案和建筑施工工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對樁位進行測量和放樣。

（2）分區(qū)清表：在施工進行前，需要對施工現(xiàn)場區(qū)域進行分區(qū)清理并且徹底清除凍土，使表面光滑均勻。

（3）換填砂礫：砂礫宜選沒有雜質(zhì)的中、粗砂。

（4）布點：按照設(shè)計圖布置施工樁位。

（5）鉆機就位：CFG樁通過自動系統(tǒng)就位。

（6）混合料拌和、灌注。

（7）清樁間土及樁頭破除。

（8）樁基檢測。

（9）擴大樁頭及碎石墊層。

（10）施作褥墊層。

2 高原環(huán)境

2.1 高原氣候

國內(nèi)外都有許多十分有名的高原，如我國的青藏高原、內(nèi)蒙古高原和黃土高原，美國的西部高原和東非高原等。但是因為各個高原的自然地理位置、海拔的變化大小和其所處的地形和地貌都不盡相同，所以各個高原的氣候也各不相同。而高原氣候的主要特點是：（1）雖然太陽光對人體的輻射性能很強，但是輻射的差額比較小。這主要是因為我國高原的海拔高度比較高，它的自然大氣層厚度、空氣密度、水汽質(zhì)量和自然大氣中的氣溶膠含量都得到相應(yīng)的降低。所以在我國高原的各個地區(qū)的太陽光直接輻射能力強度大，特別是紫外線輻射能力強度尤為顯著。（2）高原的氣溫會隨海拔的增加而下降，一般情況下，海拔高度平均每升高1000m，那么它的氣溫就會下降6℃左右。而且高原上早晚溫差較大，這主要是因為高原地區(qū)空氣含量比較低。白天，由于地面受到的太陽輻射較強，氣溫上升快。到了晚上，地面的散熱比較快，所以氣溫迅速下降。（3）高原的氣候比較干燥，這是因為高原的大氣壓也相對較低，導(dǎo)致它的水蒸氣的氣壓也低。所以海拔越高，高原空氣中的水含量也越少，氣候也就越干燥。

2.2 高原凍土

凍土主要是一種溫度低于0℃的土巖, 其特殊性表現(xiàn)為它的性質(zhì)與溫度密切相關(guān), 是一種對溫度敏感且性質(zhì)不穩(wěn)定的土體[2]。按照凍土整體生成所需要的持續(xù)時間的長短，我們可以將其劃分為兩類：一種類型是季節(jié)性凍土；另一類為長年凍土。形成凍土主要由于物理風(fēng)化的作用，它所形成的速度非常緩慢，但是在凍土凍融相互交替的時候，物理風(fēng)化速度就比較快。而生物學(xué)中的風(fēng)化和化學(xué)中的風(fēng)化對凍土的形成就比較薄弱。凍土主要存在于一些高緯度地區(qū)和高山部地區(qū)。青藏高原是世界上中低緯度海拔最高、面積最大的多年凍土分布區(qū),多年凍土面積占我國多年凍土面積的 70%, 占我國國土面積的 21.5%[3]。

3 影響CFG 樁地基的因素

3.1 氣候影響

在高原地區(qū)的高寒氣候條件下，施工的周期較長。另外，由于混凝土在經(jīng)過硬化和水化的時候，混凝土所受到氣溫變化的影響較大，在一些高寒氣候的環(huán)境中，混凝土很容易就會出現(xiàn)凍害。凍害會使混凝土的抗壓強度和抗拉強度產(chǎn)生變化。鋼筋的構(gòu)造和性能同樣也會受到相應(yīng)影響。在高寒氣候的環(huán)境下，會導(dǎo)致鋼筋處于動力學(xué)性能不穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.2 設(shè)備影響

在高原上，機械設(shè)備發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和扭力都會因為海拔的增加而有所下降和縮短，進而直接會導(dǎo)致建筑施工設(shè)備的機械性能出現(xiàn)損害和下降現(xiàn)象，機械設(shè)備整體的性能和效率都會受到嚴重的減弱。機械傳動式工程機械因受發(fā)動機功率下降的單一影響，機械性能和發(fā)動機功率下降成正比關(guān)系，液力傳動式機械由于其液壓系統(tǒng)受高原影響故整機匹配失準(zhǔn)現(xiàn)象更為嚴重[4]。

3.3 凍土的影響

凍土區(qū)的地基最明顯的特點就是對溫度很敏感。在凍土區(qū)施工有兩大難題：凍脹和融沉。凍脹現(xiàn)象是指凍土在寒季的時候會像冰塊一般冷卻，但同時也會因為氣溫的下降而產(chǎn)生體積膨大，因此分布在凍土的地基會被膨脹的凍土頂?shù)耐钩?，凍土的凍脹會影響凍土區(qū)的工程結(jié)構(gòu)，進而影響地基加固。融沉是指到了夏季的時候，凍土融化，體積縮小，地基又會凹下去。隨著季節(jié)的變化，凍脹和融沉交替變化，會造成地基的不均勻變形以及裂縫的形成。

在凍土的冷卻和融化的過程當(dāng)中，會導(dǎo)致建筑基礎(chǔ)出現(xiàn)變形和開裂的問題。用CFG 樁在整個凍土區(qū)直接進行施工，其主要的功能和主要作用之一就是在整個凍土復(fù)合地基中直接擠壓形成高強度的樁體，并與整個樁間的凍土相連接從而形成一個復(fù)合地基，提高整個凍土復(fù)合地基的使用強度和土地承載能力，進而加固地基。

在凍土凍結(jié)時，凍土地基具有較低的壓縮性或不具壓縮性和較高的強度等工程特性。但在全球變暖的現(xiàn)狀下，凍土地基承載力降低，壓縮性變化較大，使地基產(chǎn)生融陷凍脹[5]。

當(dāng)凍土融化時，凍土分布的結(jié)構(gòu)就會發(fā)生急劇的改變，這將會使土體在原來的受力狀況下迅速出現(xiàn)下沉甚至是變形，并且還可能會使土體孔隙中的水全部排出，進而導(dǎo)致土體密實。但對某些具有凝結(jié)特性冰塊質(zhì)量相當(dāng)高的凍土地基，在這些凍土完全融化后，土體也可能會變成比較稀的土，這樣就會導(dǎo)致凍土地基發(fā)生大幅度沉降，影響地基的加固。

4 結(jié)語

在高原氣候多變、凍土分布廣泛的狀況下，對工程施工進度，施工人員以及施工設(shè)備都有很大的影響。而高原凍土的凍脹和融沉的相互交替對地基加固的影響最為嚴重。CFG樁復(fù)合地基在高原上充分發(fā)揮了樁和樁間土的承載能力，大大加強了地基強度。