挤密桩加CFG 桩在黄土地区地基处理中的应用

张海东

1 概述

黄土在我国分布广泛，湿陷性黄土主要分布在黄河中游地区，黄土的特点是大孔隙发育，且有湿陷性。黄土湿陷性是指黄土在一定压力下受水浸湿后结构破坏，土体强度迅速降低发生显著附加下沉。可使建筑物产生不均匀沉降，危及建筑物的安全使用。在工程建设中一般采用换填浅、强夯浅、碱液加固浅、灰土桩浅等处理湿陷性土层，高层建筑一般采用灌注桩处理，对上覆黄土的地区，并且在建筑物密集区，经多年实践经验采用灰土(或土)挤密桩加长螺旋CFG桩处理地基，对高层建筑地基处理较经济合理。

2 挤密桩加长螺旋CFG桩的适用性

土挤密桩适用于黄土地层用以消除黄土地基的湿陷性，提高地基承载力，对CFG桩而言可提高桩侧摩阻力。

长螺旋钻孔管内泵压混合料法CFG桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。

城市湿陷性黄土覆盖地区，高层建筑地基处理首先采用灰土(或土)挤密桩处理上覆湿陷性黄土，再做长螺旋管内泵压CFG桩，形成挤密桩、CFG桩与桩间挤密土三元复合地基，既能消除黄土湿陷性，又能满足高层建筑较高的荷载要求，比混凝灌注桩经济。

3 挤密桩加固湿陷性黄土地基的机理

挤密桩一般多采用振动沉管成孔，通过横向“挤压”作用使得地基土得以加“密”，然后在孔内分层夯实灰土(或素土)而成挤密桩，桩体与桩间土共同作用形成复合地基。其加固湿陷性黄土地基的作用机理为:采用振动成孔，由桩管振动力和侧向挤压作用，使桩间土得以挤密，消除桩间土的湿陷性。

4 挤密桩的设计

4.1 桩孔布置原则和要求

1)桩间距采用保证桩间土挤密后达到设计要求的密度和湿陷黄土湿陷性的原则。

2)桩体填土的平均压实系数不应小于0.95。

4.2 成桩工艺、桩径和桩长

一般采用振动沉管工艺，桩径采用400 mm为宜，桩长穿透湿陷性土层。

4.3 桩间距

一般按正三角形布置，桩距按下式计算:

其中，s为桩孔间的中心距，m;d为桩孔直径，m;ρdmax为桩间土的最大干密度为地基处理前土的平均干密度，g/cm3;ηc为桩间土挤密后的平均挤密系数。

5 CFG桩的设计

5.1 桩径

长螺旋钻孔、管内泵压混合料法施工CFG桩，桩径取350 m～600 m，一般采用φ450 mm为宜。

5.2 桩距

按设计要求的复合地基承载力、土性和施工机具确定，应考虑承载力提高幅度满足设计要求，施工CFG桩作用的发挥，场地地质条件及造价等因素，宜取3倍～5倍桩径。

5.3 桩长

首先考虑桩落在端阻力较大的土层上，按以下两公式可换算出桩长L。

其中，Ra为CFG桩单桩承载力特征值，kN;fspk为联合加固后复合地基承载力特征值，kPa;fsk为挤密桩处理后复合地基承载力特征值，kPa;Ap为桩的截面积，m2;μp为桩的周长，m;β为桩间土承载力折减系数;li为桩周第i层土的厚度，m;qsi，qp分别为桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值，kPa。

5.4 桩体强度

桩体无侧限抗压强度平均值一般取不小于3倍桩顶应力。

5.5 褥垫层

在CFG桩顶铺设褥垫层，材料多选中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大于30 mm。

5.6 施工顺序

施工顺序如下:

试桩→挤密桩→CFG桩→联合加固后复合地基承载力试验。

6 工程实例

山西省侯马药厂17层办公楼，基础埋深3.0 m，设计基底压力350 kPa，地基土主要为:

①层湿陷性粉土，浅黄色，稍湿，松散，非自重湿陷性，场地湿陷等级Ⅱ级～Ⅲ级，层底埋深8.5 m;

②层砂质粉土，浅黄色，饱和，稍密～中密，层底埋深15.0 m;

③层砂质粉土夹粉质粘土，浅黄色，层底埋深22.0 m;

④层粉质粘土，褐红色，硬～可塑。

地下水位埋深9.5 m。

6.1 地基处理方案

设计采用素土挤桩:桩径400 mm，桩长6.0 m，正三角形布桩间距1.1 m，桩体压实系数不小于0.95。

CFG桩:桩径450 mm，正三角形布桩间距1.1 m，桩长24 m，进入第④层粉质粘土5.0 m，采用长螺旋成孔，管内泵压混合料灌注成桩。

6.2 复合地基效果检测

1)桩体和桩间土探井采取土样，试验结果桩体压实系数均不小于0.95，桩间土湿陷性完全消除。2)成桩后对复合地基做了三组单桩(CFG桩)复合地基载荷试验，1号、2号和3号点复合地基承载力特征值分别为358 kPa，373 kPa和366 kPa，满足基底压力要求。

7 经济效益

经测算采用挤密桩加CFG桩的成本仅是钻孔灌注桩的1/3，节约投资可观。

8 结语

在上覆湿陷性黄土地区，高层建筑采用土挤密桩加CFG桩处理地基是经济合理的，有一定的推广价值，可用于一般高层建筑的地基加固。

[1]郑洪权.浅析CFG桩处理软土地基的施工方法[J］.山西建筑，2010，36(28):68-69.