CFG 桩复合地基与桩基础方案的研究

刘秀宝 季 聪

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021)

近年来，随着我国经济建设的飞速发展和人民生活水平的日益提高，高层和超高层建(构)筑物大量涌现。高层建(构)筑物的荷载大、重心高、结构复杂，对于地基强度和变形的要求都很高。当场区地层的物理力学性质不能满足上部结构对天然地基承载力的要求时，多采用桩基础，但需要耗费大量的钢筋、水泥、石料等建筑材料，造价很高，当地基土具有一定强度时可采用CFG桩复合地基[1，2]。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩(Cement Flyash Cravel)的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基[3]。具有施工速度快，工期短，质量容易控制，工程造价低等特点，是一种应用比较普遍的施工地基处理方法，经济效益和社会效益非常显著，目前被工民建广泛应用。

本文以某高层住宅为例，以场地的工程地质条件为依据，通过对CFG桩复合地基和桩基础进行研究，说明CFG桩复合地基的优越性，进而使CFG桩复合地基在实际工程中得以推广。

1 工程概况

某高层住宅建设项目工程位于河北省霸州市南孟镇以西约10 km处。该工程包括高层住宅5栋，地上最高18层，地下室1层。住宅楼地上最高高度约为50.40 m，建筑面积约为3 531.00 m2，其中1号楼建筑面积600.60 m2，2号，4号楼和5号楼建筑面积均为800.80 m2，3 号楼建筑面积 528.00 m2，地上各层层高 2.80 m左右，地面整平标高为9.88 m，基础埋深约-3.50 m，上部结构采用钢筋混凝土剪力墙结构，基础形式拟采用筏板基础，拟建住宅楼基底压力Pk=280 kPa。

2 场地工程地质条件

本工程场区在地貌单元上属于河流冲洪积平原区，地形平坦开阔，场地内地基土主要为第四系河流冲洪积形成的粘性土、粉土、砂土，同时该场区内均匀分布一粉砂层(即⑪层)和一细砂层(即⑮层)，第⑪粉砂层，中密 ～ 密实，湿，其厚度为 1.70 m ～7.30 m，层底深度 22.20 m ～ 25.80 m，层底标高 -16.17 m ～-13.19 m。该层静力触探锥尖值为 qc=16.03 MPa，压缩模量Es0.1-0.2=25.00 MPa，标贯击数修正后标准值 N63.5=26.7 击。第⑮细砂层，中密 ～ 密实，饱和，厚度为 0.50 m ～6.80 m，层底深度32.80 m ～43.30 m，层底标高 -33.34 m ～ -23.82 m。静力触探锥尖值为 qc=19.30 MPa，压缩模量 Es0.1-0.2=30.00 MPa，标贯击数修正后标准值N63.5=28.3击。以上2个土层承载力高、变形小，工程性质较好，是良好的桩端持力层。根据野外勘察并结合室内土工试验成果分析，场地地基土各主要土层的物理力学性质指标建议采用值见表1。

根据场区的工程地质条件，若采用天然地基，基础埋深-3.50 m，基底标高为6.38 m，则基础底面置于第③粘土层中。③粘土层经深度修正后的承载力特征值fa=180 kPa，而基底压力Pk=280 kPa，fa＜Pk，故天然地基不满足住宅楼上部荷载的设计要求，需进行地基处理或采用桩基础。

鉴于场区内均匀分布第⑪粉砂层和第⑮细砂层，这两土层承载力高、变形小、分布均匀稳定，可采用CFG桩复合地基或桩基础。以⑪粉砂层作为CFG桩复合地基的桩端持力层，以⑮细砂层作为桩基础的桩端持力层。

3 基础方案比选

3.1 桩基设计参数

根据场区各土层的物理力学性质指标并结合当地工程经验，桩基设计参数见表2。

表1 场区地基土各主要土层物理力学性质指标建议采用值

表2 CFG桩、钻孔灌注桩基设计参数 kPa

3.2 CFG桩复合地基

根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范，CFG桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基荷载试验确定，初步设计时也可按下式估算:

其中，fspk为复合地基承载力特征值，kPa;m为面积置换率，取0.049;Ra为单桩竖向承载力特征值，取630 kN;Ap为桩的截面积，取0.125 6 m2;β为桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，取0.80;fsk为处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，第⑪粉砂层为180 kPa;d为桩身平均直径，mm。

根据JGJ 94-2008建筑桩基技术规范，当根据土的物理指标和承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下式估算:

其中，Quk为单桩竖向极限承载力标准值，kN;μ为桩的周长，m;qsik，qpk分别为桩周第i层土的极限侧阻力、桩的极限端阻力标准值，kPa;li为第i层土的厚度，m;Ap为桩底端横截面积，m2。

单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算:

其中，Quk为单桩竖向极限承载力标准值，kN;K为安全系数，取K=2。

CFG桩的桩孔位采用正方形布置，桩身直径400 mm，桩底端横截面积为0.125 6 m2，桩孔间距为1.60 m，以ZK5为例，采用式(1)，式(2)和式(3)计算，以⑪粉砂层作为桩端持力层，桩端进入持力层不小于0.60 m，复合地基竖向承载力特征值fspk=290 kPa，经深度修正后复合地基承载力特征值fsp=350 kPa＞Pk=280 kPa，可满足建(构)筑物的设计要求。

地基处理后的变形估算可按GB 50007-2002建筑地基基础设计规范[5]，选择多个控制性孔，采用分层总和法估算复合地基最终变形量 s=35.53 mm ～43.38 mm。

3.3 桩基础(钻孔灌注桩)

钻孔灌注桩基桩的桩孔位也采用正方形布置，桩身直径600 mm，桩孔间距为2.40 m，桩底端横截面积为0.285 6 m2，以ZK5为例，采用式(2)和式(3)计算，以⑮细砂层作为桩端持力层，桩端进入持力层不小于0.90 m，基桩竖向承载力特征值Ra=2 040 kN，基底竖向承载力设计值Pk=280 kPa，每根基桩分担的处理面积为5.76 m2，单桩竖向承载力设计值Qk=1 612.80 kN ＜Ra=2 040 kN，可满足建(构)筑物的设计要求。

桩基沉降量估算可按JGJ 94-2008建筑桩基技术规范[4]，选择多个控制性孔，并采用分层总和法估算桩基最终沉降量s=50.00 mm ～56.00 mm。

3.4 技术经济比较

1)技术方面:CFG桩复合地基和桩基础方案均能满足上部荷载对地基强度和变形的要求，但CFG桩复合地基使桩间土的作用得到了充分发挥，增大了复合地基的压缩模量，使复合地基最终沉降变形减小，约减小为桩基的23%～30%，且桩基础(钻孔灌注桩)属端承桩，不能充分发挥桩间土的承载力，易造成浪费。与桩基比较，CFG桩工艺性好，桩体材料的流动性与和易性良好，施工速度快、工期相对较短，质量容易控制，无污染。通过以上比较，CFG桩复合地基方案优于桩基础方案的技术指标。

2)经济效益方面:CFG桩复合地基方案，桩数少，施工周期短，与桩基础相比具有明显的优势。CFG桩复合地基利用工业废料粉煤灰、不配筋，充分发挥桩间土的承载力，工程造价低廉，可节省投资的30%～40%，经济效益明显优于桩基础方案。

4 结语

由于场地地层结构的差异性，应针对不同场地具体的工程地质条件，结合拟建建(构)筑物的结构和性质，从技术、经济、安全等角度对不同方案进行分析比较，从而选择合理的地基处理方案。

CFG桩复合地基利用桩和桩间土共同承担上部荷载，使地基承载力得到了较大幅度的提高。如CFG桩复合地基能更好的得以推广，并在实际工程中得到很好的应用，必将产生较好的经济效益、社会效益和环境效益。

[1] 惠寒斌，张红霞，何红前.浅谈桩基础和CFG桩复合地基方案的比较[J].山西建筑，2009，35(28):113-114.

[2] 董小强.CFG桩的研究和应用[J].山西建筑，2004，30(4):25.

[3] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[4] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[5] GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].