浅议CFG桩复合地基设计

谷春涛王镇基汪林林

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

设计与施工

浅议CFG桩复合地基设计

谷春涛王镇基汪林林

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

CFG桩复合地基是由CFG桩、桩间土和褥垫层共同作用，一起构成复合地基。CFG桩复合地基设计必须同时满足承载力和变形要求。

CFG桩；复合地基；褥垫层

CFG桩是英文CementFly-ashGravelPile的缩写，即水泥粉煤灰碎石桩，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结、高强度桩。通过调整水泥掺量及配比,其强度等级在C15～C25之间，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩一般不需要配筋，并且利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。CFG桩复合地基具有适用性广、承载力提高幅度大、施工简便、工期短、造价低廉等技术优点。目前，CFG桩复合地基已成为应用普遍的地基处理方法之一。

1 CFG桩适用范围

就基础形式而言，CFG桩既可适用于条基、独立基础，也可适用于箱基、筏基；既有工业厂房，也有民用建筑。就土层性质而言，CFG桩适用于处理黏土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基，对淤泥质土应通过现场试验确定其适用性。CFG桩不仅用于承载力较低的土,对承载力较高（如承载力fak= 200kPa）但变形不能满足要求的地基，也可采用CFG桩，以减少地基变形。

对一般黏性土、粉土或砂土，桩端具有好的持力层,经CFG桩处理后的复合地基可作为荷载较大建筑物的持力层。如洛阳万基水泥有限公司2800 t/d熟料粉煤灰水泥生产线水泥配料站车间,天然地基承载力特征值为fak=150kPa,建筑场地属于非自重湿陷性黄土,采用灰土桩和CFG桩多桩型复合地基。先施工灰土桩，然后在灰土桩中间打CFG桩，既可消除地基土的湿陷性，又可获取很高的复合地基承载力。

CFG桩复合地基可用于处理中高压缩性地基土以减少建筑物沉降。比如新乡市长城机械有限公司年产60万t矿渣微粉生产线示范工程矿渣粉磨及输送车间,原地基土为压缩模量Es=5.0MPa的粉质黏土，经处理后复合地基压缩模量可达到14.0 MPa，基础最终沉降满足设备及建筑要求。

2 CFG桩复合地基作用原理

CFG桩复合地基加固机理主要是褥垫层受上部基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土，使二者共同受力。同时土体受到桩的挤压而提高承载力，桩又由于周围土侧应力的增加改善了受力性能，二者共同作用，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部传来的荷载。

CFG桩复合地基设计中，基础、桩和桩间土之间设置一定厚度的由散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。褥垫层在复合地基中具有如下作用：

1）褥垫层保证桩、土共同承担荷载，是CFG桩形成复合地基的重要条件。

2）通过改变褥垫厚度,调整桩垂直荷载的分担。通常，褥垫越薄，桩承担的荷载占总荷载的百分比越高。

3）减少基础底面的应力集中。如不设褥垫层，当桩端位于坚硬土层时，基础承受荷载后，桩顶沉降变形很小，绝大部分荷载由桩承担，桩间土承载力很难发挥（见图1）。

图1 桩与桩间土受力变化

4）调整桩、土水平荷载的分担。褥垫层越厚，土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大，桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。

工程实践表明,褥垫层合理厚度为100～300mm。考虑施工时的不均匀性，褥垫层厚度取150～300 mm。当桩径大、桩距大时，褥垫层厚度宜取高值。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石和碎石，最大粒径不宜大于30mm。褥垫层材料不宜采用卵石，因为卵石咬合力差，施工时扰动较大，褥垫厚度不容易保证均匀。褥垫层铺设宜采用静力压实法。当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。

3 CFG桩复合地基的设计

从现有的复合地基承载力的计算方法来看,其主要思路是将土的承载能力考虑进去，一般是先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，再根据一定的原则将这两部分叠加,即得到复合地基承载力。

1）CFG桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定，设计时也可按下式估算：

单桩竖向承载力特征值Ra的取值,当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2；当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算：

式中，up—桩的周长（m）；n—桩长范围内所划分的土层数；qsi、qp—桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值（kPa），可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定确定；li—第i层土的厚度（m）。

2）CFG桩复合地基的沉降变形主要由三部分组成：一是桩长范围内土层的压缩变形，二是桩端下卧层的变形，三是褥垫层的压缩变形。基底褥垫层变形量很小，可以忽略不计。所以基础总沉降量即复合地基加固土层压缩量与复合地基加固土层下卧层压缩量,可采用分层总和法分别计算再求和。地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，ζ值可按下式确定：

式中，fspk—基础底面下天然地基承载力特征值（kPa）。

CFG桩复合地基承载力取决于桩间距、桩径、桩长、布桩方式、桩周土层侧阻力以及桩端土层端阻力等因素，设计人员应根据不同建筑物的基础形式、建筑场地地质条件及施工工艺综合考虑确定。

自从20世纪80年代末CFG桩复合地基处理技术被研发应用以来，由于其具有大大提高原地基承载能力、适合范围广、控制变形效果好、施工简单、可操作性强等优点，已广泛应用于各种工程建设中，取得了较好的经济效益和社会效益。

[1]JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].