CFG桩复合地基在天津武清地区软土地基中的应用

王响贵 ， 曹胜利，刘立岩

（北京市地质调查研究院，北京102206）

0 引言

CFG桩复合地基适用于处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基。近年来CFG.桩作为一种高粘结强度桩在复合地基中发展迅速,它不仅应用于工业建筑、民用建筑工程中,也应用于桥梁、堤坝等市政工程中。且CFG桩工艺具有施工速度快、工期短等特点,且由于桩体不配筋,并可掺入工业废料粉煤灰,单桩承载力高,具有安全、经济、环保三重效果。目前CFG桩复合地基已成为普遍应用的地基处理技术，但在天津武清软土地区应用不普遍，主要原因是，天津大部分地区第四纪淤泥质软土较厚，设计人员经验少且设计时很少考虑CFG桩，没有好的专业施工队伍施工难以控制，个案效果不好甚至出了问题才遭到排斥。所以长期以来采用的灌注桩、预应力管桩仍然统治着天津市场。本文针对天津武清软土地区，结合工程实例及试验结果分析，验证在该地区采用CFG桩复合地基的可行性。并通过破坏性的静载试验，得出合理的对原设计方案的经验修正系数。在此基础上,对CFG桩复合地基在该地区的设计及施工重点控制要点等方面进行详细的分析讨论。

1 工程概况

拟建项目武清尚清湾花园住宅项目A5～14号楼，地上13～16层，2层地下室，剪力墙结构，筏板基础。场地地层分布及相关土性平均指标值见表1。勘察期间场地浅层地下水属潜水类型，静止水位埋深1.20～2.00m。设计要求复合地基承载力特征值为fspk≥290kPa，允许最大沉降量50㎜。

依据场区地勘报告显示，基底持力层为④层粘土，地基承载力标准值取值95kPa，其承载力显然不能满足设计要求，需进行地基加固处理。

2 地基处理设计方案论证及选择

根据场地的工程地质条件及水文地质条件，对该场地地基土多种地基处理方案从技术可行性、经济合理性、工程可靠性、当地的工程常用方法及经验和材料的来源，工期长短等影响效益的各种因素进行分析、比较和选择（以16F/2D层的6#楼住宅楼为例）。

方案一：钻孔灌注桩加固方案（勘察报告推荐方案）.

灌注桩是指在设计的桩位用机械按要求成孔，而后在孔内下入钢筋骨架，灌注混凝土而成桩，待混凝土凝固后便可借助桩的侧摩阻力和端阻力承受上部结构荷载。它是一种就地灌注成桩的形式。

由该场地的工程性质及场地的地理条件，采用泥浆护壁钻孔灌注桩。该方案从技术的可行性和工程的可靠性都是满足设计要求的。

根据勘察报告中提供的估算结果，拟选择Φ 6 0 0 m m钻孔灌注桩，基础等效成7 0.0 0.m×15.00m，有效桩长23.50m，单桩竖向承载力标准值Rk=1400.kN，混凝土水下灌注用C20，初估桩数.218根。

按钻孔灌注桩综合单价1000元/m3计算，总造价为120万元。

方案二：CFG桩复合地基加固方案

CFG桩具有较高的桩身强度，能承受较大份额的上部荷载，以往的加固经验表明，CFG桩加固后的复合地基承载力较加固前可提高2～3倍甚至更高，可以满足设计要求。该方案从技术的可行性和工程的可靠性都是满足设计要求的。

根据勘察报告中提供的地层参数，拟选择Φ410mm的CFG桩基础等效成70.00m×15.00m，有效桩长18.0m，面积置换率m=0.0515时能达到承载力及沉降要求，混凝土泵送用C20，初估桩数.409根。

按CFG桩综合单价700元/m3计算，总造价为68万元。

综上所述，对于方案一，由于采用泥浆作业，特别是在易于自然造浆的粘土层钻进，往往会产生大量的高粘度，高比重废泥浆，加上排出的大量钻渣，处理不当很容易造成城区环境条件污染，下水道淤积，在某些情况下，还会造成附近水质的污染，而且施工的费用也高；对于方案二，不仅能提高地基土的承载力达到设计要求，而且施工也容易，操作也简单，工程费用也较低，现在也是常采用的一种施工工艺。即在该工程两种方案选择中采用CFG桩复合地基进行处理无论从技术可行性、经济合理性、工程可靠性等各种因素来说都是一种最佳的选择。从方案选择来看，虽然钻孔灌注桩方案工艺污染大、施工费用高，而CFG桩既便宜又简单、污染又小，但是天津地区的勘察报告推荐前者，其主要原因有两个。一是天津大部分地区是海相沉积地层，第四纪淤泥质软土太厚，尤其是近海工程区域只有采用钻孔灌注桩才能解决承载力和沉降问题。所以针对相对来说地层好些的个案武清地区也是一概而论地推荐传统工艺，这是保守的思想。二是地基处理规范要求淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定CFG桩的适用性，而天津的勘察设计人员缺乏CFG桩的设计经验，若做工前试桩又要耗费一个月的时间，因此勘察单位在报告中不因地制宜地考虑CFG桩，而是直接推荐成熟的钻孔灌注桩工艺，久而久之就成为了常态。

3 CFG桩的设计计算

拟建物基底持力层为④层粘土，地基承载力标准值取值95kPa。根据该工程《岩土工程勘察报告》中地基土的埋藏分布特点及物理力学性质，选择⑦层作为桩端持力层，选择桩径为φ410mm，桩长18.0m。单桩承载力经计算取Ra=620kN。复合地基承载力特征值按照fspk=290kPa考虑，置换率取m=0.0515。

拟建物基础形式为筏板基础，按矩形布桩，由置换率m=0.0515计算桩间距为1.6m×1.6m。桩顶和基础之间应设置厚度为20cm的碎石垫层，粒径为5～20mm左右。桩体强度取C20，坍落度180～220mm。

4 CFG桩加固地基的试验与检测

单桩静载试验采用压重堆载法试验，由压重千斤顶荷载板等组成的工作系统对复合地基加荷试验得到单桩复合地基承载力的特征值。本栋号共静载荷试验3个点，确定3点复合地基承载力特征值为290kPa,满足设计要求。

低应变检测CFG桩桩身完整性95根桩，检测比例约为30%。所测的95根CFG桩均属于I类桩或II类桩，均没有影响正常使用的桩。

5 破坏性静载试验结果及分析

为合理修正CFG桩承载力在该地区的经验参数，在楼座基础外同标高区域做了两棵同参数的试验桩，并进行了破坏性的静载试验。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002，J220-2002）附录A中当压力-沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半。根据P1#、P2#点P-S曲线上极限承载力确定为653.kPa，由此确定此2点复合地基承载力特征值为320 kpa，但从P-S曲线可以看出，当复合地基承载力特征值为320 kPa时，对应最大沉降达到54.24㎜，已超出设计要求的50㎜沉降值。从P-S曲线上对应50㎜沉降值时的复合地基承载力特征值应为300kPa。与设计值基本吻合。

本工程CFG桩复合地基施工于2010年3月施工完成，2010年底主体结构全部完成，依据天津市建业测绘有限责任事务所提供的沉降观测资料，结构封顶建筑物最大观测沉降量为38㎜，依据天津地区施工经验，高层建筑主体结构封顶时的沉降值能达到总沉降量的80%左右，按此估算建筑物的最终沉降量能够满足结构设计院提出的设计不大于50㎜的要求，且与CFG桩复合地基设计时的沉降估算值基本吻合。

6 施工中出现的问题

（1）槽底在水位以下，虽然前期进行了降水施工，但因为天津地层较软，开槽施工作业面虽然预留了800㎜的保护层，且施工正值冬季施工，天津地区的标准冻深层在600㎜左右，较低的气温使得作业面被冻，有利于钻机工作。但偶有几天气温稍微上升，地面解冻，作业面变软，就给钻机施工带来很大的不便。通过使用渣土垫层才得以解决施工难度。因此在该地区施工时应做好施工预案，可以采取地面施工或垫渣土或钢板施工。

（2）浅部断桩严重。在饱和软土中成桩,当采用连打作业时,新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压,使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形,严重的会产生浅部断桩。小桩距时应考虑采用隔桩跳打作业。另外在使用小型挖掘机清土时，由于工期紧张桩体强度龄期不够造成断桩。

（3）桩顶往下约-2.5m深度出现少部分缩径或断桩现象，分析其原因可能是该位置是地下水降深后的水位线，而此处地层岩性恰为粉土与粘土的分界，泵送砼时在此界面停拔压砼造成缩径或断桩。

（4）以上施工中出现的问题是CFG桩在天津地区应用中的普遍规律，在方案实施中，必须做好精心组织、控制到位，才能保证项目质量。

7 结论

（1）从复合地基的静压结果数据，验证了在天津武清软土地区采用CFG桩复合地基处理软土的可行性。

（2）复合地基中由于CFG桩中掺入少量的粉煤灰，不配筋以及充分发挥桩间土的承载力其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高，变形小，施工简单易行，工程造价一般为桩基的1/3～1/2，经济效益和社会效益非常显著。

（3）由于CFG桩复合地基，在沿海地区的施工中还很少应用这种桩，在此次的施工中遇到很多问题并得到相应的解决，这样为沿海地区成功实施这种新工艺奠定了基础，并总结了一定的经验和数据。

（4）在天津武清等软土地区施工CFG桩工艺时，因为地层较软，应尽量在地表作业。若基槽较深时，应加大保护土的厚度，或在作业面上垫上一层渣土一定程度硬化作业面，以确保施工质量。

[1]中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局.建筑地基基础设计规范(GB.50007-2002)[S].2002.

[2]中华人民共和国建设部.建筑地基处理技术规范(JGJ.79-2002，J.220-2002)[S].2002.

[3]阎明礼，张东刚.CFG.桩复合地基技术及工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[4]张东刚.CFG桩复合地基变形计算分析[J].建筑科学，1993,9(4)：35～40.

[5]殷宗泽，龚晓南.地基处理工程实例[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

[6]地基处理手册（第二版）编写委员会.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[7]龚晓南.复合地基[M].杭州：浙江大学出版社，1992.

[8]阎明礼.地基处理技术[M].北京:中国环境科学出版社,1996.