CFG复合地基在沿海滩涂地区的应用

梁发彪

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

我国海岸线漫长，沿海分布着许多的经济重镇。随着经济的蓬勃发展，对土地的需求越来越大，而土地资源的紧缺会严重影响经济的发展，所以，沿海地区通常围海造地。而沿海滩涂区或吹填区虽地势平坦，但地质条件差，地基承载力低，地下水位高，非常不利于施工。中国建筑科学研究院地基基础研究所于1992年成功开发出CFG复合地基技术，为解决软土地基承载力不足问题提供了解决方案。

复合地基是指在地基处理中对天然地基中的部分土体进行增强或置换，或设置加筋材料，加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，由基体和增强体共同承受荷载的作用。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的英文简称，是由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用各种成桩机械制成的高黏结强度桩。CFG桩和桩间土，通过褥垫层形成CFG复合地基共同工作。随着工程技术的发展，采用素混凝土等其他填充料的改良，CFG复合地基应用越来越广泛，普遍用于黏性土、粉土、沙土、松散填土、淤泥质黏土的处理。

本文就CFG复合地基在具体工程实例中的应用进行详细介绍。

1 工程概况

拟建V型滤池位于唐山市乐亭县临港工业聚集区内。该场地属于滨海相海陆沉积地貌，岩土层自上而下分别为：第①层：素填土。黄褐色，松散～稍密，以粉土为主，夹细砂、粉质黏土薄层。层底标高0.89～0.32m，层厚0.50～1.60m。第②1层：粉土。褐灰色，中密～密实，切面无光泽，韧性较差，土质不均，夹粉砂、粉质黏土薄层，含贝壳碎屑。该层不连续。层底标高-0.05～3.91m，层厚0.60～4.30m。第②层：细砂。浅灰色，松散，分选不均，级配良好，成分以石英、长石为主，夹粉土薄层，含贝壳碎屑。层底标高-0.61～4.22m，层厚0.50～4.50m。第③层：细砂。浅灰色，饱和，稍密～中密，中等压缩性，分选不均，磨圆较差，级配良好，成分以石英、长石为主，含贝壳碎屑。层底标高-5.53～7.39m，层厚2.10～6.40m。第④层：粉质黏土。褐灰色，软塑～可塑，中等～高等压缩性，切面光泽暗，韧性中等，土质不均，夹黏土薄层，韧性中等，含有机质、贝壳碎屑。层底标高-8.54～12.27m，层厚2.00～5.30m。第⑤1层：粉土。浅灰色，稍湿，密实。中等压缩性，切面无光泽，砂性强，韧性差，土质不均，干强度中等。层底标高-9.08～11.75m， 层厚1.10～3.20m。 第⑤层：粉砂。浅灰色，稍密～中密。中等压缩性，分选不均，级配良好，成分以石英、长石为主，砂质不纯，含贝壳碎屑，局部夹薄层粉土、细砂。层底标高-9.94～13.75m，层厚0.40～4.90m。第⑥层：粉土。浅灰色，稍湿，密实。中等压缩性，切面无光泽，砂性强，韧性差，土质均匀，干强度中等。层底标高-15.35～17.04m，层厚1.60～5.50m。第⑦层：粉砂。褐黄色，饱和，中密～密实。中等～低等压缩性，分选不均，磨圆较差，级配良好，成分以石英、长石为主，含贝壳碎屑，局部夹粉土。

根据勘察单位提供的地勘报告：①该场地岩土性能差，存在较厚未完全固结土层；②综合评定场区液化指数为4.35～8.19，液化等级为轻微～中等，场区存在液化土层，属建筑抗震不利地段；③水位埋深0.35～0.85m，地下水位埋深浅，且对混凝土和钢结构具有中等腐蚀性。经过多方比较论证，地基处理采用CFG复合地基的方式具有明显的技术经济优势。

2 CFG复合地基加固原理

2.1 桩体的置换作用

CFG桩桩体自身的抗剪强度和变形模量远远高于桩间土体，因此在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显低于桩间土。当基础传给复合地基附加应力时，随地层的变形逐渐集中在CFG桩体上，形成应力集中的现象，多数荷载由桩体承担，而桩间土体承受少，所以复合地基较原土地基承载力显著提高，沉降量也有所减少。而随着CFG桩体的刚度不断提高，桩体的置换作用越明显。

2.2 褥垫层作用

竖向荷载作用下，桩体逐渐刺入褥垫层。垫层材料在受压同时产生流动，而这种流动的补偿不仅保证了土体和基础面保持接触，而且使桩间土的压缩明显增大，确保了桩间土的承载力充分发挥，使土、桩共同作用得以实现。桩间土承载力的发挥，导致CFG桩体承受荷载相对减少，地基中的接触压力和竖向应力分布得到均化和调整，地基变形明显改善，复合地基承载力显著提高。另外，桩间土压缩增大，使桩侧法向应力增大，桩侧摩阻力增大，桩体承载力提高，复合地基承载力进一步提高。

2.3 挤密和加筋作用

CFG桩在成桩过程中，成桩机械通常采用振动、沉管成孔，因此对土体有一定的挤密作用。此外，CFG桩不仅提高了地基的承载力，还提高了土体的抗剪强度。

3 CFG桩施工

针对现场地质条件，选用振动沉管灌注工艺进行CFG桩的施工。

CFG桩桩身设计强度为C35S8，桩径400mm，桩端持力层为第⑤层粉砂层，进入深度不小于2m。为了有效防止地下水对桩体的腐蚀，CFG桩混凝土掺加硅粉（水泥含量的4%）及掺加混凝土外加剂。褥垫层采用厚300mm的级配砂石，要求级配良好，不含植物残体、垃圾等，褥垫层夯实度不大于0.90。

3.1 成桩特点及施工注意事项

在施工过程中，首先在打桩前需预留一定厚度的保护土层，防止原状土在施工过程中被扰动；其次，桩身强度达到设计强度后，挖除保护土层，确保褥垫层下土层标高，且要进行必要的压实处理，避免出现“翻浆”现象；再次，褥垫层铺设前，必须剔凿桩头，严禁直接将保护桩头部分直接埋入褥垫层内，严格控制桩顶设计标高。值得注意的是，施工中决不允许用素混凝土代替垫层材料。

同碎石桩等散体材料桩不同的是CFG桩为高黏结强度桩，竖向荷载作用下，横向应变小，临界桩长，通常全桩长发挥侧摩阻力。当持力层为良好土层时，端承作用大，可将上部荷载直接传给深层地基，从而大幅提高地基承载力。同时，由于CFG复合地基CFG桩体和土体比较承受荷载多，所以桩土应力比大。

由于CFG复合地基桩土应力比大，故复合地基在施工中要确保CFG桩自身质量，避免出现缩颈、断桩、串孔等质量问题。

3.2 CFG桩施工质量控制要点

（1）施工前，根据设计技术要求进行混凝土配合比设计，不合理时及时调整；施工过程中，严格按照配合比报告进行施工，混凝土搅拌时间每盘不得少于3min，塌落度宜控制在220～250mm。

（2）保证桩管垂直度，采用双面吊铅垂法控制，垂直度偏差不得超过1%。

（3）控制桩位偏差不大于0.4D（D为桩径），钢尺测量；桩长不得超过设计桩长+100mm，测量桩管长度。

（4）严控拔管速度，粉土和粉质黏土中拔管速度不大于1.2m/min，淤泥质土控制速度在0.8～1.0m/min。拔管前，留振5～10s，以确保桩端混凝土密实。

（5）保证混凝土的灌注量，充盈系数大于1.0；保证混凝土供应的连续性，尽量避免二次加料，如需空中二次加料，须严格控制拔管高度，严防桩头脱离一次灌注仓面，出现泥土夹层导致断桩现象发生。

（6）浇筑完成后，应用水准仪测量保护桩头的顶标高，偏差不大于30mm。

（7）严格控制褥垫层的厚度20mm和夯填度不大于0.9符合设计要求，钢尺测量。

3.3 CFG桩的性能检测

3.3.1 单桩竖向抗压静载荷试验

随机抽取CFG桩，采用堆载法进行单桩竖向抗压静载荷试验，得到CFG桩单桩极限承载力。

桩的总沉降量复合规范要求，观察、记录并绘制沉降随时间、荷载曲线变化图，通过曲线变化图直观判断沉降变化均匀，符合弹性变化规律，由此得出，在此承载力作用下，桩体还未达到极限承载力状态。

3.3.2 复合地基静载荷试验

随机抽取复合地基，采用快速维持荷载法进行复合地基静载荷试验。所谓快速维持荷载法是指每小时加载一级，分8次完成加载总量，加载总量为设计值的2倍。沉降量远远小于规范要求沉降量，试验曲线大致符合渐进型的光滑曲线，不存在陡降点，由此得出，复合地基承载力完全满足设计要求。

3.3.3 桩身完整性检测

随机抽取CFG桩总数的20%进行桩身完整性检测，采用低应变反射波法进行试验。通过反射波的判读，确定Ⅰ、Ⅱ类桩的数量及Ⅲ、Ⅳ类等缺陷桩的数量和缺陷类型。

4 结语

通过CFG复合地基处理的滩涂地区地基承载力提高了3倍或更高，而沉降量远远小于规范要求，地基变形小，有效改善了该类区域的地基条件，使之满足建筑使用要求。

［1］JGJ79—2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［2］JGJ106—2003，建筑基桩检测技术规范［S］.

［3］阎明礼，张东刚.CFG复合地基技术及工程实践［M］.北京：中国水利水电出版社，2001.