CFG桩地基处理设计要点及应用

周生旺

【摘要】随着城市化进程的不断深入，很多承载力较低、沉降量大、固结完成所需要的时间长等在地基方面的技术问题，采用CFG桩复合地基后，取得了显著的经济和社会效益，广泛用于房屋建筑等工程建设领域。因此，文章就CFG桩在地基处理中的设计及应用进行了探讨。

【关键词】CFG桩；地基处理；设计；应用

水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩（简称CFG桩），桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有地基承载力提高幅度大，地基变形小等特点，适用范围较广。

一、CFG桩复合地基作用原理

（一）CFG桩的作用

水泥经水解和水化反应及与粉煤灰的凝硬反应后生成稳定的结晶化合物，这些化合物填充了碎石和石屑的空隙，将这些骨料黏结在一起，因而提高了桩体的抗剪强度和变形模量，使CFG桩起到了桩体的作用。CFG桩在处理砂性土、粉土和塑性指数较低的黏性土地基时，采用振动沉管等排土、挤密施工工艺，提高了桩间土的强度，并通过提高桩侧法向应力增加了桩体侧壁摩阻力，提高单桩承载力，从而提高复合地基承载力。

（二）褥垫层的作用

褥垫层是复合地基的一个核心技术，复合地基的许多特性都与之紧密相关。褥垫层将上部基础传来的基底压力，通过适当变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力，同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同作用形成一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。试验表明，褥垫厚度越大，桩顶的水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。当褥垫层厚度很小时，桩对基础底面产生应力集中，但当褥垫层厚度大于10cm时，应力集中明显降低，当褥垫层厚度为30cm时，桩土应力比降为1.23。因此，设置褥垫层另一个作用表现在均匀地基应力，减小地基沉降。褥垫层材料宜用粗砂、中砂、碎石、级配砂石，最大粒径不宜大于30mm。

二、CFG桩的特点

（一）适用范围广且承载力提高幅度大

CFG桩适用于处理粉土、砂土、粘性土和自重固结已完成的素填土地基。如何对一些不能满足工程建设要求的天然地基进行有效的加固，以满足使用要求。传统的地基处理方法诸如换填法、预压法、密实法、注浆加固法等，则有诸多限制和不完善的地方；然而作为高粘结强度桩复合地基的CFG，不但能够很好的适用于这些土质，且适用于各种基础形式，应用范围很广。影响CFG桩复合地基承载力的因素主要有，桩径、桩长、桩体配比、桩间距等设计方面的参数。CFG桩应选择承载力和压缩模量相对较高的土层作为桩端持力层；桩越长，桩的荷载分担比越高，能很好的提高地基承载力。

（二）工艺性好且工程造价低、变形稳定快

由于CFG桩的材料是大部分碎石、石屑和粉煤灰，这些材料具有良好的和易性和流动性，给灌注和控制施工质量方面带来方便。单打法是CFG施工工艺的最基本的功法，CFG桩分为移机就位、沉管造孔、填料加密、成桩四序，其中第三道工序为关键工序。在实际施工时，一般根据荷载要求和土质的情况选择适当的方法，这使得施工过程中更加的有针对性，提高了施工的效率和质量。除此之外，CFG桩落在比较硬的土层上时，能够较好的控制地基沉降，是因为它用适当增加桩长来减少变形，并且变形稳定快。在工程造价上，节约了钢材和水泥，并有效利用石屑和工业渣灰等。CFG桩在后期强度上提高也较大，例如九十天桩抗压强度通常为二十八天抗压强度的1.7倍，且有效设计复合地基，在结构安全储备上也充足。

三、CFG在工程中的应用实例分析

（一）工程概况

下面以某具体工程为例，其地层岩性见表1：

表1.承载力特征值及相关指标

层号 岩性 厚（m） fsk qsik qp

1 杂填土 1.0～2.0 - -

2 粉质粘土 0.6～3.0 140 18

3 粉土 2.0～2.4 110 16

4 粉质粘土 0.5～4.5 120 20

5 黏土 3.0～6.0 140 25

6 粉土 3.0～8.0 150 25 270

6-1 黏土 0.5～2.0 140 28 300

7 粉质粘土 未穿透 190 30 350

（1） 根据地质情况结合由JCCAD中读取的筏板荷载，本工程以第6层粉土作桩尖持力层，桩长为8m，桩径为0.4m，则Ap =0.1256m2，up =1.256m。

（2） 第六层桩端qp=270kPa，αp=1.0

计算出各个孔点的单桩竖向承载力，通过比較取最小的值245kN。

（3） 由JCCAD软件计算分析，筏板基础底面净反力为205KPa；本工程CFG桩顶位于第三层粉土层。

（4）取1.5米桩间距，正方形布桩，m=m=d2/de2=（0.42）/（1.13X1.5）2=0.056

取λ=0.9，β=1.0

=211.6KPa，故采用1.5米桩间距时，满足设计要求。

（5） 验算桩身承载能力， ，取λ=0.9，fcu≥7.02MPa

设计时桩身强度应达到7.02MP，故桩身采用C20混凝土满足要求。

长螺旋钻中心压灌、干成孔和振动沉管成桩宜为350～600mm；泥浆护壁钻孔成桩宜为600mm～800mm；钢筋混凝土预制桩宜为300mm～600mm。桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜为桩径的40%～60%。褥垫材料宜采用中砂、粗砂、级配砂石和碎石等，最大粒径不宜大于30mm。

CFG桩可只在基础范围内布桩，并可根据建筑物荷载分布、基础形式和地基土性状，合理确定布桩参数。褥垫层铺设宜采用静力压实法，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。

（二）施工工艺

1、施工工艺选择

根据设计要求，本工程采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基处理，为保证桩身施工质量，尽可能减小桩间土的扰动，确保本项目的顺利进行，合理的选择机械施工工艺。本CFG桩工程施工工艺拟采用长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩工艺。能够达到设计承载力的要求，对桩的质量有保证。

2、设备选配

采用YT220型长螺旋钻孔机2台；HBT60型混凝土输送泵2台；切割机1台；水准仪、经纬仪1套等及其他配套设备。

3、施工方法

钻机就位后，启动马达，螺旋钻杆钻入地下，钻孔过程做好记录，进入持力层时记录钻压电流值。钻至设计标高后，开始泵压混合料，混合料下入孔底后开始均匀提钻。根据泵入混合料量控制提钻速度，保证钻头矛尖始终在混合料中，以防断桩。混合料达不到设计标高时，应及时处理，将泵管插入混合料下面50cm处补料并振捣密实。达到设计强度的桩进行桩头凿毛处理，并预留2cm-3cm伸入褥垫层。全部完成后进行褥垫层施工。

由于CFG桩改善了碎石桩的刚性，使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，同时也能很好地发挥其端阻作用。其沉降变形小、施工简单、造价低，具有明显的社会和经济效益。

【参考文献】

[1]张先念.CFG桩地基在地基处理中的应用[J].科技创新与应用，2014，12

[2]聂福霞.CFG桩复合地基设计与应用研究[D].中国海洋大学，2005