浅谈CFG桩在地基处理中的应用

黄刚 吴蛟

【摘要】CFG桩作为一种新发展起来的地基处理方式，在工程中建设中已得到了广泛的应用，其适用性广，可运用于大多数的地层，本文主要通过对CFG桩的特点进行简要介绍，并据以实例予以说明。

【关键词】CFG桩，复合地基，承载力

1 概述

CFG樁又名水泥粉煤灰碎石桩，为一种新发展起来的地基处理措施，相对与灌注桩，CFG桩工艺不复杂，不用制作钢筋笼，不需要泥浆护壁，桩长也容易控制，可一次性冲击成孔下料，施工周期也大为缩短，材料也容易就近获取，而相对于传统的碎石桩，CFG桩桩身强度具有一定的胶结度，加固效果大大优于碎石桩。

CFG桩通过桩体与上覆的褥垫层共同承担来自基础传来的上部建筑荷载，从而形成一种复合地基，其对地基的加固主要通过以下三种方式：

1.1桩身材料

根据相关的工程实践经验与科研试验，采用CFG桩的复合地基桩土应力比达到了10～40，当桩间距越小、土质越疏松，褥垫层越薄，其桩土应力比越大。同时，由于桩身材料掺加了水泥、粉煤灰，对处理含水量较大的地基时，在成桩初期可形成竖向排水带、降低土体中的含水量，起到固结的作用。

1.2桩间挤密作用

由于CFG采用非取土的的冲击成孔法，在成孔过程中对桩身2～5倍桩径范围内的土体可以起到明显的挤土效应，压缩了桩间土，提高了桩间土的压缩模量，从而提高了桩间土的地基承载力。

1.3褥垫层作用

通过在CFG桩顶与基础之间设置一定厚度的砂质褥垫层 ，可大大改良复合地基的处理效果，褥垫层的作用主要体现在以下方面：

（1）调整竖向应力。根据土力学中布辛耐斯克理论，通过桩顶传递到下部地基中的附加应力将随着深度的增加而减小，从而褥垫层便起到了扩散应力的作用，并使得桩土共同承担由基础传来的荷载，减小了桩身的应力集中现象，可有效防止桩顶刺入。

（2）调节桩身的水平荷载。通过褥垫层的作用，使得基础传递到桩身的水平荷载明显降低，水平位移也随之减小，褥垫层厚度越大，其水平荷载降低的幅度也越大。

2 实际工程应用举例

2.1设计资料

百色某小区10#综合楼的基础形式采用筏板基础和柱下独立基础的复合形式，其中，独立基础对地基承载力的要求不高，为240kPa，可直接利用天然地基做为持力层。筏板基础的厚度分为800mm和600mm两种，其面积分别为915.957m2和578.874m2，共1494.831 m2，而筏板基础对地基的承载力要求较高，天然地基无法满足承载力的要求，要求处理后复合地基fapk≥400kPa，故需对天然地基进行地基处理。结合场地地层和技术、经济等条件，本次地基处理方式为采用CFG桩进行处理。

2.2技术要求

采用筏板基础，以卵石层作为桩端持力层，根据勘察报告结论，卵石层③桩端承载力特征值qsa=2000kPa，持力层侧摩阻力特征值为40kPa，②粉质粘土的侧摩阻力特征值为27.5kPa，②-1淤泥质粘土的侧摩阻力特征值为7.5kPa，③-1砾砂qsa=27.5kPa。桩顶面标高为-5.65m（清凿桩头后的桩顶标高），±0.000相对绝对标高为135.2m，桩径500mm，嵌入卵石持力层1m（大于1倍桩径），桩顶预留300mm，砂石垫层300mm，处理前粉质粘土承载力fak=240kPa，处理后复合地基fspk≥400kPa，桩身材料强度不少于C15。

2.3单桩竖向承载力标准值的确定：

根据规范规定，可根据下式计算单桩承载力特征值：

则：

当考虑桩身强度时，得：

考虑施工条件、材料、地基条件等的不利安全情况及当地经验，单桩承载力取为505kN。

2.4面积置换率m及桩间距s确定

由公式计算面积置换率m。

式中：fsk为桩间土承载力特征值，可取天然地基承载力特征值。

本场地中fsk=240kPa，fspk=400kPa ，经计算得出：m=0.092。

由公式 m=d2/de2 计算单根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。

式中 ：m为桩土面积置换率 ，m=0.092；

d为桩身平均直径（m）， d=500mm；

de为根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。

得出de=1.64m，当按正方形布桩时，de=1.13S，得桩中心距S=1.46m；当按正三角形布桩时，de=1.05S，得桩中心距S=1.59m。

2.5桩数的确定

由于采用正方形布桩，每根桩承担的处理面积为Sp=πde2/4=2.11m2，地基需处理总面积SCFG=21.7 ×41.01+24.59×24.6=1494.831m2，CFG桩根数n=SCFG/Sp=709根，则总桩长L=709×8=5672m。

2.6复合地基承载力验算

考虑到施工、筏板基础实际形状等因素，本次施工实际布桩数为709根，桩间距为1.46m，根据上述计算，能满足要求。

2.7复合地基沉降验算

由于此次设计已知地基土各土层的压缩模量，根据《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ6-2011的要求，筏板基础的最终沉降量s由下列公式进行计算：

本次设计中，由于桩端伸入卵石层，计算土层共分为2层。桩长范围内的复合地基压缩模量为15MPa，桩底卵石层的压缩模量为14MPa，而计算深度Zn应满足下式计算：

式中，为沉降计算深度内；第i层土的计算变形值（mm）；

为在由计算深度向上取的土层的计算变形值（mm）；根据规范要求，此处取为1m。由于采用CFG桩进行地基处理，且开挖深度不是很深，回弹变形较小，可以忽略不计。所以，不考虑开挖后的回弹变形，则：

基础底面的自重应力 pc=109.28kPa，基础底面的附加应力po=290.72 kPa，代入公式，并查阅相关表格；可得当计算深度为30m时，筏板基础的最终沉降量s=178.1mm，。

由此可知，，计算深度满足要求。

3 结语

根据以上实例分析可得，通过采用CFG桩作为地基处理的方法可大大提高天然地基的承载力，同时也对沉降的控制起到了很好的效果，降低了工程的造价，缩短了工期，取得了良好的经济、技术效果。随着CFG桩在工程中的广泛运用，其前景也会越来越广阔。

参考文献：

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[2] 赵维柄.地基处理与基础工程.中国水利水电出版社，2000：58-63

[3] 李洪春.CFG桩复合地基及其应用[J].青岛建筑工程学院学报，2003：64-66