CFG桩复合地基受力机理研究

石玲霞

摘要：CFG桩复合地基是一种经济、可靠的地基处理技术；该技术比天然地基能更好的提高地基承载力、更易控制地基变形；故在我国得到迅速的发展与广泛的应用。但CFG桩复合地基的工作机理和设计计算的研究还比较滞后；其还有待于进一步研究。本论文从CFG桩复合地基研究现状、存在的问题、加固机理三个方面进行研究；其中加固机理从桩体效应、排水作用两方面进行介绍。对以后的工程提供了理论基础。

关键字：CFG复合地基、加固机理、桩体效应

1 CFG桩复合地基研究现状

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，用各种成桩机械在地基中制成的强度等级为c8～c25的高粘结强度的桩，简称为CFG桩。该种处理方法是通过在碎石桩体中添加以水泥为主的胶结材料，添加粉煤灰增加混合料的和易性并有低标号水泥h混凝土的作用，同时还添加适量的石屑以改善级配，使桩体获得胶结强度，从散体材料桩转化为具有高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。

杨丽君等針对褥垫层在CFG桩复合地基中的主要作用进行了探讨，并对褥垫层的厚度和材料对CFG桩复合地基作用机理的影响进行研究分析。郭明田、丁勇等就CFG桩复合地基的设计参数（桩径、桩长、桩间距、褥垫层厚度）做正交试验计算，研究分析其设计参数影响地基处理的效果，并对CFG桩复合地基优化设计提出可靠的方法。王步云、越秀芹针对挤密碎石桩与CFG桩组合处理软土地基的设计理论进行了研究分析，并将研究成果成功应用于工程实践。

2 CFG桩复合地基研究中存在的问题

2.1 机理研究中的问题

CFG桩复合地基在解决超高层、高层、低层建筑的地基不均匀沉降或地基的沉降差异、湿陷性黄土等工程问题方面取得了良好的成果，但与浅基础、桩基相比较，CFG桩复合地基的理论还不成熟，有待于进一步研究。目前针对CFG桩复合地基在竖向荷载作用下，考虑桩、土、褥垫层相互作用的应力场和位移场分布规律的研究偏少；另外CFG桩复合地基的桩体与桩间土如何相互作用，以及协调作用机制的理论研究亦处于不成熟阶段。

2.2 承载能力和变形特征研究中的问题

与天然地基相比，CFG桩复合地基属于刚性桩复合地基，其具有承载能力比天然地基高、地基变形较天然地基好控制且沉降小的特点。但CFG桩复合地基和桩基相比，其承载能力相对较弱、沉降较大，所以如何更好的利用CFG桩复合地基来提高地基承载力、有效控制地基变形以满足工程需求是学术界研究的一个重点与难点。工程实践中，CFG桩、土体的承载力发挥系数存在不确定性或地域的差别，目前关于CFG桩复合地基的承载能力、变形特征等研究还没有形成统一；关于CFG桩复合地基承载力和沉降的影响因素关系复杂，其非线性关系还不是很清楚。

3 CFG桩加固机理

3.1 CFG桩传递荷载的形式

复合地基通过在地基中增设的增强体来传递荷载，而增强体分为水平向和竖向两类。水平向增强体是通过增加土体和增强体之间的水平作用力来加固地基，如土工格栅、金属材料等加筋材料；竖向增强体则是通过土体和增强体之间的竖向摩阻力以及增强体端阻力来加固地基，如CFG桩等桩体。CFG 桩桩体材料由水、粉煤灰掺适量水泥、碎石和砂石组成。桩体强度一般为C10-C30，由于其强度和刚度介于高强度桩和柔性桩之间，CFG桩复合地基既能充分发挥桩体材料的潜力，也能充分发挥桩间土的承载能力。

在荷载作用下，CFG桩复合地基由桩和桩间土共同发挥承载能力，并将荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力传递给深层的地基土体。研究表明：桩体刚度的大小对粘结材料桩的荷载传递规律有较大的影响。刚性小的桩体形成的复合地基存在有效桩长，即当桩长超过有效桩长后，地基承载力并不能随桩长的增加而增加，因为刚度小的桩体侧摩阻力随着深度的增大而减少；而对于高强度桩和柔性桩之间的CFG桩来说，在竖向荷载作用下，桩身横向变形不显著，它不存在有效桩长，复合地基承载力的提高主要来自全桩长的侧摩阻力和桩端阻力，地基承载力会随桩长的增加而增加。

3.2 加固机理

CFG 桩主要骨料为碎石，填加颗粒较小的石屑来填充碎石之间的空隙以改善骨料的级配，而加入工业废料粉煤灰不仅可以减小水泥用量，节约成本，还可以提高桩体的后期强度。

CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土和褥垫层共同构成，三者之间的相互作用能够提高复合地基承载力。

3.2.1桩体效应

桩体效应也称为置换作用，是指地基在桩的作用下，承载力提高、变形减小。CFG 桩复合地基中桩体的强度一般为C10～C30，显然其弹性模量比桩间土的压缩模量高很多，在竖向荷载作用下，桩顶沉降会小于桩间土沉降，因而桩顶比桩间土分担的荷载要多。桩所承担的荷载可以通过桩侧摩阻力和桩端阻力向较深的土层中传递，使加固区中附加应力减小，而下卧层中附加应力相对增大。与天然地基相比较，在地基中加入CFG 桩形成复合地基可以提高加固区模量，减小加固区附加应力，使得加固区土层压缩量大幅减少。下卧层中附加应力虽然会增大，但只要桩端的下卧层是压缩模量高的持力层，其压缩量就不会增加很多，将两者综合起来看，采用 CFG桩加固地基总沉降量还是会有很大程度的下降。工程实践表明，桩体效用的大小主要取决于桩体材料的组成，对于CFG桩复合地基，增加桩长可以使复合地基的置换作用明显提高。

3.2.2排水作用

复合地基中的许多桩体都有良好的透水性，例如碎石桩、石灰桩、CFG 桩等。桩体的透水作用，也称为排水作用，有利于孔隙水压力消散、有效应力增长，桩间土强度和复合地基承载力提高。CFG桩的排水作用与粉煤灰、水泥的用量有关，经室内试验研究表明：在CFG桩复合地基成桩初期，CFG桩桩体的渗透系数一般在10-3～10-1cm/s 范围内，而置桩范围内自然土层的渗透系数远小于桩体渗透系数，一般在 10-6～10-4cm/s 之间，因此 CFG桩实际上能够构成固结排水通道，加速桩周土的固结，桩体的排水作用明显。

4 结论

本论文研究CFG桩受力机理，从CFG桩复合地基研究现状、存在的问题、加固机理三个方面进行论述，对以后提CFG桩应用提供了很好的理论基础，同时也为在实际工程中的应用增加了可信度。

参考文献

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