高层建筑CFG桩复合地基设计应用研究

胡文海

摘 要：CFG桩复合地基作为一种有效的地基处理方案，常被用于高层建筑地基基础设计，其可以有效的提高地基的承载力、减少地基土的沉降变形，且施工方便，适用于较多建筑项目。本文分析了CFG桩复合地基的处理方案，指出了其在高层建筑结构设计中的具体应用，以期为此后高层建筑地基处理工作提供更多的借鉴依据。

关键词：地基处理;CFG桩;地基承载力

地基处理技术是岩土领域的热门方向，积累了较多的理论、设计、施工及检测经验。如常用的换填法，通过挖除基础底面下一定范围内的软弱土层，回填其他性能稳定、具有较高强度的材料，并夯压密实。压实地基法，将地基土分层碾压密实。强夯法是利用夯锤的能量使得地基土密实。注浆加固法，通过将水泥浆或其他浆液注入地基土层中，增强土颗粒间的联结，使土体强度提高、变形减少、渗透性降低。微型桩法，用桩工机械或其他小型设备在土中形成直径不大于300mm的钢筋混凝土桩或钢管桩。预压法，在地基上进行堆载预压或真空预压，使得地基土固结压密。复合地基处理法，是增强或置换部分土体，形成由地基土和竖向增强体共同承担荷载的地基，如常用的CFG桩，承载力较高，施工便捷，经济性好。近几年来地基处理发展的一个典型趋势就是在既有的地基处理方法基础上，不断发展新的地基处理方法，特别是将多种地基处理方法进行综合使用，形成了极富特色的复合加固技术，如真空-堆载联合预压，长短桩复合地基。

1 CFG桩复合地基的基本原理

复合地基主要指原状土无法满足结构设计要求，通过增强或者置换部分土体，形成地基土与竖向增强体共同作用的新地基，而CFG桩则是水泥粉煤灰碎石桩的简称，利用CFG桩进行地基处理加固后的地基被称为CFG桩复合地基。如图1所示，该复合地基主要由CFG桩体、桩间土以及褥垫层三部分组成。在竖向荷载作用下，CFG复合地基中的桩体与桩间土共同抵抗竖向力并产生竖向位移，由于桩体材料与桩间土竖向刚度存在较大差异，因此CFG桩与桩间土受力不均衡，难以协同作用，故而地基下方应铺设由级配砂石组成的褥垫层。竖向力作用时挤压褥垫层材料，使得荷载分布更加均匀，提高了桩间土的承受荷载比例，同时桩体周围的应力也会发生改变，增大了桩体的侧向压力，进而提高桩体承载力，从而形成高强度的复合整体，使得地基土可以承受建筑荷载且满足沉降要求^[1]。

2 工程概况

2.1 结构概况

某建筑场地占地约26亩，总用地面积：17287.55m²，总建筑面积43088.10m²。地上17层，地下1层，框架剪力墙结构，筏板基础，基础埋深6m。

2.2 场地岩土工程地质条件

2.2.1 地层结构

在勘探深度范围内，场地土层主要由填土以及第四纪全新世冲积形成的粉土、砂土和黏性土组成，据其沉积顺序可分为五层，特征如下：①素填土（Q4ml），厚度0.50～0.60m，层底标高1055.44～1055.81m，主要由粉土构成，含大量植物根茎，结构性差。②粉土（Q4al）：厚度3.70～4.00m，层底标高1051.54～1052.02m。黄褐色，机械钻进易进尺，钻具平稳，地层自然造浆，韧性差，具铁染现象。密实度：稍～中密;湿度：湿～饱和。③细砂（Q4al）：厚度2.90～3.30m，层底标高1048.44～1049.12m。机械钻进易进尺，钻具平稳，主要矿物成分以石英、长石为主，含少量云母碎片，颗粒级配较差，分选好，含少量黏性土。密实度：稍～中密。湿度：饱和。④粉质黏土（Q4al）：厚度1.30～1.70m，层底标高1046.74～1047.52m，灰黑色，机械钻进易进尺，钻具平稳，地层自然造浆，韧性好。状态：软塑～可塑。⑤细砂（Q4al）：本层未揭穿，最大揭露厚度16.20m，层顶标高1046.74～1047.52m，机械钻进易进尺，钻具平稳，主要矿物成分以石英、长石为主，含少量云母碎片，颗粒级配较差，分选好。密实度：中密～密实。湿度：饱和。

2.2.2 地下水

场地地下水水位埋深为现自然地面以下0.87～1.28m，属潜水，标高为1055.03～1055.05m，年正常水位变幅0.5m左右，主要受开都河水侧向补给，流向东偏南。据场地所取2个水样，地下水溶解性固体含量3422.53～3743.07mg/L，pH值8.2。基础埋深6m处于黏性土中，不考虑地基土液化。

2.2.3 岩土参数

地基土岩土工程参数见表1，各土层对应的地基承载力特征值分别为120kPa、140kPa、140kPa、180kPa，若以粉土为天然地基时，其承载力低于上部荷载要求的地基承载力特征值300kPa。

3 复合地基设计

3.1 CFG桩复合地基设计

1）设计总则。设计CFG桩复合地基时应明确五个设计参数，具体包括桩长、桩径、桩间距、桩体材料强度以及褥垫层设置等。一是设计桩长，桩长受不同的设备与地质环境影响，且应尽量选择承载力及压缩模量相对较高的土层作为桩端持力层，在本次工程案例中，⑤层粉质黏土承载力相对较高，且较为密实，故选此土层为桩端持力层，综合各种因素并经过承载力计算，有效桩长设计为18m。二是桩径，主要决定于成桩设备的型号，一般最大孔径为600mm，最小孔径为350mm，本工程中选择长螺旋钻管，利用泵压CFG桩施工工艺，桩径最终被确定为400mm。三是桩间距，在确定地基承载力时应明确计算桩间距，通过勘察地质情况可知，桩间距初步确定为1.5m，采用三角形布置。四是桩体材料强度，计算得知桩身立方体抗压强度平均值20MPa。五是褥垫层，根据工程实际情况确定褥垫层厚度，一般宜为桩径的0.4至0.6，材料宜选用级配砂石，综合各种因素，褥垫层选取为200mm厚粒径为10-20mm的级配碎石，且宽度为主楼基础外扩300mm。

3.2 压灌成桩

成桩要求严格控制桩径、垂直度、桩长、拔管速度，控制保护桩长。泵送砼：泵送砼之前，应检查地泵的各个仪表，以确保地泵正常工作;第一根桩或停钻时间较长时，应泵送水泥砂浆湿润泵管，以防堵管。提钻与泵送的配合：每次钻进至标高后，司钻应先将钻具提升约20～30cm，以利于活门打开。同时通知泵工开泵，现场设专职信号员负责司钻与泵工之间的联系。应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相匹配，每分钟提钻不大于5m，确保钻头埋在混凝土面以下50cm左右，以防断桩。遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料。泵送过程中如达不到设计标高时应及时处理，如砼面已超出地下水位，再采取从孔口补灌的方法;如砼面低于地下水位，在补灌时泵送管应插入砼面下50cm确保不断。做好施工记录，成桩后再按施工记录进行复验，防止漏桩。

4 结语

CFG桩复合地基承载力主要由桩来承担，但要使应力在桩与桩之间合理分配。因此设计时桩身混凝土强度等级不宜太高，一般不要超过C20，桩顶和基础之间的褥垫层应根据桩径和桩间距大小确定。施工时必须要保证成桩质量，且在清除桩间土时，尽量避免机械对桩身的碰撞，防止人为造成断桩。

参考文献：

[1]郐凤东.CFG桩地基处理施工技術探讨[J].建材与装饰，2019（29）：23-24.

[2]牟洋洋，白晓宇，张明义.强风化泥岩地基上CFG桩复合地基应用与优化[J].建筑结构，2019，49（12）：120-124.