CFG桩复合地基沉降计算方法

赵全朋

摘 要： 复合型地基设计主要考虑承载力与沉降问题，在实际工程中，存在着许多承载力不足，地基因沉降过大而不能正常工作的情况，许多研究表明，复合地基的很大部分是通过沉降来控制的。因此，沉降计算成为复合地基设计的关键。复杂地基的沉降计算有多种方法，无论是理论分析法、试验法、数值法，还是设计中应选用何种计算方法，都需要工程人员具备扎实的基础，同时也需要丰富的工程经验。

关键词： CFG桩;复合地基沉降;计算方法

【中图分类号】TG501 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）24-0040-01

近年来，随着经济建设的迅猛发展，建筑行业得到了前所未有的发展，建筑高度和建筑设计、施工难度不断提高。建筑施工难度的增加，对地基基础问题也提出了挑战，促进了地基基础设计的快速发展。由于建筑物的高度越来越高，建筑形式越来越复杂，天然地基不能承受上部结构荷载，因此采用了其它基础形式，目前常用的基础形式是桩基和CFG桩复合地基。桩基是将上部荷载通过桩体传递到深土层的基础形式，而CFG桩复合地基则是采用桩与土共同承载的基础形式，由于其成本低、施工速度快等优点，在建筑工程中得到了越来越广泛的应用。CFG桩复合型地基设计主要考虑承载力与沉降问题，在实际工程中，有许多情况，承载力满足，但基础因沉降过大而不能正常工作，许多研究表明，CFG桩复合地基的很大部分是通过沉降来控制的。因此沉降计算成为CFG桩复合地基设计的关键，本文就目前存在的沉降计算方法进行探讨。

1 CFG桩复合地基处理概述

1.1 CFG桩原理

CFG桩也就是水泥粉煤灰碎石桩，其主要就是在原有地基结构中，借助于水泥、粉煤灰、矿渣、石屑以及炉渣等材料，实现对于桩体的合理构建，进而促使原有地基稳定性和承载力得到明显提高。相对于传统的混凝土素桩基础结构，CFG桩的应用具备特殊性，其复合性特点突出，能够更好实现对于基础结构的改良优化。一般而言，在这一桩体结构以及桩间土的复合作用下，相应基础结构的承载力可以得到明显提高，有的甚至可以达到200kPa。结合不同岩土工程地基特点，在进行CFG桩运用中，除了要关注于桩体和桩间土的复合优化，往往还需要注重褥垫层的恰当设置，以更好提升复合地基的整体优化效果，降低在后续长期应用中可能出现的明显变形问题，对于桩基础结构的挤密度以及承载力进行提升。

1.2 CFG桩复合地基处理应用特点

当前我国很多岩土工程项目基础结构施工建设运用CFG桩复合地基处理模式，都表现出了明显优势，作用效果较为理想。首先，从CFG桩复合地基处理技术的应用过程中来看，其便捷性较为突出，相对于其它地基处理模式能够明显缩短工期，现场操作比较方便。因为CFG桩的构建往往可以直接借助于长螺旋钻处理，然后直接进行混凝土泵送处理，不涉及到钢筋笼的制作和安装，工序相对更为简单，成桩速度较快，适合于一些工期较紧的岩土工程项目。其次，CFG桩复合地基处理技术的应用还具备较强施工效果，地基改良作用較为突出，比如从承载力方面看，在结合原有地基状况的基础上，合理设置CFG桩长度以及直径，进而也就必然可以更好提升桩体结构的侧阻力，桩体及其桩间土复合结构的承载荷载往往更高，可以较好保障岩土工程地基结构的稳定性，不会在外界作用力下出现明显变形问题。另外，从CFG桩复合地基处理技术的应用范围上来看，其几乎可以适用于所有地质类型，尤其是在粘性土、淤泥质土以及杂填土等相对难以处理的地基结构类型中，该技术的运用可以明显发挥改良效果，在提升其承载力的基础上，还兼具排水效果，成为保障岩土工程地基施工处理效果的重要技术手段。最后，在CFG桩复合地基处理技术的应用下，岩土工程还能够表现出环境保护优势，这也符合当前绿色化施工理念的要求，因为该技术的应用不需要应用大量泥浆材料，对于周围环境的影响较小，可控性更为突出。

2 CFG桩复合地基沉降所用适宜计算方法研究

2.1 CFG桩间土与桩顶的荷载计算

CFG桩复合地基的应用下，铁路的路基路堤所产生的荷载将由桩体与周围土体共同承担，这样就可以将CFG桩复合地基中的应力分解为两个部分，其一就是桩荷载在土体中所产生的各种应力;其二就是地基的表面所出现的桩间土荷载形成的附加应力。在第一部分中，应力的产生应该通过利用Geddes公式来计算，但是第二部分出现的桩间土荷载附加应力应该按照Boussinesq公式来完成计算，两项计算结果进行必要的叠加处理后，就能够成为桩间土总的附加应力。将这样的附加应力按照分层求总和的思想就可进一步得到CFG桩的复合地基的沉降值。

2.2 CFG桩地基中附加应力的计算

2.2.1 CFG桩体的侧摩擦力与桩端助力

采用Mindlin-Boussinesq法计算CFG桩网复合地基的沉降中，需要特别注重对桩侧摩擦阻力的设定。对于没有桩帽的桩网复合地基，当达到一定深度后，桩体的中性点以上桩间土出现的沉降会远远大于桩体的沉降，这就容易对CFG桩体造成一定程度的摩擦阻力。

对于设置桩帽的桩体侧摩擦阻力的研究，要掌握其应力分布的规律将更有难度。桩帽容易降低桩体与土体之间的相对位移，从而导致上半部的摩擦阻力变化逐渐变缓。当荷载增加后，摩擦阻力将在下半部出现屈服现象并且逐渐转移到上半部，从而使得桩体在打桩深度的增加中轴力缓慢降低，桩体的侧摩擦力始终保持正向。

通过研究可知，负的摩擦阻力能够是加固区内的沉降不断降低，而使下卧层的沉降进一步加大，两者发生沉降变化的差别保持在4%～8%间，所有影响并不突出。因此，对CFG桩网复合地基沉降的计算，主张在桩侧阻力方面应用无负摩擦阻力的方式。

2.2.2 多桩的应力叠加

对于CFG桩网复合地基中路基中心桩所存在的附加应力，需要考虑多个桩体作用在该点所形成的附加应力的叠加。借助“加筋效应”“遮帘效应”等理论可知，对于与目标点相距甚远的桩体而言，对目标点所构成的作用并不突出，因此，针对目标点而言，可选择某一范围内的所有桩体应力进行叠加。通常，可以在采用Mindlin-Boussinesq法计算沉降的过程中，着重考虑l 2根CFG桩的叠加作用。

参考文献

[1] 赖耿锋.客运专线路涵过渡段CFG桩网复合地基沉降和应力研究[D].北京交通大学，2012.

[2] 马明正，海振雄，叶阳升，等.高速铁路CFG桩复合地基沉降计算适用方法研究[J].中国铁道科学，2014，35（2）：7-13.