CFG桩复合地基在绿色建筑工程中的应用

和慧梅（长治市建筑工程质量安全指导中心，山西 长治 046000）

经济的快速发展提高了城市基础设施建设的技术水平，也对建筑工程施工有了更高的要求。某绿色建筑所处的地质环境为超软土土质，这些软土区域很容易产生严重的地基变形现象，由于土质过差，使得地基处理的难度较大。为了在绿色建筑施工过程中改变该超软土土质区域的承载压力，需要采用有效的技术对软土地基实施科学合理的施工处理。

拟采用CFG桩加固技术，对该区段的软土土质实施加固处理，并利用复合地基的方式，降低绿色建筑使用期的地基沉降量。为了更好地提高CFG桩加固技术的应用效果，通过公式计算与试验测试的方法，保障计算得到的CFG桩加固参数值合理有效。改进后的CFG桩加固技术应用方案，更适合该绿色建筑施工需求，并达到缓解超软土地基不均匀沉降问题的目的，具有一定的实践应用价值。

1 工程概况

某绿色建筑所处的地质条件较差，软土层最大深度达到11m，大部分地段揭露，工程地质性能差，地层分部情况如表1所示，主要在表层揭露，在基坑开挖、桩基施工及成槽施工时易发生掉块、塌孔、渗水、漏浆等问题。施工过程中不可避免地产生大量的粉尘、污水、泥渣等污染物，并且渣土外运、大型机械设备吊装等施工活动也会产生较多的噪声，且该区段工期紧张，工程量大。

表1 地层分部情况表

2 CFG桩复合地基的概念及特点

2.1 CFG桩复合地基的概念

CFG桩复合地基是将不同的材料进行不同比例的混合，然后加入固定比例的水，通过拌和的方式，形成具有极高物理黏结强度的混凝土桩，并通过多个混凝土桩与桩之间的桩间土融合在一起，进而形成的牢固性较高的软土地基复合型高承载地基。该技术主要适用于处理淤泥质类型、土层主体承载力≥200kPa的密实性土层。CFG桩复合地基主要采用的原材料有：①水泥原材料；②粉煤灰原材料；③工地使用碎石；④中小颗粒的石屑或砂。

2.2 CFG桩复合地基的特点

CFG桩技术应用于绿色建筑的地基建设中，具有强度高、质量好、原材料价格低、承载年限长，且经济效益明显等特点。CFG桩技术最大的优势是能够利用混凝土桩身的承载力，以及桩与桩之间的摩擦力，将绿色建筑的载荷传递到深层的软土地基中，减少对现有地基表层的受力，从而提高了地基的性能。

3 CFG桩复合地基结构设计

针对该段绿色建筑地质情况，在绿色建筑项目的施工中，提出了CFG桩复合地基处理的设计要求，最终设定为：①处理后该段绿色建筑复合地基软土层承载力特征值大于410kPa；②该段绿色建筑复合地基经过沉降之后，长期最终沉降量小于60mm。

3.1 设计参数及计算方法

针对某绿色建筑的软土和超软土土质层个体化特点，考虑到该区域的地基及土质层为黏土+海相+超软土结构，在进行地基施工时，出于安全性和实用性角度考虑，采用CFG桩复合地基来完成该段软土区域地基层的土建施工。其中，部分区域的设计参数和计算方法，如下所示：

设定CFG桩的桩径为450mm，计算桩周长为：

考虑到CFG桩复合地基特点，通过数学计算的方式，计算出桩截面积为：

其中，有效CFG桩长为24m，CFG桩保护桩长不小于0.50m，以5层细砂为桩端持力层，桩端进入持力层层顶8.70m。

3.2 承载力计算

3.2.1 单桩承载力计算

单桩竖向极限承载力标准值为：

式中k表示单桩竖向承载力特征值安全系数，取值k=2.0。

3.2.2 复合地基承载力计算

取桩间距1.60m×1.70m，则面积置换率为：

将相应参数代入下式得fspk的值为：

式中，基础持力层f sk=1000kPa，β=0.9。经过计算，可知fspk的值为415.91kPa，大于410kPa的要求，满足设计要求。

3.3 褥垫层铺设

基础底板下铺设压实后厚度为200mm的褥垫层，褥垫层材料选用10mm～20mm碎石，用平板振动器振压不少于4遍。

3.4 地基变形计算

根据勘察报告中的地层资料及已有资料，采用CFG桩复合地基方案时，地基沉降按下式计算：

式中s-表示地基最终沉降量，单位为mm；

ai和ai-1-分别表示基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数；

s'-表示按分层总和法计算出的地基沉降量；

Zi、Zi-1-分别表示基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离，单位为m；

φs-表示沉降计算经验系数；

n-表示地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；

p0-表示对应于荷载标准值时的基础底面处的附加压力，单位为kPa；

Evi-表示基础底面下第i层土的压缩模量，加固区按复合模量计算。

4 CFG桩复合地基性能试验

4.1 参数确定

需要提高地基的强度，提升绿色建筑的承载能力和稳定性，当绿色建筑所在区域处于不良地质区域时，通过采用CFG技术来改善地基承载力，提高地基密度，减少地基基底的含水率。为了检验此施工方法对CFG桩复合地基稳定性的影响效果，采用试验比对的方法，分别是实验室室内测试方式和现场试验测试方式，其主要的实验目的包括以下三点：①在实验室内进行施工区域土质干密度测试试验后，再到施工现场进行二次干密度试验，确定二者之间的内在关系，并获取项目的干密度指标，确定现场施工的桩基基础碾压次数；②在实验室内利用智能化设备，研究该区域土质层处于不同含水率时，干密度和含水率之间的潜在性内联关系；③对CFG桩基混凝土试块进行室内试验，确定所用混凝土的力学性能。

4.2 试验分析

4.2.1 试验内容和步骤

针对绿色建筑超软土地基采用CFG桩复合地基加固技术，为了有效排除试验仪器潜在的一定偶然性特点，对实验仪器需要展开合理的科学性评价，能够在保证室内试验数据真实度的基础上，提高软土基层的稳定性。

在实验室中，分别对CFG桩身的混凝土试块进行6次冲压，并结合现场试验采集的数据，获得CFG桩混凝土的承载压力和限载压力，同时也能够获取CFG桩身的侧边摩擦阻力。在前两次的冲压操作中，CFG桩的两侧摩擦阻力不同，两边呈现不同的承载压力值，通过多次的冲压操作，实验室两侧摩擦阻力基本相近。在施工现场的试验步骤与实验室的试验步骤基本相同。

4.2.2 试验结果分析

通过实验室的试验和施工现场的试验，将两个试验对应的测试结果放在一起，并对试验结果进行有效分析。试验结果如下：

（1）在绿色建筑的超软土地基中，CFG桩在施工过程中产生的孔隙水压力存在增长较快的特点，孔压的增长峰值为105kPa。同时，从试验过程中可以看出，距离CFG桩越近的时候，孔隙的水压越大，CFG桩对超软土地基的影响就越显著。

（2）CFG桩在处理超软土地基时，可以采用振动沉管法对该段地基实施合理有效的处理。与此同时，CFG桩在成桩的过程中，将会对桩周围的软土和超软土造成不同程度的影响，且当沉管法沉管时，CFG桩对地基土会产生较为明显的挤土现象，这种现象的出现，导致CFG桩桩周的孔隙水压力出现不同程度的增强现象，直接促使CFG桩周的土质强度在短时间内呈现下降现象。另外，采用振动法时，当拔管时也会对CFG桩周围的土层产生一定的潜在性影响，并导致CFG桩周土层的孔隙水压获得了一定的增长。

（3）CFG桩施工完成后，在施工后的最初一段时间内，孔隙水压呈现消散较快的趋势，在一小时以内，土层的大部分孔隙水压都得到了一定的改善与消散。但是，当时间超过一小时后，水压的消散速度会变慢，且呈现越来越慢的趋势，此时由于CFG桩周围的土层在短时间内难以实现高效率的固结，则极有可能带来CFG桩内强度的恢复效果不良。因此，需要加强对孔隙水压的控制。

（4）在该绿色建筑施工项目的超软土地基CFG桩施工中，同一深度的软土层，施工后CFG桩的桩周土在参数锥尖阻力的试验中发现，施工前的土层锥尖阻力随CFG桩与其距离的加大而增加，并渐渐趋向于1.0MPa的锥尖阻力。其中，CFG桩的桩周土层为天然沉积的海相软土和超软土层。

5 CFG桩复合地基施工质量控制

从桩基施工准备阶段，需要针对性地对CFG桩基工程进行必要的项目施工质量检测，保证CFG桩基的正常使用，并在绿色建筑的荷载下，确保工程的使用年限和施工质量。当CFG桩的类型不同或是CFG桩的施工方法不同时，此时需要检测的数据内容基本相同，分别为：①CFG桩的几何受力相关条件检验；②CFG桩身质量的测试与检验；③CFG桩身承载力与其对应的强度检验。其中，CFG桩的抗压强度检验采用钻取混凝土芯样的方式来进行。超软土地质条件复杂，需要对CFG桩进行复合地基承载力检测。针对以上三点，控制超软土的土质层区域的CFG桩工程施工质量，能够确保绿色建筑工程项目的安全性和可靠性，也能确保整个工程项目的质量。

6 结语

在某超软土地基填筑施工过程中，针对CFG桩复合地基的特点，计算CFG桩复合地基相关参数数值，用以处理超软土土质的地基不稳问题效果明显。同时，从施工质量控制角度出发，解决软土和超软土层绿色建筑建造的技术问题，能够提升该超软土区域的绿色建筑施工建设质量，提高绿色建筑的运输安全性。改进后的CFG桩超软土地基实施加固技术，为深厚软基土层绿色建筑施工带来更好的工程应用体验，节约了成本，并在强化超软土绿色建筑承载压力的同时，满足国家绿色建筑对沉降的控制要求。