水泥粉煤灰碎石樁復合地基承載力計算公式商榷

【摘 要】水泥粉煤灰碎石樁為高粘結強度剛性樁，其復合地基承載力檢測結果提高幅度大，遠高于《建筑樁基技術規范》的公式計算值。本文試圖基于剛性樁復合地基及褥墊層不同形式探討其受力特性，商榷CFG樁復合地基計算公式。

【關鍵詞】水泥粉煤灰碎石樁；單樁承載力；復合地基承載力；復合基樁承載力

The Discussion of CFG pile bearing capacity formula

Geng Zhi-bin

(The manage bureau of zhu ma dian He nan province Zhumadian Henan 463000)

【Abstract】CFG pile is rigid.The composite foundation tearing capacity of CFG pile is larger than calculator by using specification formula.The discussion is done in this paper about CFG pile bearing capacity formula.

【Key words】CFG pile;Pile bearing capacity;Composite foundation bearing capacity;Composite pile foundation bearing capacity

1. 引言

水泥粉煤灰碎石樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度的剛性樁（簡稱CFG），樁、樁間土和褥墊層一起構成復合地基。CFG樁與素混凝土樁的區別在于樁體材料構成不同，而在其受力和變形特性方面沒有什么區別。

CFG樁復合地基是國家在地基處理方面最新攻關課題研究成果，并列入《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002），以下統稱《規范》。

幾年來，我們在諸多工程項目中采用CFG樁復合地基設計，并檢測不同形式褥墊層情況下復合地基承載力，其結果表明該剛性樁具有全樁長發揮樁的側阻力，如樁端落在工程性質好的土層上，還可以很好地發揮端阻力，則樁的作用大大加強，復合地基承載力較散體粒料樁和低粘結強度樁提高幅度大，一般為天然地基承載力的2～3倍，特別是在樁頂之上為構造物混凝土基礎時，提高幅度會更大。

但《規范》中CFG樁復合地基承載力計算公式（9.2.5式）和單樁承載力計算公式（9.2.6式）與低粘結強度的水泥土攪拌樁無區別，則計算的復合地基承載力提高幅度小，難以滿足工程設計要求，過密布樁加大面積置換率明顯增加地基處理工程費用。

2. CFG樁復合地基承載力計算公式商討

2.1 樁土應力比公式。

依據《規范》（7.2.8-3）式，復合地基承載力計算按下式：

fspk=1+m(n-1)fsk

式中：n－樁土應力比；

m－樁土面積置換率

fsk－樁間土承載力特征值（KPa）；

CFG剛性樁在荷載作用下，其壓縮性明顯比樁間土小，因此基礎傳給復合地基的附加應力隨地基的變形逐漸集中到樁體上，出現應力集中現象，復合地基的CFG起到了樁體承擔附加應力可大于50％；在CFG樁頂為構造物混凝土基礎無褥墊層情況下，附加應力可較快地集中在樁體上，樁體承擔的附加應力可在75％以上，其余由樁間土承擔。據某工程在無褥墊層情況下，CFG樁單樁復合地基樁土應力比n=24.3～29.4，四樁復合地基樁土應力比n=31.4～35.2。而有褥墊層的碎石樁和低粘結強度樁復合地基樁土應力比n=2～4。

有關參數確定參照如下：

（1）樁土應力比：樁土應力比確定與褥墊層不同形式有關。有散體褥墊層情況下，ｎ取10～15；樁頂有混凝土樁帽，其上有散體褥墊層，墊層頂加鋪高強度土工格柵情況下，ｎ取15～25；樁頂無散體褥墊層，樁頂為構造物混凝土基礎情況下，ｎ取25～35。

（2）樁長：為提高單樁承載力，應提高樁端阻力，則樁尖應落入工程性質好的土層上。

（3）樁土面積置換率：可根據工程設計所需要的復合地基承載力及變形控制要求等確定。

（4）樁間土承載力：在樁長深度范圍內，有多個工程性質不同土層，其承載力有明顯差異。參照《建筑樁基技術規范》，可按樁頂下5米深度范圍內土層承載力的加權率均值。對可擠密的土層，樁間土承載力可取1.1～1.2倍天然地基承載力。

（5）樁徑：一般為40～50mm。

2.2 復合基樁公式。

依《建筑樁基技術規范》（JGJ94-94），以下統稱《樁基規范》，CFG樁復合地基承載力按復合基樁承載力計算公式：

R=ηsQsk/γs+ηpQpk/γp+ηcQck/γc

式中 R——復合基樁豎向承載力特征值（KPa）。

Qsk#8226;Qpk——分別為單樁總極限阻力和總極限端阻力標準值。

Qck——相應于每一復合基樁的承臺底地基土極限抗力標準值。

Qck=gck Ac/n

gck——基底地基承載力特征值（KPa），可取5m深度范圍內的加樁平均值。

Ac——承臺底地基土凈面積。

ηs——樁側阻力群樁效應系數（可查《樁基規范》）。

ηp——樁端阻力群樁效應系數（可查《樁基規范》）。

ηc——承臺效應系數（可查《樁基規范》）。

γs、γp、γc——分別為樁側阻力分項系數、樁端阻力分項系數、承臺底土抗力分項系數（可查《樁基規范》）。

n——樁數。

復合基樁公式對于剛性樁樁數超過3根的非純端承樁宜考慮樁群、樁間土、承臺的相互作用效應，CFG樁樁體強度一般為C15～C20，與素混凝土樁無什么差別，可屬剛性樁類。CFG樁樁頂無散體褥墊層，直接為構造物混凝土基礎構成有承臺的群樁。則復合地基承載力可參照復合基樁豎向承載力公式計算。應當指出：當承臺底為可液化土、濕陷性黃土、高靈敏度軟土、欠固結土、新填土時，沉樁引起超孔隙水壓力和土體隆起時，不考慮承臺效應，取ηc=0。為此對可液化土地基可采用振動沉管施工工藝的CFG樁、振動沉管碎石樁間作的設計方案。基于碎石樁因作為消除液化作用，且該樁層散體粒料樁，則不參與復合基樁承載力計算。對濕陷性黃土也可采用振動沉管施工工藝的CFG樁、擠密灰土樁間作的設計方案。基于灰土擠密樁作為消除濕陷作用，且該樁降低粘結強度樁，則不參與復合基樁承載力計算。

3. 結束語

CFG樁屬高粘結強度剛性樁，《規范》中其單樁承載力和復合地基承載力計算公式與低粘結強度樁相同，則復合地基承載力提高幅度有限，難以滿足工程設計要求。若加密布樁增大面積置換率，則地基處理工程費用過高。通過對諸多工程項目CFG樁復合地基檢測，其結果表明其復合地基承載力較《規范》計算公式高1.5～2倍，特別是樁頂為構造物混凝土基礎無散體褥墊層情況下可大于2倍。對此認為《規范》中CFG樁復合地基計算公式值得探討商榷，應考慮高粘結強度剛性樁與低粘結強度樁受力特性差異，褥墊層設計形式也應有所區別。CFG剛性樁是介于低粘結強度樁或散體粒料樁與鋼筋混凝土樁之間且近于鋼筋混凝土樁受力特性。

本文提出的CFG樁復合地基承載力計算公式僅依據有限工程項目的檢測結果和有關資料，存在一定局限性。基于提高地基處理質量滿足工程設計要求，并降低地基處理工程費用的目的，建議巖土工程界有必要對高粘結強度剛性復合地基設計計算作課題研究，使之符合工程實際。

近幾年來公路工程對路基和構造物淺基礎地基處理引入鋼筋混凝土管樁復合地基技術。我們認為該類樁應按復合基樁承載力計算復合地基承載力。基于復合基樁承擔附加應力處理，則對路基地基處理設計應作樁帽，其上加鋪散體褥墊層，墊層頂復蓋高強度土工格柵；對構造物樁頂可直接為基礎混凝土。這兩種情況下復合地基承載力計算應選擇不同公式。

參考文獻

［1］ JGJ79－2002，建筑地基處理技術規范［S］.

［2］ JGJ94－94，建筑樁基技術規范［S］.

［3］ 巖土工程手冊編審委員會，巖土工程手冊［M］。北京：中國建筑工業出版社，1994.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文