CFG 樁復合地基承載力分析

梁大偉

(山西省建筑科學研究院，山西太原 030001)

0 引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的縮寫，即是由石屑、碎石、砂、粉煤灰、水泥等建筑材料加水拌和，起初采用振動沉管成孔，目前較常采用長螺旋工藝成孔，樁身強度一般在C15～C30之間的可變強度樁。由于其具有施工速度快、質量容易控制、工期較短、環境影響較小、成本較低廉等優點，目前在我國，CFG樁被大量的應用于多層、高層，甚至超高層建筑的復合地基處理中。當前已經成為應用普遍、技術成熟、經濟效益和社會效益較高的一種地基處理施工工藝。

復合地基與單純的樁基不同，它是在現有土體中，通過各種工藝植入剛性、半剛性或柔性增強體，與有待處理土體相比，增強體一般具有較高的強度，同時增強體自身可與樁周圍土體發生化學變化，起到置換、固結作用，增強樁周圍土體的承載力，此外，個別擠密或半擠密的復合地基施工工藝，在增強體施工的同時，能起到對樁間土擠密的效果，變相提高了樁間土的強度。

CFG樁屬于典型的復合地基，通過水泥、粉煤灰、水等膠結材料，將石屑、碎石和砂等骨粒材料膠結成為拌合體，在尚未凝固之前澆灌至成孔中，拌合體在自身凝固強度提高的同時，膠結材料也與周圍土體發生作用，增強周圍土體的強度，待樁身強度達到設計要求時，在土中形成豎向增強體。CFG樁屬于復合地基，樁體與樁間土共同承擔上部荷載，由于建筑產生沉降，樁體和樁間土體的變形模量不同，設置褥墊層是非常必要的，設置褥墊層可以調整基底應力分布，充分發揮樁間土的承載力作用，減輕樁體負擔，一定意義上講節約了造價。

CFG樁樁徑從400 mm～600 mm不等，樁長也從幾米至20多米不等，由于其是半剛性樁，樁體壓縮變形相對于剛性樁一般較大，可以使樁長全范圍內發揮側摩阻力，能較高的提高復合地基承載力值，據有關資料統計，CFG樁樁體一般能承擔總荷載的40%～75%，這是一般柔性樁或半剛性樁難以達到的。

1 CFG樁復合地基承載力

1.1 CFG復合地基承載力的計算

CFG樁復合地基承載力特征值按照規范要求應當采用復合地基靜載荷試驗確定。新版的《建筑地基處理技術規范》(2012版)第7.1.5條規定CFG樁復合地基承載力設計時，可以采用式(1)進行計算:

與2002版《建筑地基處理技術規范》相比較，式(1)增加了單樁承載力發揮系數λ，規范要求其取值按相關地區經驗，同時規范也給出在無相關地區經驗時的取值范圍，一般取0.8～0.9，這與2002版規范相比，明顯是降低了CFG樁單樁承載力的特征值，在m和Ap不變的條件下，相對于新版的2012規范將CFG樁單樁豎向承載力特征值降低為原2002版規范的80%～90%，從設計的角度來講更偏于保守;同時新版規范將樁間土承載力折減系數β改為樁間土承載力發揮系數，原2002版規范提供的取值范圍為0.75 ～0.95，新版2012 規范提供的取值范圍為 0.9 ～1.0，相比較而言是提高了樁間土分擔復合地基荷載的比例。整個公式整體上的思路是降低了CFG樁單樁承載力特征值而提高了樁間土的承載力發揮。

可見通過多年CFG樁的工程實際應用，技術已經達到成熟，新版規范提供的設計思路是增強對樁間土的利用，而降低對單樁承載力的要求。同時這也反映出近年來在CFG樁使用過程中發現的問題，例如樁身強度在有些工程項目中成為制約復合地基的一個主要因素，有的工程項目將單樁承載力特征值設計的很高，實際受力過程中，未必能夠達到。再如在CFG樁身施工過程中，難免在個別施工中發生縮頸、夾泥、離析等現象，在樁頭剔鑿過程中，難免對下部樁身產生破壞，單樁承載力特征值不一定能完全按照設計計算發揮出來，故新版的規范引入了樁體單樁承載力發揮系數λ＜1。

1.2 CFG單樁承載力的計算

新版2012規范，復合地基承載力計算公式中Ra，即單樁承載力仍沿用舊版規范公式，如式(2)所示:

與2002版《建筑地基處理技術規范》相比較，式(2)增加了端阻力發揮系數αp，但同時建議在無地區經驗時可按1.0取值，這相當于同舊版2002規范沒有區別。

1.3 新版規范的改進

新的2012規范在CFG樁復合地基承載力計算公式的改進，主要是增加了多個地區經驗性系數，例如λ，β，αp，這既考慮到在全國范圍內應用CFG樁，又考慮了地區與地區的差異性，可以說同2002舊版規范相比較，計算公式更加成熟，更加先進。同時新公式對小于1的λ的引入和β取值范圍的提高，說明我們以前的CFG樁設計更偏重于依靠單樁承載力來提高復合地基承載力，而忽略了充分發揮樁間土的作用，樁間土作為必不可少的一部分，其發揮程度越高，則需要的單樁承載力就越低，經濟效益更加明顯。樁端承載力發揮系數αp的引入，雖然建議計算時取值為1.0，但它的引入為今后研究樁端承載力發揮和地區經驗的積累提供了一個載體，相信在將來更新版的規范中，將對其做出更加具體的規定。

2 工程實例

2.1 工程概況

某工程項目位于岸邊一級階地，現場主要是以粉土和砂土為主:

第①層粉土層厚5.20 m ～11.90 m，平均厚度8.45 m，側摩阻力特征值為24 kPa，天然地基承載力特征值為150 kPa。

第②層粉土層厚2.50 m～6.60 m，平均厚度3.90 m，側摩阻力特征值為30 kPa，端阻力特征值為400 kPa。

第③層中砂層，層厚2.90 m～9.30 m，側摩阻力特征值為32 kPa，端阻力特征值為500 kPa。

本工程地基處理采用CFG樁復合地基，樁徑400 mm，樁長12.0 m，樁距1.2 m，正方形布置，要求CFG樁復合地基承載力特征值達到370 kPa，CFG樁單樁承載力特征值達到380 kN。

2.2 試驗情況

考慮到本工程的特點結合新版的《建筑積極處理技術規范》，本工程CFG樁施工完成后，共進行了10組復合地基承載力檢測，20根單樁承載力檢測，檢測均按照相關要求采用慢速維持荷載法，檢測結果見表1，表2。

表1 CFG樁單樁承載力試驗結果

表2 CFG樁復合地基承載力試驗結果

根據上述表1試驗結果，20根試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力平均值為832 kN，極差為90 kN，取平均值832 kN為試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力統計值。相應的承載力特征值為416 kN。

根據上述表2試驗結果，10組單樁復合地基承載力特征值的平均值為415 kPa，極差為0 kPa，取415 kPa為本工程CFG樁復合地基承載力特征值。

2.3 結論

依據試驗結果，本工程CFG樁復合地基承載力和CFG樁單樁承載力均達到設計要求。由于將來CFG樁實際受力情況為復合地基受力，故以其復合地基承載力特征值作為主要依據。

依據2002舊版規范計算，先不考慮側阻力和端阻力數值，將由CFG樁復合地基靜載荷試驗確定的承載力特征值415 kPa代入式(1)，其中λ取折中0.85，β取折中0.95，反算出理論計算的CFG單樁承載力特征值為483 kN。

根據其側阻力和端阻力，以及樁頂標高、樁徑、樁長，根據規范式(2)計算出，CFG樁單樁承載力特征值約為464 kN。

本工程實際進行的20組CFG樁單樁靜載荷試驗所得的單樁承載力特征值為416 kN。

根據上述結果可知，根據CFG樁復合地基承載力試驗結果所推算出來的CFG樁單樁承載力特征值最大，根據樁體側阻力和端阻力數值計算出的CFG樁單樁承載力特征值居中，現場的CFG單樁靜載荷試驗所得出的單樁承載力最小，當然，由于前2個數值均屬于計算值，我們肯定要以現場試驗數據為準。

現場CFG單樁靜載荷試驗數據為416 kN，小于舊版規范，根據CFG樁復合地基承載力結果反算的483 kN和464 kN這一點來看，這正是新版規范引入單樁承載力發揮系數λ的原因，也就是說CFG樁單樁的承載力并不能在復合地基中完全地發揮出來，存在一定的折減，折減系數就是新規范中的這個單樁承載力發揮系數λ。

通過理論計算CFG樁單樁承載力特征值一個為483 kN，一個為464 kN，分別用現場實際靜載荷試驗結果416 kN去比，得出的比值分別為0.859～0.894，這正好又處于規范給定的無地區經驗時λ的取值，即0.8～0.9之間，本工程實際情況與規范非常符合，這進一步說明新版規范引入λ的必要性和其取值范圍的嚴謹性。

3 結語

1)CFG樁作為復合地基應用越來越廣泛，其技術和工藝越來越趨于成熟和完善，其理論計算公式正逐步趨于完善。

2)新版規范對CFG樁復合地基承載力計算公式中引入單樁承載力發揮系數λ是非常必要的，是在積累大量CFG樁復合地基承載力應用工程的基礎上科學的提出的，其取值范圍也是在大量工程實踐經驗的基礎上得出的，范圍很嚴謹。

3)新版規范對CFG樁復合地基承載力的計算公式各經驗系數的引入，增加了不同地區使用的靈活性。從計算公式調整可以看出，新的計算方法將更多地考慮樁間土的作用而適當減低對單樁承載力的要求，從經濟效益上講是非常合理的。

4)新版規范在式(2)中引入端阻力發揮系數αp，雖然規定其計算時仍按1.0取值，但是該系數的引入，對今后規范的調整方向做出了指導，同時也為我們在今后CFG樁復合地基工程經驗積累方面提供了方向。

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