淺議CFG樁復合地基設計

谷春濤王鎮基汪林林

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

設計與施工

淺議CFG樁復合地基設計

谷春濤王鎮基汪林林

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

CFG樁復合地基是由CFG樁、樁間土和褥墊層共同作用，一起構成復合地基。CFG樁復合地基設計必須同時滿足承載力和變形要求。

CFG樁；復合地基；褥墊層

CFG樁是英文CementFly-ashGravelPile的縮寫，即水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏結、高強度樁。通過調整水泥摻量及配比,其強度等級在C15～C25之間，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁一般不需要配筋，并且利用工業廢料粉煤灰和石屑作摻和料，進一步降低了工程造價。CFG樁復合地基具有適用性廣、承載力提高幅度大、施工簡便、工期短、造價低廉等技術優點。目前，CFG樁復合地基已成為應用普遍的地基處理方法之一。

1 CFG樁適用范圍

就基礎形式而言，CFG樁既可適用于條基、獨立基礎，也可適用于箱基、筏基；既有工業廠房，也有民用建筑。就土層性質而言，CFG樁適用于處理黏土、粉土、砂土和正常固結的素填土等地基，對淤泥質土應通過現場試驗確定其適用性。CFG樁不僅用于承載力較低的土,對承載力較高（如承載力fak= 200kPa）但變形不能滿足要求的地基，也可采用CFG樁，以減少地基變形。

對一般黏性土、粉土或砂土，樁端具有好的持力層,經CFG樁處理后的復合地基可作為荷載較大建筑物的持力層。如洛陽萬基水泥有限公司2800 t/d熟料粉煤灰水泥生產線水泥配料站車間,天然地基承載力特征值為fak=150kPa,建筑場地屬于非自重濕陷性黃土,采用灰土樁和CFG樁多樁型復合地基。先施工灰土樁，然后在灰土樁中間打CFG樁，既可消除地基土的濕陷性，又可獲取很高的復合地基承載力。

CFG樁復合地基可用于處理中高壓縮性地基土以減少建筑物沉降。比如新鄉市長城機械有限公司年產60萬t礦渣微粉生產線示范工程礦渣粉磨及輸送車間,原地基土為壓縮模量Es=5.0MPa的粉質黏土，經處理后復合地基壓縮模量可達到14.0 MPa，基礎最終沉降滿足設備及建筑要求。

2 CFG樁復合地基作用原理

CFG樁復合地基加固機理主要是褥墊層受上部基礎荷載作用產生變形后以一定的比例將荷載分攤給樁及樁間土，使二者共同受力。同時土體受到樁的擠壓而提高承載力，樁又由于周圍土側應力的增加改善了受力性能，二者共同作用，形成了一個復合地基的受力整體，共同承擔上部傳來的荷載。

CFG樁復合地基設計中，基礎、樁和樁間土之間設置一定厚度的由散體粒狀材料組成的褥墊層，是復合地基的一個核心技術。褥墊層在復合地基中具有如下作用：

1）褥墊層保證樁、土共同承擔荷載，是CFG樁形成復合地基的重要條件。

2）通過改變褥墊厚度,調整樁垂直荷載的分擔。通常，褥墊越薄，樁承擔的荷載占總荷載的百分比越高。

3）減少基礎底面的應力集中。如不設褥墊層，當樁端位于堅硬土層時，基礎承受荷載后，樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔，樁間土承載力很難發揮（見圖1）。

圖1 樁與樁間土受力變化

4）調整樁、土水平荷載的分擔。褥墊層越厚，土分擔的水平荷載占總荷載的百分比越大，樁分擔的水平荷載占總荷載的百分比越小。

工程實踐表明,褥墊層合理厚度為100～300mm。考慮施工時的不均勻性，褥墊層厚度取150～300 mm。當樁徑大、樁距大時，褥墊層厚度宜取高值。褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級配砂石和碎石，最大粒徑不宜大于30mm。褥墊層材料不宜采用卵石，因為卵石咬合力差，施工時擾動較大，褥墊厚度不容易保證均勻。褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法。當基礎底面下樁間土的含水量較小時，也可采用動力夯實法，夯填度（夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不得大于0.9。

3 CFG樁復合地基的設計

從現有的復合地基承載力的計算方法來看,其主要思路是將土的承載能力考慮進去，一般是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，再根據一定的原則將這兩部分疊加,即得到復合地基承載力。

1）CFG樁復合地基承載力特征值，應通過現場復合地基載荷試驗確定，設計時也可按下式估算：

單樁豎向承載力特征值Ra的取值,當采用單樁載荷試驗時，應將單樁豎向極限承載力除以安全系數2；當無單樁載荷試驗資料時，可按下式估算：

式中，up—樁的周長（m）；n—樁長范圍內所劃分的土層數；qsi、qp—樁周第i層土的側阻力、樁端端阻力特征值（kPa），可按現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007有關規定確定；li—第i層土的厚度（m）。

2）CFG樁復合地基的沉降變形主要由三部分組成：一是樁長范圍內土層的壓縮變形，二是樁端下臥層的變形，三是褥墊層的壓縮變形。基底褥墊層變形量很小，可以忽略不計。所以基礎總沉降量即復合地基加固土層壓縮量與復合地基加固土層下臥層壓縮量,可采用分層總和法分別計算再求和。地基處理后的變形計算應按現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007的有關規定執行。復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，ζ值可按下式確定：

式中，fspk—基礎底面下天然地基承載力特征值（kPa）。

CFG樁復合地基承載力取決于樁間距、樁徑、樁長、布樁方式、樁周土層側阻力以及樁端土層端阻力等因素，設計人員應根據不同建筑物的基礎形式、建筑場地地質條件及施工工藝綜合考慮確定。

自從20世紀80年代末CFG樁復合地基處理技術被研發應用以來，由于其具有大大提高原地基承載能力、適合范圍廣、控制變形效果好、施工簡單、可操作性強等優點，已廣泛應用于各種工程建設中，取得了較好的經濟效益和社會效益。

[1]JGJ79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].