CFG樁復合地基在高層建筑地基處理中的應用

賈 瑞 杰

(山西省化工設計院，山西 太原 030024)

CFG樁復合地基在高層建筑地基處理中的應用

賈 瑞 杰

(山西省化工設計院，山西 太原 030024)

對CFG樁復合地基作了簡單論述，結合工程實例，分析了CFG樁設計的影響因素，并探討了樁體材料及比例問題，深入研究了CFG樁成樁的施工工藝流程，指出CFG樁復合地基在建筑工程中具有重要的作用，應用前景廣闊。

CFG樁復合地基，建筑物，承載力，材料

1 CFG樁復合地基概述

CFG樁復合地基的組成有三部分，分別是CFG 樁體、樁間土及褥墊層，因此，CFG樁復合地基加固地基主要有三種作用：樁體作用、擠密作用和褥墊層作用。當存在一個豎向的作用力垂直作用于地基時，在力的作用下，樁與樁間土都會發生沉降變形。但是由于樁的模量大于樁間土的模量,當土發生很大形變時，樁的形變相對較小,那么本來全部作用于樁的作用力會發生轉移，轉而聚集到樁頂上。因此在樁體和樁間土之下增添了褥墊層，褥墊層是整個地基的核心結構，從上述說明可以看出樁和樁間土受到了不同的作用力，而褥墊層剛好可以解決這一問題，當有垂直力和水平力作用于樁時，褥墊層可以將力分解成兩個力，而且分配比例合適，這樣使樁和樁間土共同受到平等的力，減少了CFG樁對基礎的應力集中作用，對CFG樁復合地基起到了一定的保護作用。同時,樁對土有一個擠密作用，這使得樁的承載力有所提高，而樁周圍土的側應力的增加，使得樁的受力性能得以改善,樁與周圍土共同工作,形成了一個復合地基的受力整體,共同承擔上部基礎傳來的荷載，因此CFG樁復合地基是高粘結強度復合地基，它具有加固作用，加固機理主要是利用化學反應放熱，使各種材料凝固成樁體。當粉煤灰與水接觸時發生放熱反應，放出大量熱量，這些熱量供水泥發生水解和水化反應，以及與粉煤灰的凝硬反應，之后凝結和硬化，與砂、石、粉煤灰等生成穩定的豎向增強體，即CFG樁。因此CFG樁復合地基適用于處理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質土地質。CFG樁屬于高粘結強度樁，抗剪強度和變形模量均較高，像剛性樁一樣，在荷載作用下其壓縮性遠低于樁周土，承擔了大部分上部荷載，因此，可以較好地發揮側阻，而在樁端位于工程地質性質較好的地基土層上時則又具有明顯的端承作用；樁間土體得到置換或擠密置換而提高了承載力。

2 工程概況

某地上21層，地下1層的建筑物，結構形式為剪力墻結構,基礎形式為筏板基礎,尺寸為35 m×30 m。基礎埋深7.0 m,地下水位為2.63 m。經勘探該地的土質大致可分為6層，第①層為沙粉，平均厚度在2.0 m,物理力學指標為標準貫入試驗錘擊數38,各層土承載力標準值240 kPa；第②層為素填土，平均厚度在4.5 m,物理力學指標為容重20.0,含水量18.6%；第③層為圓礫，平均厚度在6.0 m,標準貫入試驗錘擊數95，該層土承載力標準值350 kPa;第④層為粉質粘土，平均厚度在8.0 m,物理力學指標為容重19.0,含水量30.8%，孔隙比為0.88，液性指數為0.44,標準貫入試驗錘擊數21,該層土承載力標準值270 kPa；第⑤層為粉質粘土，平均厚度在9.5 m，物理力學指標為容重20.1，含水量22%，孔隙比為0.65，液性指數為0.21，標準貫入試驗錘擊數20，該層土承載力標準值220 kPa；第⑥層為粉質粘土，平均厚度在10.0 m，物理力學指標為容重19.9，含水量23.8%，孔隙比為0.70，液性指數為0.28，標準貫入試驗錘擊數8，該層土承載力標準值150 kPa。

3 CFG樁的設計

在對土質進行勘探，對工程情況有了大致的了解后，就可以開始設計CFG樁了。CFG樁作為可變強度的樁體，要設計成復合地基必須確定5個設計參數：樁長、樁徑、樁間距、樁體強度、褥墊層及材料。

1)樁長L的影響因素有很多，不同的地方，不同的設備，樁長的值不等，而建筑物所能承載的力和建筑物變形程度不同，也會影響樁長的大小。在本例中根據實際情況選取第⑤層落樁，因為該層為粉質粘土層，它的物理力學指標說明該層土具有可塑、中密、低壓縮性的性質,該層土的承載力標準值為220 kPa,壓縮模量為17.5 MPa,可作為樁端持力層,根據土層深度將樁長取為18.5 m。2)樁徑d的決定因素是成樁設備的型號,一般最小孔徑為350 mm，最大孔徑為600 mm。在本例中采用長螺旋鉆管，工藝采用的是排土的長螺旋鉆管內泵壓CFG樁施工工藝,因此將樁徑確定為400 mm。3)樁間距:計算樁間距之前需確定天然地基承載力，計算公式為S=Ap/m,由地理勘探可知復合地基承載力標準值fspk=492.7 kPa，把fspk代入式fspk=mRk/Ap+αβ(1-m)fsk得m≥0.015 8,所以S=Ap/m≤1.557,可以將樁間距初步確定為1.5 m。4)樁體試塊抗壓強度應滿足下式要求：fcu≥3Rk/Ap，計算得fcu=20.06,所以將CFG樁樁體強度等級取為C25。5)褥墊層厚度一般取10 cm～30 cm為宜,但是褥墊層厚度還要根據實際情況(樁徑和樁間距)來加以調整，當樁徑和樁間距過大時,結合對土性的考慮,褥墊層厚度可大于30 mm。

4 樁體材料及比例

CFG樁制樁材料為石子、水泥、石屑、粉煤灰和水;對粉煤灰的要求是必須要達到一級或二級的要求。碎石的大小要適宜，粒徑在20 mm～40 mm之間,最好粒徑不要超過50 mm;對砂(石屑)的要求較高，砂必須是處理過的，里面混雜的垃圾和雜物必須清除，含砂量不得低于3%。石屑的大小也有要求，一般粒徑在2.5 mm～10 mm之間,干凈堅實,含泥量不大于3%。對水泥的要求不高，只要保水性能好，普通的水泥(如硅酸鹽水泥和礦渣水泥)即可。如果保水性能不好，在用泵輸送混合料的過程中容易泌水。對于高層建筑，樁強度等級要高一些，一般為15～25,其水泥標號一般選用425號。混合每立方米漿液中含量為：水(190 kg)、水泥(324 kg)、中砂(781 kg)、碎石(1 050 kg)、減水劑(4.21 kg)、粉煤灰(50 kg)，坍落度19。

5 工藝流程

CFG樁成樁的施工工藝與CFG樁復合地基的質量息息相關，而施工工藝的選擇與場地環境和地基土的性質具有密切關系，因此要選擇確定合理的施工工藝必須首先深入了解場地環境和地質情況，根據土質情況首先確定施工機械、需要成樁的位置，將鉆機放到成樁位置就位，開始鉆孔，待鉆桿到達適當高度時，將鉆桿內的材料灌注進去，先是由水泥、粉煤灰組成的混凝土，鉆桿提升一定高度后，灌注孔底混凝土，邊灌注邊提升鉆桿，待成樁后，將鉆機移位，做下一個樁。需要注意的是，施工時嚴格控制提拔鉆桿時間及拔管速率，拔管速率過慢易造成水泥漿分布不勻，拔管速率太快又可能導致樁徑偏小或縮頸斷樁。

[1] 龔曉南.復合地基理論及工程應用[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.

[2] 閻明禮,張東剛.樁復合地基技術及工程實踐[M].北京:中國水利水電出版社，2012.

[3] 中國建筑科學研究院.建筑地基處理技術規范(79—2002)[M].北京:中國建筑工業出版社，2009.

[4] GB 50007—2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[5] JGJ 79—2002,建筑地基技術處理規范[S].

Application of CFG pile composite foundation in high-rise building foundation treatment

Jia Ruijie

(ShanxiInstituteofChemicalIndustryDesign,Taiyuan030024,China)

With a brief discussion on the CFG pile composite foundation, combining with engineering examples, the article analyzes factors influencing CFG pile design, explores pile materials and rate issues, studies CFG pile piling construction technology procedures, and finally points out that: CFG pile composite foundation plays an important role in building engineering, which has wide application prospect.

CFG pile composite foundation, building, bearing capacity, material

1009-6825(2015)30-0073-02

2015-08-19

賈瑞杰(1982- )，男，工程師

TU473

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