樁基礎與CFG樁復合地基方案的在設計中的比較和應用

楊雄

（陜西豐宇設計工程有限公司 陜西西安 710065）

0 前言

CFG復合地基為一種地基處理形式，具有施工速度快，成本低，地基承載力高，普遍運用于目前工程中；而樁基礎是作為一種基礎形式，具有技術成熟、承載力高、穩定性好、適用性強、沉降量小等特點。此兩種做法經常在目前的工程項目前期定案中進行對比。

1 樁基礎與CFG樁復合地基方案的設計比較

1.1 樁基礎特點

樁基礎施工技術最早起源于7000年前新石器時代。它主要是由基樁、承臺所組成，根據樁身埋設情況可劃分為低承臺樁基與高承臺樁基，一般適用于橋梁工程、高層住宅建筑工程中。一般以灌注樁為主，它的樁徑較大，且在500～1000之間。成孔方式多為鉆挖、沖孔等泥漿護壁方式，以及沉管、螺旋鉆桿等手段，且樁身配筋率處在0.65%～0.2%范圍內。

隨著樁基礎技術的發展，它形成了以下特征：①承載力較強，它能夠支撐堅硬礫石層等結構，并且可承擔建筑豎向荷載；②在自重因素下很難發生大規模沉降，從而將建筑傾斜度控制在安全范圍內；③具有較強的抗風性，由此可保證建筑物處于穩定狀態下；④抗壓性較強，在出現地震等災害時，樁基礎可確保建筑物不會因為劇烈震蕩而引發大型傾斜現象。

1.2 CFG樁復合地基特點

CFG樁復合地基主要是指在CFG樁基中添加粉煤灰、石屑等材料，由此產生粘結強度較高的一類樁體。通常采用的樁徑尺寸在350mm到600mm范圍內，并且一長螺旋成孔為主。CFG復合地基一般是以褥墊層與基礎相連的方式，確保樁間土與樁體本身產生協同作用，進而達到共同承載壓力的目的。現今在大多數工程中主要應用低強度素混凝土填料，且借助商混澆筑提高施工效率。這種方法更適用于靜壓樁、鉆孔樁、沉管樁等易坍塌且怕擾動濕陷性黃土地質條件中。

常具有以下特征：

（1）適應性強、不受地下水位的限制。

（2）成樁質量好，樁端無虛土，不易發生斷樁、縮徑、塌孔等質量問題。

（3）承載力高，可充分發揮地基土的端承力和摩阻力。

（4）施工環保、低噪聲、低震動，施工中不需泥漿護壁，不用排污，不需降水，施工現場文明。

（5）施工效率高、速度快，綜合經濟指標好。

它與樁基礎在粘結強度方面差距較大，而在變形屬性上無明顯差別。

1.3 經濟性差異

當施工基礎條件一致時，它們都能滿足CFG樁復合地基與樁基礎施工要求，然而CFG樁復合地基雖然所需擴展基礎范圍較小，并且與樁基礎工程量所差不多，但在風機施工狀況下，樁基礎承臺面積較大，造成工程量增多，此時CFG樁復合地基經濟性更強[1]。

1.4 施工工期比較

樁基礎與CFG樁復合地基都不能實現多個機械設備交叉作業，故而從施工工期角度考慮，CFG樁復合地基數量高于樁基礎。所以它的施工周期更長。由于樁基礎能夠節約施工材料，故而它與CFG樁復合地基比較下所需材料費更多。

2 樁基礎與CFG樁復合地基方案的設計應用要點

2.1 合理設計樁基參數

以某18層高層建筑為例，該工程中基底壓力為280kPa，且整個建筑面積可達到3531m2。在此項目中施工現場位于河流沖洪積區，且地勢開闊，地層結構包括粉砂層與細砂層，其中粉砂層底部深度為22.2m左右，以此為依據可對樁基礎與CFG樁復合地基中的樁基參數進行比對，從而得出最優化施工方案，兩者參數設計標準如表1所示。

表1 樁基礎與CFG樁復合地基樁基設計參數對比數據

由于在此工程中需要建設風力發電機組，這就需要地基施工應當滿足全方位荷載壓力需求。在應用樁基礎時可結合傾覆彎矩確定設計規格，這樣才能保證樁基礎能夠起到最佳承載作用。而CFG樁復合地基基礎在實際應用環節常需要鋼筋混凝土、粉煤灰等物質作為基礎材料，它所體現出來的粘結強度與樁基礎有所不同，且所需承擔的彎矩壓力較低。比較之下，樁基礎施工技術具有清晰的荷載傳遞渠道，且變形概率較小。而CFG樁復合地基因其自身理論基礎并不穩固，并且具有的實踐經驗較少，故而樁基礎技術性更突出一些。

2.2 CFG樁軟基處理效果

樁基礎與CFG樁復合地基在應用階段各有優勢，而CFG樁復合地基針對軟基處理效果更強一些。比如在某電排站工程項目中，流量可達到7.5m3/s，并按照軸流泵的方式進行洪水防范。在該項目中地層結構分布包括粘土、淤泥質土、粘土夾層、中砂巖、高強度風化巖帶等。在應用CFG樁復合地基施工技術時應先行對地基進行合理處置，并明確地基承載力，從而準確判斷CFG樁復合地基是否符合施工要求。首先，在設計地基時，可將CFG樁復合地基的樁長設為20m，并參照以下計算公式得出每個樁體所需承載力。

單樁CFG樁豎向承載力=0.25×28d齡期下模擬試驗樁體的抗壓強度×樁體截面面積/當樁樁體發揮系數（0.85）。

由此可得出最終承載力為560kN，然后再對CFG樁復合地基的承載力進行計算，計算結果表明在樁體布置后其承載力為117.4kPa，進而可為樁距與布設類型提供參考依據。從而可知：要想保證CFG樁復合地基在軟基處理中發揮出真正作用，可采用“間斷”設計褥墊層的方式強化其應用效果[2]。

2.3 科學計算沉降數值

在對樁基礎與CFG樁復合地基的沉降情況進行分析時可結合具體承載力特征計算出準確的沉降數值，從而為最優化設計方案的制定提供依據。

在CFG樁復合地基中：

其承載力特征值=面積置換率×單樁承載力特征值/樁體截面面積+樁間土承載力的折減參數值×（1-面積置換率）×樁間土處理后承載力特征值

而單樁承載力特征值即為標準值與安全系數的商值，一般安全系數取值為2。

而在樁基礎沉降數值計算過程中，應先行確定樁孔位置，可以600mm為樁徑，并按照“四方形”布置原則對其進行合理設計，將樁距控制在2.4m左右，根據每個地層結構不同的特征得出樁基礎單樁承載力數值，以此為依據計算出沉降范圍，通常不高于56mm。至于CFG樁復合地基可以400mm為樁徑尺寸，1.6m樁距進行布置，從而得出CFG樁復合地基的沉降設計值為35.53～43.58mm范圍內，由此知曉單從沉降量方面進行考慮，CFG樁復合地基沉降量較小。

基于此，CFG樁復合地基可充分展現出樁間土價值，故而從環保角度上略勝一籌。而從成本預算上，樁基礎地基設計方案所需樁體數量略多，并且未能搭配粉煤灰等工業廢料鞏固地基強度。CFG樁復合地基可幫助建筑工程節約40%左右的成本[3]。

2.4 黃土加固應用價值

以非自重濕陷性黃土加固地區的工程項目為例，可從CFG樁復合地基與樁基礎施工方案之間進行比對，由此判斷出兩種方案在黃土加固應用中的具體價值。

（1）樁基礎設計方案，在樁基礎施工技術下，常應用鉆孔灌注樁為基礎，并將其標高保持在409m之下，從而分析單樁側阻力標準值。經過計算后可得出樁基礎在黃土地區進行施工時它所受到的阻力經驗值為15kPa，而在9#與11#施工區域內單樁承載力設計值應為3800kN，且樁基礎地基允許最大沉降值為35mm。

（2）CFG樁復合地基設計方案。由于該地區沉陷度較大，最高可達到269mm，故而在應用CFG樁復合地基施工技術時，應把控好地基的剛性程度，以免無法發揮出最佳承載作用。為了保證地基建設更加穩固，在采用CFG樁復合地基設計方法時，經過計算可知曉復合地基承載力遠超于地基反應力，進而與樁基礎地基比較更傾向于選用CFG樁復合地基，這樣才能促使施工質量符合預期要求。

3 結論

綜上所述，CFG樁復合地基與樁基礎相比應用價值更顯著，但各自又有著獨特的優勢，故而通過兩者對比可為后期地基建設提供指導建議，從而提升施工質量。同時，還可從樁基參數、沉降數值、軟基處理效果、黃土加固地基等方面著手，確保CFG復合地基與樁基礎相互比較基礎上結合工況擇優而選。