浅谈CFG桩在软土地基中的应用

　　摘要：本文主要分析了CFG桩复合地基的基本原理、CFG桩的加固机理及相关工艺参数的确定，并结合工程实例，介绍了CFG桩在软土地基中的应用。

　　关键词：复合地基,CFG桩,褥垫层,桩周土

　　1.引言

　　早期，软土地基加固处理主要采用强夯、换填垫层和振冲等表层地基处理方法就可满足建筑设计要求。随着我国经济高速发展，高层建筑的兴建和大型设施的开发越来越多，对复合地基的承载能力和沉降量要求越来越高。出于对经济效益的考虑，近些年，CFG桩受到岩土工程师们的青睐，并在处理软土地基中得到广泛应用。它具有稳定性好、沉降变形小、工程造价低、施工速度快等特点。

　　2.CFG桩概述

　　CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，是由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合而成，用各种成桩机械制成，具有一定粘结强度的桩。

　　桩体主体骨料为碎石和石屑，可通过改善骨料级配、调整水泥掺量和配合比来提高桩体强度，桩体强度可达到C15～C25。

　　CFG桩可用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。本工程场地加固处理的地基土为松散的细砂和软塑的粉质粘土。

　　3.CFG桩复合地基基本原理

　　3.1构成

　　CFG桩复合地基由桩体、桩周土和褥垫层三部分组成。由于桩体和桩周土在荷载作用下沉降差异比较大，在桩顶与基础之间需铺设一定厚度的褥垫层，使桩身、桩间土共同受力形成复合地基。

　　CFG桩承担的荷载一般情况下为复合地基承载力的40%～75%，提高软土地基土承载力的幅度可达4倍以上，而桩在复合地基的置换率一般≤10%，其设计原理大大降低了工程造价。

　　3.2加固机理

　　CFG桩复合地基的加固机理包括置换作用、挤密作用、排水作用、预震效应和桩体对桩周土的约束作用，其中置换作用起主要作用。当CFG桩用于挤密效果和透水性好的土层时，通过挤密和排水作用，桩周土的固结度和桩侧阻力均可得到大幅提高。

　　3.3褥垫层的作用

　　褥垫层由散体材料组成，它对复合地基最终沉降量、调整桩土应力比、调整桩土水平荷载起着重要作用。

　　褥垫层具有如下作用：

　　①保证桩、土共同承担荷载;

　　②通过改变褥垫厚度.调整桩垂直荷载的分担。通常褥垫越薄桩承担的荷载占总荷载百分比越高，反之亦然;

　　③减少基础底面的应力集中;

　　④调整桩、土水平荷载的分担，褥垫层越厚，土分担的水平荷载占总荷载百分比越大,桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。

　　褥垫层材料宜选用中砂、粗砂、砾砂、碎石、卵石等。碎石、卵石宜掺入20%～30%的砂，最大粒径不宜大于30mm。褥垫层厚度可取150～300mm，夯填度≤0.9。

　　4.桩体材料及有关参数

　　桩体材料包括碎石、石屑、粉煤灰、水泥。各种材料之间的配合比对桩体强度影响很大。一般情况下，水泥采用32.5Mpa普通硅酸盐水泥，碎石粒径20～50mm,石屑粒径2.5～10mm,混合料密度2.1～2.2t/m3，湿法的水泥浆水灰比可选用0.45～0.55。

　　5.承载力的确定

　　5.1复合地基承载力

　　初步设计时按下式估算：

　　式中：m—面积置换率

　　—单桩竖向承载力特征值(KN)

　　—桩的截面积(m2)

　　β—桩周土强度折减系数，无经验时可取 0.75～0.95

　　—处理后桩周土承载力特征值(Kpa)

　　5.2单桩承载力

　　按下式估算： 

　　式中：Vp—桩的周长(m)

　　n—桩长范围内所划分的土层数

　　、qp—桩周第i土层的侧阻力、桩端端阻力特征值

　　—第i层土的厚度(m)

　　复合地基承载力特征值应通过现场载荷试验确定。

　　6.工程实例

　　6.1工程概况

　　大连金地华府二期工程由6、8、10~13号楼组成，均为多层建筑。位于大连市普湾新区。地貌属于山前冲洪积扇地貌单元，场地较平坦。

　　根据岩土工程勘察报告，该场地第四系地层自上而下为杂填土(欠固结)、细砂(松散)、粉质粘土(软塑)、粗砂(松散)、含角砾粉质粘土(软塑)、砾砂(稍密)、含碎石粘土(硬塑);岩石基底为石英岩。基础底板位于细砂和粉质粘土层上，细砂和粉质粘土承载力特征值均为fak=120kPa，天然地基不能满足设计要求，须进行地基处理，要求处理后复合地基承载力特征值≥240kPa。

　　根据地基处理要求，结合现场地质条件，经综合经济效益考虑，采用CFG桩法进行地基处理。施工工艺采用“长螺旋钻孔、管内泵送砼桩混合料施工工艺”进行施工。

　　6.2施工工序

　　6.2.1长螺旋钻孔压灌砼施工方法

　　①按照施工图放好桩位后，桩机就位;

　　②桩机就位，通过钻机上的线坠调整钻杆，直至与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%;

　　③商品砼C20，控制坍落度160~200mm，用砼泵输送到钻机施工作业面压灌;

　　④钻杆达到设计深度后泵送砼并提管，提管速度由砼泵送量决定(本工程泵送量为40m3/小时，提钻速度约为4.4m~5.0m/分钟);

　　⑤工程投料量的控制以设计桩顶标高500mm保护桩长为准，确保设计桩顶标高内无浮浆。

　　6.2.2 CFG桩复合地基检测

　　施工完成28天后，桩身强度满足载荷试验条件下，进行复合地基检测工作。试验桩数占总桩数的1%。

　　6.2.3铺设褥垫层

　　经检测合格后，方可铺设褥垫层。

　　6.3技术要求

　　6.3.1桩体材料相关参数

　　桩体主体材料碎石、粉煤灰、水泥、石屑应满足设计级配要求。选用PO42.5及以上普通水泥、水泥掺入量≤200kg/m3，粉煤灰等级不低于Ⅲ级，粉灰比为1.2，石屑率一般在0.3左右。碎石粗骨料粒径为9~16mm的坚硬碎石或卵石，含泥量<1%;碎石应满足级配要求，松散堆积密度>1500kg/m3。

　　6.3.2CFG桩施工允许误差：

　　①桩长允许偏差<100mm;

　　②桩径允许偏差+20mm;

　　③垂直度误差≤1.5%;

　　④桩位误差：满堂布桩≤0.40d，条基布桩≤0.25d(d表示桩径)。

　　6.3.3褥垫层施工要求：

　　①在CFG桩桩顶与垫层之间铺设150mm厚褥垫层;

　　②褥垫层选用10~20mm粒径的碎石;

　　③褥垫层夯实厚度与虚铺厚度之比≤0.9;

　　6.4检测效果

　　施工结束后，抽取10%的桩做低应变动力试验，结果没有发现断桩、桩身混凝土完整、无缺陷;加固处理后的复合地基，经现场载荷试验，地基承载力≥240kPa。施工效果好，承载力大幅提高，满足了建筑地基承载力的要求。

　　7.结论

　　①采用CFG桩法处理软土地基效果良好，复合地基承载力提高幅度大，属于软土地基处理中行之有效的方法。

　　②对塑性指数高的饱和软粘土，桩体质量较难控制，应通过现场试验确定其适用性。

　　③通过该工程实践经验，CFG桩复合地基与现场地质条件和环境因素联系紧密，施工前需进行试桩。

　　④与桩基相比，CFG桩不配钢筋，桩体材料利用工业废料，在经济和环境并重的大背景下，其社会经济效益尤为突出。

　　参考文献：

　　1，阎明礼，张东刚，CFG桩复合地基技术及工程实践[M];

　　2，JGJ79—2002，建筑地基处理技术规范;

　　3，JGJ94—2008，建筑桩基技术规范[S];

　　4，郭忠贤，王斐，刘骏，CFG桩复合地基在深厚软土地基中的应用[J];

《浅谈CFG桩在软土地基中的应用》

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