淺談CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

李偉玲 李長(zhǎng)得

（1、河南省人防建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000 2、核工業(yè)第五研究設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

1 CFG樁定義以及在工程中的應(yīng)用

CFG樁是英文Cement Fly-ash Gravel的縮寫(xiě)，意為水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。通過(guò)調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)在C5-C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁和樁間土一起，通過(guò)褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基共同工作，故可根據(jù)復(fù)合地基性狀和計(jì)算進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。CFG樁一般不用計(jì)算配筋，并且還可利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作摻和料，進(jìn)一步降低了工程造價(jià)。

CFG樁的適用范圍很廣。在砂土、粉土、粘土、淤泥質(zhì)土、雜填土等地基均有大量成功的實(shí)例。CFG樁對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏基都適用。

2 CFG樁復(fù)合地基實(shí)用設(shè)計(jì)方法

2.1 CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)思路以及設(shè)計(jì)方法對(duì)比

在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中，復(fù)合地基的設(shè)計(jì)方法可歸結(jié)為以下三類(lèi)：

正常使用極限狀態(tài)的承載力作為控制條件，以正常使用極限狀態(tài)的沉降量作為驗(yàn)算條件；正常使用極限狀態(tài)的沉降量作為控制條件，以正常使用極限狀態(tài)的承載力作為驗(yàn)算條件；沉降量和承載力雙控制。對(duì)于第一種設(shè)計(jì)思路，其適用條件為CFG樁復(fù)合地基加固的土體性質(zhì)較好、樁體強(qiáng)度大且置換率較高的情況，按承載力為控制條件，沉降量一般會(huì)滿足要求。當(dāng)CFG樁復(fù)合地基加固的土體性質(zhì)差，如淤泥、欠固結(jié)填土等，往往出現(xiàn)承載力滿足，但沉降不滿足的情況。特別是在建筑工程軟基處理中，其置換率一般較低、荷載較小，容易出現(xiàn)沉降或差異沉降不滿足。從而前面兩種設(shè)計(jì)思想，在兩個(gè)條件都滿足的情況下，有可能會(huì)出現(xiàn)當(dāng)其中的一個(gè)條件滿足時(shí)，另外一個(gè)條件有較大的富裕的問(wèn)題，這樣就會(huì)在物力和財(cái)力上造成較大的浪費(fèi)。因此最佳的設(shè)計(jì)是兩個(gè)條件同時(shí)滿足，這就要求在設(shè)計(jì)的過(guò)程中尋求最優(yōu)方案。但由于影響CFG樁復(fù)合地基承載和變形的因素較多，針對(duì)沉降量和承載力兩個(gè)約束條件的情況，就樁徑、樁長(zhǎng)、樁距等多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)人工尋求最優(yōu)存在較大的困難。

由上述的討論分析可知，采用第二種設(shè)計(jì)思路對(duì)建筑工程CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)較為適宜。

2.2 實(shí)用設(shè)計(jì)方法以及考慮因素

樁長(zhǎng)：CFG樁復(fù)合地基的一個(gè)重要原則是要求樁落在好的土層上，因此樁長(zhǎng)是復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)候首先需要確定的參數(shù)。

樁徑：CFG樁樁徑的確定取決于采用的設(shè)備，為了減小不均勻沉降，應(yīng)采用相對(duì)較小的樁徑以達(dá)到相對(duì)較密的樁間距。

復(fù)合地基沉降量計(jì)算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或工程實(shí)際選擇幾個(gè)置換率，然后根據(jù)公式求出相應(yīng)的沉降量。

復(fù)合地基承載力驗(yàn)算：

天然地基承載力可根據(jù)天然地基承載力靜載等試驗(yàn)確定，或根據(jù)地質(zhì)條件估算。

3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)中容易忽略的問(wèn)題

3.1 基底標(biāo)高問(wèn)題

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)文件中，看不到建筑物±0.00高程及基礎(chǔ)埋深或基底高程，這就給設(shè)計(jì)審查工作帶來(lái)了很多不便，甚至無(wú)法驗(yàn)算，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工也無(wú)據(jù)可依，尤其當(dāng)基礎(chǔ)埋深不一致時(shí)，更容易出現(xiàn)問(wèn)題。

3.2 基底土層問(wèn)題

當(dāng)確定基底標(biāo)高后，可以確定基礎(chǔ)直接坐落在什么土層上，當(dāng)基底下土層固結(jié)狀態(tài)較好時(shí)，CFG樁復(fù)合地基的作用機(jī)理可充分體現(xiàn)；但當(dāng)基底下土層屬于欠固結(jié)狀態(tài)時(shí)，問(wèn)題就是麻煩了，如果不先對(duì)這些欠固結(jié)填土進(jìn)行處理就直接進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)，則樁土共同作用原理將會(huì)隨著填土固結(jié)沉降而逐步減弱，最終CFG樁復(fù)合地基機(jī)理將被逐步破壞，從而給建筑物帶來(lái)安全隱患；再者，在設(shè)計(jì)參數(shù)選用中，樁周?chē)脸休d力特征值的采用五花八門(mén)，缺乏依據(jù)，根據(jù)規(guī)范精神，應(yīng)采用直接與基礎(chǔ)接觸的土層承載力特征值或選取處理土層范圍內(nèi)承載力特征值較低的土層，這樣才是最可靠的選擇。

3.3 樁徑問(wèn)題

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明通常樁徑不宜設(shè)計(jì)太大。

3.4 褥墊層問(wèn)題

褥墊層設(shè)計(jì)工作看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上褥墊層是復(fù)合地基設(shè)計(jì)工作中的非常重要的工作，在這里不再多說(shuō)，有兩點(diǎn)值得參考，其一，設(shè)計(jì)文件中一定要計(jì)算褥墊層的虛鋪厚度，以便指導(dǎo)施工；其二，褥墊層的設(shè)計(jì)厚度應(yīng)根據(jù)樁周土質(zhì)及樁端持力層進(jìn)行充分考慮。

3.5 布樁問(wèn)題

布樁一直是CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題，規(guī)范中倡導(dǎo)的是大樁距布樁指導(dǎo)思想。另一方面，布樁過(guò)程中，獨(dú)立柱基與條形基礎(chǔ)布樁思想差別較大。獨(dú)立柱基下布樁，不能死板地按等邊三角形、正方形或長(zhǎng)方形去套用，而應(yīng)在確定最小面積置換率后去優(yōu)化布樁，以期達(dá)到受力均勻、置換合理的目的；而條形基礎(chǔ)布樁，更不能教條地上套用某一種形狀，而應(yīng)根據(jù)條形基礎(chǔ)尺寸，按照受力均勻、置換合理、邊中結(jié)合的原則按最小面積置換率優(yōu)化控制，在基礎(chǔ)交叉區(qū)域，應(yīng)仔細(xì)核實(shí)基礎(chǔ)上所受上部荷載，并結(jié)合地質(zhì)條件及樁端條件仔細(xì)核算，這是條形基礎(chǔ)布樁的核心所在。

3.6 成樁控制問(wèn)題

成樁控制問(wèn)題是導(dǎo)致該工藝不能上升至理論的關(guān)鍵，目前基本是憑經(jīng)驗(yàn)為主進(jìn)行施工，這或多或少會(huì)存在一些問(wèn)題，呼吁專(zhuān)家應(yīng)進(jìn)行這一方面理論研究，以填補(bǔ)這一問(wèn)題的設(shè)計(jì)空白。

3.7 組織設(shè)計(jì)問(wèn)題

目前很多設(shè)計(jì)人員將施工組織設(shè)計(jì)與參數(shù)設(shè)計(jì)混在了一起，當(dāng)然這是由于工程的行業(yè)特點(diǎn)及管理特點(diǎn)造成的，但作為一個(gè)工程技術(shù)人員，應(yīng)該將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)，簡(jiǎn)單的說(shuō)一份復(fù)合地基的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)交待的全面、清楚，便于核對(duì)、審查和指導(dǎo)施工，施工組織設(shè)計(jì)是在復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案上的進(jìn)一步細(xì)化并更偏重施工組織和管理的一種安全、質(zhì)量、工期及流程控制的計(jì)劃與安排。同時(shí)在復(fù)合地基設(shè)計(jì)中，也應(yīng)指出本設(shè)計(jì)方案中控制重點(diǎn)，并對(duì)控制重點(diǎn)、難點(diǎn)結(jié)合施工條件提出建議和意見(jiàn)，以便施工、監(jiān)理等單位在工程現(xiàn)場(chǎng)能更好地完成設(shè)計(jì)意圖。

4 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)建議

提出如下幾條建議，以便讓復(fù)合地基設(shè)計(jì)文件更加科學(xué)、規(guī)范、有效：

仔細(xì)閱讀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件，主要是總平圖及基礎(chǔ)平面圖，了解并摘錄建筑物高程、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)尺寸及要求處理后的指標(biāo)等關(guān)鍵信息。

仔細(xì)閱讀巖土工程勘察報(bào)告，了解并記錄高程系統(tǒng)地質(zhì)分布構(gòu)造，處理目標(biāo)土層、各土層物理力學(xué)性質(zhì)與指標(biāo)、確定選用參數(shù)，確定樁端持力層，了解地下水位埋深，確定施工方法等。

結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件及勘察報(bào)告，對(duì)CFG樁復(fù)合地基做出科學(xué)、合理設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)控制重點(diǎn)。

對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面審核、驗(yàn)算。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)參閱大量有關(guān)CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)資料，結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐總結(jié)以上內(nèi)容。不足之處，請(qǐng)多指正，并希望工程技術(shù)人員在CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)過(guò)程中多總結(jié)、常溝通。

[1]龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.

[2]徐至均,王曙光.水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基[M].北京:機(jī)器工業(yè)出版社,2004.

[3]中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.高速鐵路CFG樁復(fù)合地基室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究[R].北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,2008.