CFG樁復(fù)合地基承載力影響因素分析

蔣步泓

（寧夏建筑科學(xué)研究院有限公司，寧夏 銀川750021）

0 引言

CFG 樁復(fù)合地基在處理高低層建筑、不均勻地基差異沉降、濕陷性黃土和靈敏土等方面，取得了可喜的成績(jī)。但是，在推廣過程中也出現(xiàn)了一些問題。與淺基礎(chǔ)、 樁基相比較，CFG 樁復(fù)合地基理論還不成熟，落后于實(shí)際，其承載力和沉降計(jì)算理論正在發(fā)展之中。

1 樁側(cè)摩阻力和樁端阻力特性

1.1 樁側(cè)摩阻力特性

樁側(cè)摩阻力的產(chǎn)生是由于樁和樁側(cè)土在荷載作用下存在相對(duì)位移趨勢(shì)或產(chǎn)生相對(duì)位移，若樁與樁間土之間不存在相對(duì)位移或相對(duì)位移趨勢(shì)，則樁側(cè)摩阻力為零。理論上，理想的剛性樁在垂直荷載的作用下，樁頂和樁低的位移相等，樁周各處的摩擦力能得到充分發(fā)揮。若地基土質(zhì)均勻，則樁側(cè)摩阻力沿樁深度方向分布是均勻的，并且隨荷載的增大呈線性增大。

但對(duì)于半剛性樁的CFG 樁而言，在荷載作用下樁體自身會(huì)發(fā)生一定壓縮量，此時(shí)樁頂位移大于樁低位移，樁與樁間土之間相對(duì)位移自上而下是逐步減少的。假設(shè)地基土質(zhì)均勻，則樁側(cè)摩阻力自上而下也是逐步減少的。然而，由于褥墊層的存在，在上部荷載作用下，樁體在一定程度下會(huì)刺入褥墊層，此時(shí)樁周土體發(fā)生沉降且沉降量超過樁的沉降時(shí)，樁周土體對(duì)樁產(chǎn)生向下的摩阻力作用，即產(chǎn)生負(fù)摩擦力，樁頂?shù)哪Σ亮κ艿较魅?，從而使得在沿樁長(zhǎng)，摩擦阻力從樁頂?shù)綐兜壮氏戎饾u增大，然后逐漸減少的趨勢(shì)。

1.2 樁端阻力特性

樁端持力層的特性會(huì)直接影響到樁端阻力的大小，對(duì)于理想的剛性樁而言，樁頂和樁端位移相等，如果樁端落在高強(qiáng)度的礫、砂類巖層上時(shí)，樁端阻力能夠得到很好的發(fā)揮，復(fù)合地基承載力也得到了很大的提高。對(duì)于柔性樁，在上部荷載的作用下，樁體的壓縮量可能等于樁頂?shù)奈灰疲@樣樁端不管落在何種地層中，樁端阻力都不會(huì)得到很好的發(fā)揮，復(fù)合地基承載力的提高不明顯。

CFG 樁屬于半剛性樁的范疇，樁上的相對(duì)模量介于剛性樁和柔性樁之間，樁頂?shù)奈灰朴蓸扼w產(chǎn)生的位移和樁體自身的壓縮量構(gòu)成，并且樁體自身的壓縮量只占一小部分，這樣當(dāng)樁端落在較好的土層上，樁端阻力能夠得到有效的發(fā)揮，復(fù)合地基的承載力有顯著的提高。

2 樁體影響分析

復(fù)合地基中樁體的強(qiáng)度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁的壓縮性明顯小于樁間土，樁頂應(yīng)力比樁間土表面應(yīng)力大，基礎(chǔ)傳遞給復(fù)合地基的應(yīng)力逐漸集中到樁體上。樁可將上部荷載向較深的土層傳遞并相應(yīng)減少了樁間土承擔(dān)的荷載，樁體就起到加強(qiáng)體的作用。復(fù)合地基承載力相比天然地基有了明顯的提高，沉降量也有所減少。樁體隨沿其剛度的增加，作用發(fā)揮的更加明顯，復(fù)合地基承載力提高的更為顯著。這一點(diǎn)也是CFG 樁復(fù)合地基和散體狀比如碎石樁不同的一個(gè)特點(diǎn)。此外，樁體對(duì)樁間土還有一個(gè)擠密的作用。在荷載作用下，樁體不會(huì)膨脹變形，樁體承受的荷載通過樁周側(cè)摩附力和樁端阻力傳至深層地基土中，其復(fù)合地基承載力提高幅度更大。同時(shí)樁體本身具有良好的透水性，具有一定的排水作用，這種作用有利于孔隙水壓力的消散、有效應(yīng)力的增長(zhǎng)、樁間土強(qiáng)度和復(fù)合地基承載力的提高。

樁徑大小直接影響著復(fù)合地基的置換率，一根樁體如果承擔(dān)的加固面積相同的情況下，樁徑大，置換率就大，處理區(qū)域的復(fù)合模量就大，復(fù)合地基承載力提高的就越明顯。樁體長(zhǎng)度不同時(shí)，在承擔(dān)相同的基礎(chǔ)荷載時(shí)，樁體和樁間土所承擔(dān)的應(yīng)力分擔(dān)不同，樁越長(zhǎng)，樁承擔(dān)的荷載就越大，樁間土的壓縮變形就小；樁越短，樁體承擔(dān)基礎(chǔ)荷載就越小，基礎(chǔ)荷載大部分由樁間土承擔(dān)，使得沉降比較大。因此增加樁長(zhǎng)可以增大加固區(qū)的深度，同時(shí)樁體越長(zhǎng)，樁側(cè)摩阻力越大，上部荷載可以傳遞到更深的土層中，使復(fù)合地基的承載能力提搞，變形減少。

3 褥墊層影響因素分析

根據(jù)《建筑地基處現(xiàn)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：樁頂同基礎(chǔ)間應(yīng)該設(shè)置一道褥墊層，厚度宜取150-300mm，當(dāng)樁徑大或樁距大時(shí)褥墊層宜取高值。褥墊層材料一般采用碎石或是灰土，若采用碎石褥墊層時(shí)，宜用粗砂、中砂、級(jí)配砂石或碎石等，最大粒徑不應(yīng)超過30mm。

褥墊層厚度大小的設(shè)置對(duì)負(fù)荷地基承載力的影響意義重大。褥墊層的設(shè)置使得樁及樁間土始終同時(shí)受力，并且通過調(diào)整褥墊層厚度大小來調(diào)解樁、土之間的荷載分配。褥墊層厚度過小，基礎(chǔ)底部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，基礎(chǔ)收到樁的沖切，這樣勢(shì)必要增加基礎(chǔ)厚度或增加配筋，基礎(chǔ)荷載主要由樁來承擔(dān)，樁間土承載力達(dá)不到發(fā)揮，要滿足設(shè)計(jì)要求只能增加樁的數(shù)量，這樣會(huì)增加工程造價(jià)，對(duì)控制工程造價(jià)不利；褥墊層厚度過大時(shí)，樁體同樁間土之間應(yīng)力比接近于1，這樣樁體承載力又不能得到很好的發(fā)揮，復(fù)合地基承載力和天然地基承載力相比提高不明顯，樁的設(shè)置就意義不大。因此，在設(shè)計(jì)CFG 樁復(fù)合地基時(shí)要嚴(yán)格控制褥墊層的厚度，這樣才能調(diào)復(fù)合地基的承載力。

4 置換率的影響分析

復(fù)合地基中，一根樁和它所承擔(dān)的樁間土體為一復(fù)合土體單元。在這一復(fù)合土體單元中，樁的斷面面積和復(fù)合土體單元面積之比，稱為面積置換率。復(fù)合地基承載力是由樁和樁間土承載力兩部分構(gòu)成的，樁的承載力相比樁間土要大很多，當(dāng)樁長(zhǎng)、樁徑一定時(shí)，樁間距越小，即置換率越大時(shí)復(fù)合地基承載力越高，復(fù)合地基承載能力越高，變形越小，但是分擔(dān)到樁間土上的荷載越小，不能充分發(fā)揮樁間土的承載力。而樁間距越大即置換率越小，則復(fù)合地基承載力也就越低。置換率的存在能有效的調(diào)節(jié)樁與樁間土的荷載分擔(dān)比，研究表明當(dāng)置換率在0.04-0.08 之間時(shí)，樁土荷載的分擔(dān)比最為合理。

5 施工工藝影響分析

CFG 樁常用施工工藝有振動(dòng)沉管灌注成樁，長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁和長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)裝混合料成樁。

三種施工工藝對(duì)施工條件都有其各自的要求，振動(dòng)沉管灌注成樁施工工藝屬于非排土成樁工藝，主要適合粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、松散沙土等地質(zhì)條件、長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁施工工藝要求施工土層處于地下水位以上，施工條件適合于粘性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的沙土，屬于非擠土成樁工藝；長(zhǎng)螺旋鉆孔泵壓混合料成樁，適用于粘性土、粉土、砂土，以及對(duì)噪音或污染要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)地。

6 時(shí)間和空間效應(yīng)影響分析

在對(duì)CFG 樁復(fù)合地基進(jìn)行施工時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低甚喪失的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要是由于使用振動(dòng)沉管成樁的過程中，會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)擾動(dòng)土體并使土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，尤其是對(duì)高靈敏度土體的影響更為嚴(yán)重。在施工結(jié)束以后，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的現(xiàn)象就會(huì)逐漸消失，主要原因有兩點(diǎn)，其一就是對(duì)上進(jìn)行了振動(dòng)擠密，施工結(jié)束后隨著時(shí)間的增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也逐漸恢復(fù)；其二是由于樁間土受樁的約束，不會(huì)隨意側(cè)向變形，土的受力性能大大提高。因此，在時(shí)間的推移下樁身強(qiáng)度、樁間土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素都能提高，復(fù)合地基的承載力大大提高。

7 結(jié)束語

總之，如何有效控制復(fù)合地基的質(zhì)量并進(jìn)而對(duì)質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是一個(gè)比較前沿的課題，此類研究也具有極為重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用背景。

［1］龔曉南.復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南[M].北京:人民交通出版社，200.3

［2］閻明禮，張東剛.CFG 樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].中國(guó)水利電力出版社，2001.