淺談CFG樁在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

申娟

【摘要】CFG樁復(fù)合地基是由CFG樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成的剛性樁復(fù)合地基。通過褥墊層把樁和基礎(chǔ)斷開，改變了過分依賴樁承擔(dān)垂直荷載和水平荷載的設(shè)計(jì)思想，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在其傳遞水平荷載和垂直荷載的工作特性上。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)，必須同時(shí)滿足強(qiáng)度和變形兩個(gè)條件。

【關(guān)鍵詞】CFG樁特點(diǎn)；強(qiáng)度控制；變形控制

CFG樁是是在碎石樁的基礎(chǔ)上摻入適量的石屑、粉煤灰和少量水泥，按一定的比例拌和成一種具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁體，這種樁的骨料仍為碎石，用摻入石屑來改善其顆 粒級(jí)配，摻入粉煤灰來改善混合料的和易性，并可利用其活性減少水泥用量。CFG樁復(fù)合地基由CFG樁、樁問土和褥墊層組成。

1、普通CFG樁復(fù)合地基的特點(diǎn)及加固機(jī)理

1.1 CFG樁復(fù)合地基的特點(diǎn)

CFG樁體的強(qiáng)度和其樁體組成材料的摻量有很大關(guān)系。文獻(xiàn)[4]認(rèn)為，低水泥摻量CFG樁體早期強(qiáng)度較低，只有水泥摻量一定程度時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生一定早期強(qiáng)度。在水泥摻量低于30%時(shí)，隨著水泥摻量的增加，28 d的樁體強(qiáng)度迅速增加。而水泥摻量在30%～60%之間時(shí)，樁體強(qiáng)度隨著水泥摻量的增加，增長(zhǎng)較為緩慢。CFG樁的水泥摻量控制在30%左右較為適宜。粉煤灰與礦渣主要調(diào)節(jié)CFG樁的和易性，粉煤灰與礦渣摻量變化對(duì)樁體強(qiáng)度有一定的影響，CFG樁中粉煤灰摻量的最佳范圍在20%～ 30%左右。文獻(xiàn)[2]利用室內(nèi)無側(cè)限試驗(yàn)進(jìn)行了CFG樁彈性模量的測(cè)定，并分析水泥 煤灰、水灰比、石屑率對(duì)彈性模量的影響，得出cFG樁的本構(gòu)模型為線性彈性模型，其彈性模量與破壞強(qiáng)度有關(guān)，一般其彈性模量在800 MPa～1 600 MPa范圍內(nèi)。泥粉比在1左右時(shí)，彈性模量較高；混合料的坍落度控制在3 CITI左右時(shí)，水灰比在0.9～1.4之間，彈性模量較大；石屑率在28.6%左右時(shí)，彈性模量較高。

1.2 CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理

CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理主要是其褥墊層將上部基礎(chǔ)傳來的基底壓力通過適當(dāng)?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁間土，使二者共同受力。CFG樁復(fù)合地基加固地基主要有以下3種作用：

1） 樁體作用

CFG樁不同于碎石樁，樁身材料不再為松散石料，而是具有一定強(qiáng)度的粉煤灰混合料，樁的彈性模量遠(yuǎn)大于樁間土的彈性模量，在荷載作用下CFG樁身的壓縮明顯比周圍軟土小。因此，基礎(chǔ)傳給地基的附加應(yīng)力隨地基變形逐漸轉(zhuǎn)移到樁體上，出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。復(fù)合地基中的CFG樁起到了樁體的作用，而樁周圍土承擔(dān)荷載較小。樁身強(qiáng)度、剛度愈大，置換率愈大，樁土應(yīng)力比愈高，應(yīng)力集中就愈大。

2） 擠密作用

在施工時(shí)，由于樁管振動(dòng)和側(cè)向擠壓作用使樁間土得到了擠密，提高樁間土的承載力。

3） 褥墊層作用

褥墊層技術(shù)是CFG樁復(fù)合地基的核心技術(shù)，CFG樁復(fù)合地基的許多特性都與褥墊層的作用密切相關(guān)。CFG樁復(fù)合地基中的褥墊層不是我們?cè)诨A(chǔ)施工中常見的素混凝土墊層，而是厚度為100 mm～300 mm的碎石（或級(jí)配砂石）散體墊層。褥墊層的突出作用是在荷載作用下，它可以產(chǎn)生垂直、水平兩個(gè)方向的擠壓、互補(bǔ)作用，從而促使在受荷過程中，樁間土與基礎(chǔ)底面始終保持緊密接觸。而且褥墊層還有調(diào)整樁、土荷 載分擔(dān)比，減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中等作用。如不設(shè)褥墊層，當(dāng)樁端位于堅(jiān)硬土層時(shí)，基礎(chǔ)承受荷載后，樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔(dān)，樁間土承載力很難發(fā)揮。

2、CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

2.1 CFG樁復(fù)合地基強(qiáng)度控制的設(shè)計(jì)

復(fù)合地基承載力是由樁間土和樁共同承擔(dān)荷載。CFG樁復(fù)合地基承載力取決于樁距、樁徑、樁長(zhǎng)、上部土層和樁尖下臥層土體的物理力學(xué)指標(biāo)以及樁間土內(nèi)外面積的比值等因素。從現(xiàn)有的復(fù)合地基承載力的計(jì)算方法來看，其主要思路是將土的承載能力考慮進(jìn)去，即“復(fù)合”樁與樁間土的強(qiáng)度，一般是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，再根據(jù)一定的原則將這兩部分疊加，即得到復(fù)合地基承載力。強(qiáng)度控制的設(shè)計(jì)計(jì)算主要有面積比公式和應(yīng)力比公式兩種方法：

1、面積比公式

Pcf =K1λ1mPpf +K2λ2（1- m） Psf（1）

式中Pcf ———復(fù)合地基極限承載力（kPa）；

Ppf ———樁體極限承載力（kPa） ；

Psf ———天然地基極限承載力（kPa） ；

m———復(fù)合地基置換率；

K1 ———反映復(fù)合地基中樁體實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，一般大于110；

K2 ———反映復(fù)合地基中樁間土實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，其值視具體工程情況確定，可能大于110，也可能小于110；

λ1 ———復(fù)合地基破壞時(shí)，樁體發(fā)揮其極限強(qiáng)度的比例；

λ2 ———復(fù)合地基破壞時(shí)，樁間土發(fā)揮其極限強(qiáng)度的比例。

2、應(yīng)力比公式

Pcf =K2 Psf[1+m（n- 1） ] （2）

Pcf =K1 Ppf [1+m（n- 1）]/n （3）

式中二復(fù)合地基樁土應(yīng)力比。若樁間土先發(fā)生破壞，則采用式（2） ；若樁體先發(fā)生破壞采用式（3） ；若樁體和樁間土同時(shí)破壞，兩式均用，計(jì)算結(jié)果取小者，以偏于安全。無論是面積比公式還是應(yīng)力比公式，都是要先確定樁體和樁間土的承載力，應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：1、樁間土極限承載力K2Psf 取相應(yīng)的天然地基極限承載力Psf ，即K2 =110；

2.2 CFG樁復(fù)合地基變形控制的設(shè)計(jì)

CFG樁復(fù)合地基的沉降變形由三部分組成：一是樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮變形，二是下臥層的變形，三是褥墊層的壓縮變形。令樁頂沉降為Sp，樁間土表面沉降為Ss，樁端處樁沉降為。由于CFG樁體模量較大，在通常荷載下，軸向力引起樁的壓縮量很小，可以忽略不計(jì)。這樣，樁體任一斷面處的位移認(rèn)為與樁頂?shù)奈灰葡嗟?，即SP =S′P。由于樁間土表面的沉降大于樁頂?shù)某两担瑯俄數(shù)囊徊糠诌M(jìn)入到褥墊層中，稱之為上刺入變形，用△上表示△上=SS - SP樁端處土的位移用SS 表示。在樁端處，樁的沉降大于土的沉降，即產(chǎn)生下刺入變形，用△下表示△下=SP - S′S設(shè)樁長(zhǎng)L范圍內(nèi)土的壓縮量為S1 ，則有S1 =△上+△下設(shè)下臥層變形量為S2 ，褥墊層壓縮量為S3 ，則基礎(chǔ)總變形為S= S1 + S2 + S3 。因工程中褥墊層變形量很小，可以忽略不計(jì)，基礎(chǔ)總變形為S= S1 + S2在CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算中，通常根據(jù)復(fù)合地基變形模式將沉降量分為兩部分，即復(fù)合地基加固區(qū)壓縮量S1 與復(fù)合地基加固區(qū)下臥層壓縮量S2，分別計(jì)算再求和。

結(jié)束語

我們采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基處理時(shí)，應(yīng)結(jié)合地層情況，選擇適宜的施工方法，進(jìn)一步考慮采用長(zhǎng)、短樁結(jié)合的方法，拓寬應(yīng)用范圍，向多樁徑方向發(fā)展，還可進(jìn)一步降低造價(jià)，爭(zhēng)取取得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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