CFG樁對(duì)提高復(fù)合地基承載力的影響分析

韓 瑋 賈曉宇 徐學(xué)野

（1.北華大學(xué)汽車與建筑工程學(xué)院，吉林 吉林132013；2.長(zhǎng)春煤炭設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春130012）

0 引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱（即Cement Flying-ash Gravel pile），是由碎石、石屑、粉煤灰混合料，摻適量的水進(jìn)行拌合，采用各種成樁機(jī)械形成樁體。通過(guò)調(diào)整水泥的用量及配比，一般可使樁體強(qiáng)度等級(jí)在C10~C25之間變動(dòng)[1]。CFG樁復(fù)合地基通過(guò)褥墊層與基礎(chǔ)連接，無(wú)論樁端落在一般土層還是堅(jiān)硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。樁體的強(qiáng)度高低直接受水泥的摻量多少影響，水泥少時(shí)，強(qiáng)度低；水泥摻量高時(shí)，CFG樁樁體的強(qiáng)度就高。CFG樁復(fù)合地基適用于處理粘性土、粉土、砂土和自重固結(jié)完成的素填土地基。

1 CFG樁在復(fù)合地基中的作用

1.1 樁體的擠密加筋作用

CFG樁在成樁的過(guò)程中，樁體擠壓周圍松散土體，使得土體孔隙比減小，密實(shí)度增大，同時(shí)施工過(guò)程中不需要向原地基中加水，CFG樁樁體中的粉煤灰以及水泥在水化時(shí)也起到對(duì)樁間土吸水、發(fā)熱和膨脹的作用，使得樁間土達(dá)到擠密的效果。另外，由于CFG樁樁體粘結(jié)強(qiáng)度大、抗剪強(qiáng)度強(qiáng)，其樁體強(qiáng)度明顯大于樁周邊土的強(qiáng)度，實(shí)際上CFG樁樁體就起到土層的豎向加筋的作用，進(jìn)而增大土的抗剪強(qiáng)度和樁側(cè)摩阻力，提高地基的承載力[2]。

1.2 樁體置換作用

CFG樁樁體是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的混合料的樁體。在CFG樁復(fù)合地基中，CFG樁承擔(dān)荷載遠(yuǎn)大于樁間土承擔(dān)荷載，土被CFG樁置換是復(fù)合地基承載力得到提高的主要原因之一。

1.3 樁體的排水作用

CFG樁由于在普通混凝土拌合料中摻入粉煤灰，因此具有很強(qiáng)的滲透性，樁體相對(duì)于土體構(gòu)成了滲透性很好的豎向排水、減壓通道?？梢杂行У叵⒄駴_產(chǎn)生的超孔隙水壓力的增高，加速土體的排水和固結(jié)，有效提高土體強(qiáng)度，土體強(qiáng)度還會(huì)隨著時(shí)間增加而增強(qiáng)。另外，CFG樁復(fù)合地基采用振沖法施工，還可大大增強(qiáng)粉、細(xì)砂土的抗液化能力。

2 復(fù)合地基承載力最新計(jì)算方法

建筑地基處理技術(shù)規(guī)程（JGJ 79-2012）中的計(jì)算方法[3]，在第七章詳細(xì)介紹了各種復(fù)合地基的計(jì)算方法和施工要點(diǎn)，其中對(duì)于復(fù)合地基初步設(shè)計(jì)時(shí)可按下式估算承載力：

2.1 對(duì)有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基

式中：fspk——復(fù)合地基承載力特征值(kPa)；λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.7~0.90；m——面積置換率；Ra——單樁承載力特征值(kN)；Ap——樁的截面積(m2)；β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.9~1.0；fsk——處理后樁間土承載力特征值(kPa)，應(yīng)按靜載荷試驗(yàn)確定。

對(duì)于CFG樁復(fù)合地基，屬于有粘結(jié)強(qiáng)度的增強(qiáng)體復(fù)合地基，所以應(yīng)按照公式（1）計(jì)算地基承載力。

2.2 單樁豎向承載力特征值Ra應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。

式中：up——樁的周長(zhǎng)(m)；n——土層數(shù)；qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值。li——第i層土的厚度(m)；qp——樁端土端阻力特征值(kPa)。

2.3 按樁身材料強(qiáng)度確定的單樁豎向承載力特征值Ra

式中fcu——樁體試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）

3 影響因素分析

從上述的3個(gè)公式來(lái)看，與復(fù)合地基置換率、樁土應(yīng)力比、樁長(zhǎng)、樁徑、樁體材料，復(fù)合地基土層信息等均有一定關(guān)系，主要分析以下幾方面的影響。

3.1 樁的平面布置方式

樁的布置形式很多，條形基礎(chǔ)可以采用單排、雙排或多排的布樁方式，獨(dú)立基礎(chǔ)可以采用單樁或是多樁布置，箱筏基礎(chǔ)宜采用等邊三角形布樁[4]，m為面積置換率，其計(jì)算公式為m=Ap/A，樁可以是三角形或是方形排列。樁間距的大小影響m的大小，樁間距越大，m值越小，復(fù)合地基承載力越小，但當(dāng)樁距小于4倍樁徑后，隨樁距的減小，復(fù)合地基承載力的增長(zhǎng)率明顯下降。一般選擇3~4d(樁徑)為宜。

3.2 樁長(zhǎng)、樁徑

樁長(zhǎng)的選擇一般決定于持力層所在位置。樁越短，樁間土荷載分擔(dān)比例就越高，樁間土受的荷載越大，樁間土的壓縮變形越大，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮變形也越大；反之，樁越長(zhǎng)，樁間土荷載分擔(dān)比就越小，樁間土的壓縮變形越小。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?。粯对蕉?，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高，變形減少。

3.3 褥墊層

褥墊層厚度大，樁間土承載力能夠得到充分發(fā)揮，樁體承擔(dān)豎向荷載減小，但地基水平和豎向變形都會(huì)增大。相反，褥墊層厚度小，樁土豎向荷載分擔(dān)比加大，樁間土承載力不能得到充分發(fā)揮，需要增加樁的數(shù)量和樁長(zhǎng)，而且樁對(duì)基礎(chǔ)的應(yīng)力集中明顯，但其優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合地基的沉降量小[5]。群樁復(fù)合地基,樁數(shù)越多,置換率越大,則約束作用越大。

3.4 施工工藝

CFG樁常用工藝有長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁，振動(dòng)沉管灌注成樁和長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)裝混合料成樁。每種成樁工藝都有不同的要求，振動(dòng)沉管灌注成樁屬于非擠土成樁，主要適合淤泥質(zhì)土、松散砂土、粘性土、粉土等地質(zhì)條件、長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁要求施工土層處于地下水位以上，適合于粘性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的砂土，屬于非擠土成樁；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。施工時(shí)一定要及時(shí)清理場(chǎng)地，保證樁體剛度不變，以提高樁體承載力。

4 結(jié)語(yǔ)

CFG樁有著擠密加筋、置換、排水作用，有效提高了地基承載力。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、褥墊層的厚度、樁體剛度等因素，提高復(fù)合地基承載力的同時(shí)降低成本是值得注意的問(wèn)題。

［1］曹俊秀,徐華山.水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）在工程地基處理中的應(yīng)用[J].安徽建筑,2009(1):60-62.

［2］曾巧.CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算與工程應(yīng)用[D].重慶交通大學(xué),2013,06.

［3］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基處理技術(shù)規(guī)程(JGJ79-2012)[S].2012.

［4］胡長(zhǎng)明,王建平,等.CFG樁復(fù)合地基承載力影響因素分析[J].施工技術(shù),2005,34(9):68-70.

［5］韓云山,白曉紅,梁仁旺.墊層對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載力評(píng)價(jià)的影響研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(20):3498-3503.