樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基方案的在設(shè)計(jì)中的比較和應(yīng)用

楊雄

（陜西豐宇設(shè)計(jì)工程有限公司 陜西西安 710065）

0 前言

CFG復(fù)合地基為一種地基處理形式，具有施工速度快，成本低，地基承載力高，普遍運(yùn)用于目前工程中；而樁基礎(chǔ)是作為一種基礎(chǔ)形式，具有技術(shù)成熟、承載力高、穩(wěn)定性好、適用性強(qiáng)、沉降量小等特點(diǎn)。此兩種做法經(jīng)常在目前的工程項(xiàng)目前期定案中進(jìn)行對(duì)比。

1 樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基方案的設(shè)計(jì)比較

1.1 樁基礎(chǔ)特點(diǎn)

樁基礎(chǔ)施工技術(shù)最早起源于7000年前新石器時(shí)代。它主要是由基樁、承臺(tái)所組成，根據(jù)樁身埋設(shè)情況可劃分為低承臺(tái)樁基與高承臺(tái)樁基，一般適用于橋梁工程、高層住宅建筑工程中。一般以灌注樁為主，它的樁徑較大，且在500～1000之間。成孔方式多為鉆挖、沖孔等泥漿護(hù)壁方式，以及沉管、螺旋鉆桿等手段，且樁身配筋率處在0.65%～0.2%范圍內(nèi)。

隨著樁基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，它形成了以下特征：①承載力較強(qiáng)，它能夠支撐堅(jiān)硬礫石層等結(jié)構(gòu)，并且可承擔(dān)建筑豎向荷載；②在自重因素下很難發(fā)生大規(guī)模沉降，從而將建筑傾斜度控制在安全范圍內(nèi)；③具有較強(qiáng)的抗風(fēng)性，由此可保證建筑物處于穩(wěn)定狀態(tài)下；④抗壓性較強(qiáng)，在出現(xiàn)地震等災(zāi)害時(shí)，樁基礎(chǔ)可確保建筑物不會(huì)因?yàn)閯×艺鹗幎l(fā)大型傾斜現(xiàn)象。

1.2 CFG樁復(fù)合地基特點(diǎn)

CFG樁復(fù)合地基主要是指在CFG樁基中添加粉煤灰、石屑等材料，由此產(chǎn)生粘結(jié)強(qiáng)度較高的一類樁體。通常采用的樁徑尺寸在350mm到600mm范圍內(nèi)，并且一長(zhǎng)螺旋成孔為主。CFG復(fù)合地基一般是以褥墊層與基礎(chǔ)相連的方式，確保樁間土與樁體本身產(chǎn)生協(xié)同作用，進(jìn)而達(dá)到共同承載壓力的目的?，F(xiàn)今在大多數(shù)工程中主要應(yīng)用低強(qiáng)度素混凝土填料，且借助商混澆筑提高施工效率。這種方法更適用于靜壓樁、鉆孔樁、沉管樁等易坍塌且怕擾動(dòng)濕陷性黃土地質(zhì)條件中。

常具有以下特征：

（1）適應(yīng)性強(qiáng)、不受地下水位的限制。

（2）成樁質(zhì)量好，樁端無(wú)虛土，不易發(fā)生斷樁、縮徑、塌孔等質(zhì)量問(wèn)題。

（3）承載力高，可充分發(fā)揮地基土的端承力和摩阻力。

（4）施工環(huán)保、低噪聲、低震動(dòng)，施工中不需泥漿護(hù)壁，不用排污，不需降水，施工現(xiàn)場(chǎng)文明。

（5）施工效率高、速度快，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好。

它與樁基礎(chǔ)在粘結(jié)強(qiáng)度方面差距較大，而在變形屬性上無(wú)明顯差別。

1.3 經(jīng)濟(jì)性差異

當(dāng)施工基礎(chǔ)條件一致時(shí)，它們都能滿足CFG樁復(fù)合地基與樁基礎(chǔ)施工要求，然而CFG樁復(fù)合地基雖然所需擴(kuò)展基礎(chǔ)范圍較小，并且與樁基礎(chǔ)工程量所差不多，但在風(fēng)機(jī)施工狀況下，樁基礎(chǔ)承臺(tái)面積較大，造成工程量增多，此時(shí)CFG樁復(fù)合地基經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)[1]。

1.4 施工工期比較

樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基都不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)械設(shè)備交叉作業(yè)，故而從施工工期角度考慮，CFG樁復(fù)合地基數(shù)量高于樁基礎(chǔ)。所以它的施工周期更長(zhǎng)。由于樁基礎(chǔ)能夠節(jié)約施工材料，故而它與CFG樁復(fù)合地基比較下所需材料費(fèi)更多。

2 樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基方案的設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 合理設(shè)計(jì)樁基參數(shù)

以某18層高層建筑為例，該工程中基底壓力為280kPa，且整個(gè)建筑面積可達(dá)到3531m2。在此項(xiàng)目中施工現(xiàn)場(chǎng)位于河流沖洪積區(qū)，且地勢(shì)開闊，地層結(jié)構(gòu)包括粉砂層與細(xì)砂層，其中粉砂層底部深度為22.2m左右，以此為依據(jù)可對(duì)樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基中的樁基參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，從而得出最優(yōu)化施工方案，兩者參數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基樁基設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)

由于在此工程中需要建設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，這就需要地基施工應(yīng)當(dāng)滿足全方位荷載壓力需求。在應(yīng)用樁基礎(chǔ)時(shí)可結(jié)合傾覆彎矩確定設(shè)計(jì)規(guī)格，這樣才能保證樁基礎(chǔ)能夠起到最佳承載作用。而CFG樁復(fù)合地基基礎(chǔ)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)常需要鋼筋混凝土、粉煤灰等物質(zhì)作為基礎(chǔ)材料，它所體現(xiàn)出來(lái)的粘結(jié)強(qiáng)度與樁基礎(chǔ)有所不同，且所需承擔(dān)的彎矩壓力較低。比較之下，樁基礎(chǔ)施工技術(shù)具有清晰的荷載傳遞渠道，且變形概率較小。而CFG樁復(fù)合地基因其自身理論基礎(chǔ)并不穩(wěn)固，并且具有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，故而樁基礎(chǔ)技術(shù)性更突出一些。

2.2 CFG樁軟基處理效果

樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基在應(yīng)用階段各有優(yōu)勢(shì)，而CFG樁復(fù)合地基針對(duì)軟基處理效果更強(qiáng)一些。比如在某電排站工程項(xiàng)目中，流量可達(dá)到7.5m3/s，并按照軸流泵的方式進(jìn)行洪水防范。在該項(xiàng)目中地層結(jié)構(gòu)分布包括粘土、淤泥質(zhì)土、粘土夾層、中砂巖、高強(qiáng)度風(fēng)化巖帶等。在應(yīng)用CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)時(shí)應(yīng)先行對(duì)地基進(jìn)行合理處置，并明確地基承載力，從而準(zhǔn)確判斷CFG樁復(fù)合地基是否符合施工要求。首先，在設(shè)計(jì)地基時(shí)，可將CFG樁復(fù)合地基的樁長(zhǎng)設(shè)為20m，并參照以下計(jì)算公式得出每個(gè)樁體所需承載力。

單樁CFG樁豎向承載力=0.25×28d齡期下模擬試驗(yàn)樁體的抗壓強(qiáng)度×樁體截面面積/當(dāng)樁樁體發(fā)揮系數(shù)（0.85）。

由此可得出最終承載力為560kN，然后再對(duì)CFG樁復(fù)合地基的承載力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明在樁體布置后其承載力為117.4kPa，進(jìn)而可為樁距與布設(shè)類型提供參考依據(jù)。從而可知：要想保證CFG樁復(fù)合地基在軟基處理中發(fā)揮出真正作用，可采用“間斷”設(shè)計(jì)褥墊層的方式強(qiáng)化其應(yīng)用效果[2]。

2.3 科學(xué)計(jì)算沉降數(shù)值

在對(duì)樁基礎(chǔ)與CFG樁復(fù)合地基的沉降情況進(jìn)行分析時(shí)可結(jié)合具體承載力特征計(jì)算出準(zhǔn)確的沉降數(shù)值，從而為最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的制定提供依據(jù)。

在CFG樁復(fù)合地基中：

其承載力特征值=面積置換率×單樁承載力特征值/樁體截面面積+樁間土承載力的折減參數(shù)值×（1-面積置換率）×樁間土處理后承載力特征值

而單樁承載力特征值即為標(biāo)準(zhǔn)值與安全系數(shù)的商值，一般安全系數(shù)取值為2。

而在樁基礎(chǔ)沉降數(shù)值計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)先行確定樁孔位置，可以600mm為樁徑，并按照“四方形”布置原則對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，將樁距控制在2.4m左右，根據(jù)每個(gè)地層結(jié)構(gòu)不同的特征得出樁基礎(chǔ)單樁承載力數(shù)值，以此為依據(jù)計(jì)算出沉降范圍，通常不高于56mm。至于CFG樁復(fù)合地基可以400mm為樁徑尺寸，1.6m樁距進(jìn)行布置，從而得出CFG樁復(fù)合地基的沉降設(shè)計(jì)值為35.53～43.58mm范圍內(nèi)，由此知曉單從沉降量方面進(jìn)行考慮，CFG樁復(fù)合地基沉降量較小。

基于此，CFG樁復(fù)合地基可充分展現(xiàn)出樁間土價(jià)值，故而從環(huán)保角度上略勝一籌。而從成本預(yù)算上，樁基礎(chǔ)地基設(shè)計(jì)方案所需樁體數(shù)量略多，并且未能搭配粉煤灰等工業(yè)廢料鞏固地基強(qiáng)度。CFG樁復(fù)合地基可幫助建筑工程節(jié)約40%左右的成本[3]。

2.4 黃土加固應(yīng)用價(jià)值

以非自重濕陷性黃土加固地區(qū)的工程項(xiàng)目為例，可從CFG樁復(fù)合地基與樁基礎(chǔ)施工方案之間進(jìn)行比對(duì)，由此判斷出兩種方案在黃土加固應(yīng)用中的具體價(jià)值。

（1）樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，在樁基礎(chǔ)施工技術(shù)下，常應(yīng)用鉆孔灌注樁為基礎(chǔ)，并將其標(biāo)高保持在409m之下，從而分析單樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)過(guò)計(jì)算后可得出樁基礎(chǔ)在黃土地區(qū)進(jìn)行施工時(shí)它所受到的阻力經(jīng)驗(yàn)值為15kPa，而在9#與11#施工區(qū)域內(nèi)單樁承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)為3800kN，且樁基礎(chǔ)地基允許最大沉降值為35mm。

（2）CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案。由于該地區(qū)沉陷度較大，最高可達(dá)到269mm，故而在應(yīng)用CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)時(shí)，應(yīng)把控好地基的剛性程度，以免無(wú)法發(fā)揮出最佳承載作用。為了保證地基建設(shè)更加穩(wěn)固，在采用CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法時(shí)，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知曉復(fù)合地基承載力遠(yuǎn)超于地基反應(yīng)力，進(jìn)而與樁基礎(chǔ)地基比較更傾向于選用CFG樁復(fù)合地基，這樣才能促使施工質(zhì)量符合預(yù)期要求。

3 結(jié)論

綜上所述，CFG樁復(fù)合地基與樁基礎(chǔ)相比應(yīng)用價(jià)值更顯著，但各自又有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，故而通過(guò)兩者對(duì)比可為后期地基建設(shè)提供指導(dǎo)建議，從而提升施工質(zhì)量。同時(shí)，還可從樁基參數(shù)、沉降數(shù)值、軟基處理效果、黃土加固地基等方面著手，確保CFG復(fù)合地基與樁基礎(chǔ)相互比較基礎(chǔ)上結(jié)合工況擇優(yōu)而選。