CFG樁在高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘要】為適應(yīng)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，越來(lái)越多高層建筑在軟弱或相對(duì)軟弱的土層上進(jìn)行建設(shè)，同時(shí)為滿足高層建筑對(duì)地基承載力、變形的控制要求，地基處理技術(shù)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文就CFG樁進(jìn)行分析，首先闡述了其結(jié)構(gòu)，其次分析了此樁在建筑地基基礎(chǔ)中的作用，然后結(jié)合實(shí)例對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行論述，旨在為類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;CFG樁;復(fù)合地基;基礎(chǔ)設(shè)計(jì)? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.042

1、引言

水泥粉煤灰碎石樁（簡(jiǎn)稱CFG樁）作為經(jīng)常使用的一種復(fù)合地基處理方法，以其承載力提高幅度大、地基變形小等特點(diǎn)得以廣泛推廣。下文就CFG樁復(fù)合地基處理設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析。

2、CFG樁概述

CFG樁是指由水泥、粉煤灰、碎石和石屑等攪拌而成的高粘結(jié)性樁，其樁體內(nèi)部不設(shè)置鋼筋，樁體與樁間土、褥墊層三者協(xié)同形成 CFG 樁復(fù)合地基，如圖1。因?yàn)闃堕g土本身的彈性模量和樁體的強(qiáng)度都比樁體小得多，所以當(dāng)在承受荷載的時(shí)候，樁間土表面的應(yīng)力會(huì)比樁頂?shù)膽?yīng)力小得多，于是傳來(lái)的荷載可以被樁逐步分解并向下層的土地傳遞，同時(shí)對(duì)樁間土起到減少荷載的作用。CFG樁在不需要配筋的同時(shí)也具有顯著減少變形，提高復(fù)合地基承載力的作用。

3、CFG在建筑地基基礎(chǔ)工程中的作用

3.1排水的作用

CFG樁的建設(shè)除了最基本的承載作用，還有排水作用，當(dāng)CFG樁在地下開(kāi)始建設(shè)時(shí)，最為常見(jiàn)的方法，就是用沉管灌注。CFG樁施工中，沉管和撥管產(chǎn)生出來(lái)的震動(dòng)，會(huì)讓地里的土壤之間產(chǎn)生空隙壓力，空隙當(dāng)中的水就會(huì)順著樁體流向外面，排水持續(xù)到CFG樁整體硬結(jié)后停止，可排出地基中的水分。

3.2樁體的作用

CFG樁最主要的作用就是承擔(dān)負(fù)荷，樁體在重力的壓縮下，樁體的負(fù)載力會(huì)比周圍的土地小很多，所以地基基礎(chǔ)傳到復(fù)合地基當(dāng)中的力量就會(huì)逐漸地集中到樁體上樁體就變成了承載整個(gè)房屋負(fù)荷的主要部分，呈現(xiàn)出明顯的力量集中趨勢(shì)，周圍土地的承載力就會(huì)減小，為基礎(chǔ)地基減少負(fù)荷。

3.3褥墊層的作用

所謂的墊褥層，是由一些零散的材料構(gòu)成，能夠保證樁體土壤共同承受防護(hù)重量，而且還可以調(diào)節(jié)樁體的垂直荷載的分擔(dān)情況，也可以在很大程度上減少基層地面的承受力，提高房屋的建筑效率以及房屋安全性。

4、實(shí)例分析CFG樁在高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

某住宅小區(qū)共建設(shè) 11 棟高層建筑，規(guī)劃總用地面積 61421.41m，總建筑面積約 333233.65m。其中 9#-12#樓（以下敘述僅針對(duì) 9#-12#樓）地上 34 層，地下 3 層，建筑高度 100 m。建筑物采用剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，以CFG 樁復(fù)合地基作為筏板基礎(chǔ)的持力層。各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表 1。

4.1 CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算

本次設(shè)計(jì)計(jì)算按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。先根據(jù)地層情況按式（1）進(jìn)行單樁承載力R 估算得到R。

式中：μ為 CFG 樁周長(zhǎng)，m;q為第 i 層土的樁側(cè)阻力特征值，kPa;l為樁在第 i 層土的長(zhǎng)度，m;q為樁端阻力特征值，kPa;A為樁端截面積，m;a為樁端阻力發(fā)揮系數(shù)。

再根據(jù)樁身材料強(qiáng)度按式（2）和式（3）進(jìn)行單樁承載力 R? 估算，得到R和R。

式中：f為樁身混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa;λ 為單樁承載力發(fā)揮系數(shù);f為深度修正后的復(fù)合地基承載力特征值，kPa;γ 為基底以上土層的加權(quán)平均重度，kN/m;d為基礎(chǔ)埋深，m。

通 過(guò) 取 最 小 值 算 得 單 樁 承 載 力 的 計(jì) 算值 R ：

再根據(jù)式（5）反算置換率 m。

式中：f為深度修正前的復(fù)合地基承載力特征值，kPa;β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù);f為處理后樁間土承載力特征值，kPa。

最 終 根 據(jù) 布 樁 形 式 及 已 算 得 的 置 換 率 布置CFG樁。

本次設(shè)計(jì)采用分層總和法，其中各復(fù)合土層的壓縮模量為原壓縮模量的fspk/fsk倍。算得地基沉降約42～63mm，沉降量和整體傾斜均能滿足規(guī)范要求。

最終設(shè)計(jì)CFG樁樁徑600mm，樁身混凝土強(qiáng)度為C20，單樁承載力700～1000kN，以強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖④、中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑤或硅質(zhì)灰?guī)r⑦作為樁端持力層，樁間距按照1.3m×1.3m～1.6m×1.6m布置，滿足復(fù)合地基承載力特征值620～650kPa的要求。

4.2應(yīng)用效果分析

4.2.1承載力檢測(cè)結(jié)果分析

CFG 樁施工完畢后進(jìn)行了單樁增強(qiáng)體和復(fù)合地基的承載力檢測(cè)。各受檢復(fù)合地基試驗(yàn)點(diǎn)最大沉降均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，復(fù)合地基承載力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2.2建筑物沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

復(fù)合地基施工完畢后，對(duì)施工和使用階段進(jìn)行的了沉降觀測(cè)。以 12#樓為例，12#樓沉降觀測(cè)結(jié)果如圖2 所示，圖中 P1-P7 表示各沉降觀測(cè)點(diǎn)符號(hào)。

由圖2可知，隨著建筑物施工層數(shù)的增加，建筑物的沉降逐漸增大，但各沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降差異不大，在封頂（34 層）時(shí)沉降為 15.57～18.01 mm，建筑物沉降較為均勻。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，CFG樁復(fù)合地基在控制變形、改善地基承載力方面有重要作用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況、建筑主體結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求等編制專項(xiàng)方案，靈活選用樁型、樁長(zhǎng)、樁徑，保證工程質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：

周昱哲（1987-），男，湖南長(zhǎng)沙人，本科，工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。