CFG桩在复合地基中的应用

2009-11-29刘景兰周姝娟中原石油勘探局勘察设计研究院河南濮阳457001

长江大学学报(自科版) 2009年1期

关键词：褥垫粉煤灰碎石

刘景兰，周姝娟 (中原石油勘探局勘察设计研究院,河南濮阳 457001)

刘宇峰 (中原石油勘探局对外贸易总公司,河南濮阳 457001)

李丽萍 (中原石油勘探局勘察设计研究院,河南濮阳 457001)

CFG桩在复合地基中的应用

刘景兰，周姝娟 (中原石油勘探局勘察设计研究院,河南濮阳 457001)

刘宇峰 (中原石油勘探局对外贸易总公司,河南濮阳 457001)

李丽萍 (中原石油勘探局勘察设计研究院,河南濮阳 457001)

根据CFG桩复合地基的承载机理和特性，提出了CFG桩的应用与设计。并参照《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，结合工程实例中单桩承载力及复合地基承载力标准值的计算，对其在复合地基中的适用性和可行性进行了探讨。

复合地基；褥垫层；桩间土承载力特征值

建筑物对地基的强度与变形都有一定的要求，当天然地基不能满足要求时,多采用桩基础或桩-箱基础,但需耗费大量的钢筋、水泥,造价很高。当地基土具有一定强度时,可采用CFG桩复合地基。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cement-fIyash-gravel pile)，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基[1]。CFG桩法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基。与刚性桩相比，CFG桩的桩身强度可与桩的承载力相协调，桩身强度可充分发挥，而且CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价、缩短了施工工期。同时粉煤灰在各项工程中的利用，在节约土地、环境保护方面的意义更是非常深远的。

1 CFG桩的设计

1.1桩径的设计

水泥粉煤灰碎石桩桩径宜取350～600mm，桩径过小，施工质量不容易控制，桩径过大，需加大褥垫层厚度才能保证桩土共同承担上部结构传来的荷载；水泥粉煤灰碎石桩可只布置在基础范围内，对可液化地基，基础内可采用振动沉管水泥粉煤灰碎石桩、振动沉管碎石桩间作的加固方案，但基础外一定范围内须打设一定数量的碎石桩。

1.2桩距的设计

桩距应根据设计要求的复合地基承载力、建筑物控制沉降量、土性、施工工艺等确定，宜取3～5倍桩径，设计的桩距首先要满足承载力和变形量的要求。从施工角度考虑，尽量选用较大的桩距，以防止新打桩对已打桩的不良影响。对挤土成桩工艺和不可挤密土宜采用较大的桩距。在满足承载力和变形要求的前提下，可以通过调整桩长来调整桩距，桩越长，桩间距可以越大。

1.3褥垫层在复合地基中的作用

复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术[2]。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。

保证桩、土共同承担荷载是水泥粉煤灰碎石桩形成复合地基的重要条件；通过改变褥垫层厚度，调整桩垂直荷载的分担，通常褥垫越薄桩承担的荷载占总荷载的百分比越高，反之亦然；减少基础底面的应力集中；调整桩、土水平荷载的分担，褥垫层越厚，土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大，桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小；工程实践表明，褥垫层合理厚度为100～300mm，考虑施工时的不均匀性，当桩径大，桩距大时宜取高值。

1.4CFG桩复合地基承载力特征值

CFG桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式估算：

(1)

式中，fspk为复合地基承载力标准值，kPa；m为水泥搅拌桩置换率，23.75%；β为桩间土的承载力拆减系数；fsk为桩间土的承载力标值。

1.5单桩承载力标准值计算

单桩承载力标准值由式(2)计算[1]：

(2)

式中，μp为桩的周长，m；n为桩长范围内所划分的土层数；qsi、qp为桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值，kPa，可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定确定；li为第i层土的厚度,m。

2 现场实施情况

2.1工程概况

表1 住宅楼工程场地地质条件表

濮阳某住宅楼工程场地位于黄河中下游冲击平原上，场地类别为III类，中原油田属东濮凹陷，地层属第四系全新缓冲积层，地形平坦开阔，一般高程32.2～35.8m(黄海高程)，该场地在50年代为水塘，后经人工回填而成，场地水文地质条件较为复杂，地下水本区地下水类型为第四系孔隙潜水，主要受大气降水及人类生活用水的入渗补给，其次受东部马颊河的侧向补给；排泄途径主要为人工抽水及蒸发。该工程18层纯剪力墙结构，另有1层地下室，建筑面积7800m2。地基承载力设计值要求250kPa。但地基承载力只有110kPa ,考虑到本场地地质情况、工程造价及地基加固实施的可靠性，通过多方案比较，确定采用水泥粉煤灰碎石桩对地基进行加固处理，基础形式为筏板。工程地质条件如表1所示。

图1 砂石褥垫层位置图

2.2单桩承载力标准值计算

该工程采用水泥粉煤灰碎石桩，桩径为400mm，施工桩长约14.5m,桩端持力层为中粗砂。由于桩较长，单桩无载荷试验资料，故做设计时按式(2)估算，取水泥粉煤灰碎石桩单桩承载力单桩竖向承载力特征值Ra为445kN。

2.3复合地基承载力标准值计算

由于桩径为400mm，故桩间距取4倍的桩径距1600mm。经反复试算，取复合地基的水泥搅拌桩置换率为4.895%。依据式(1)取CFG桩复合地基承载力特征值为262.3kPa。

2.4褥垫层

采用250厚的砂石褥垫层，具体位置见图1[4]。

2.5桩位布置

经过以上计算得知，用水泥粉煤灰桩加固此楼(长28m，宽16.5m)的软土地基按正方形方式布桩，桩距1.6m，桩的置换率为4.895%，需要202根桩。桩位的具体布置情况如图2所示。

该工程于2004年下半年竣工，根据沉降观测资料，该住宅楼的最大沉降量平均值为6.50mm，符合设计及施工规范要求。竣工近3年使用情况良好，未发现基础有较大沉降。工程实践表明，采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基加固小高层建筑的地基软土，在提高地基土的承载力及减少地基变形上均能满足设计及有关规范要求，达到了地基处理目的。造价方面，采用水泥粉煤灰碎石桩与一般桩基相比节省约25%的基础造价，工期缩短约20%。