水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)在蚌埠地区的应用

霍志强，赵云志

(蚌埠市勘测设计研究院，安徽蚌埠 233000)

水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)在蚌埠地区的应用

霍志强∗，赵云志

(蚌埠市勘测设计研究院，安徽蚌埠 233000)

结合蚌埠市南山郦都项目10＃楼(25层)、14＃楼(26层)工程实例，介绍了水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基的作用机理及在蚌埠地区的应用效果，对承载力计算采用了不同方法，使其更加精确；沉降计算采用经验公式求得。水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基不但具有适应性强、承载力提高幅度大、沉降量小的特点，而且具有较好的经济效益和社会效益。

水泥粉煤灰碎石桩；复合地基；作用机理

1 低强度桩复合地基简介

在桩体复合地基中，凡竖向增强体是由低强度桩形成的地基，可以统称为低强度桩复合地基；低强度桩常用水泥、砂子及其他掺和材料(如砂、粉煤灰、石灰等)加水掺和，用各种成桩机械在地基中制成的强度等级在C5—C25的桩。

本文以水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)为例，它适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层，且设计时应进行地基变形验算。

2 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基的作用机理分析

低强度混凝土桩复合地基考虑了桩－土共同承担荷载，桩基一般不考虑桩间土分担荷载，因此低强度混凝土桩复合地基的工程造价较低，且可以全长发挥桩的侧摩阻力，假如桩端落在较好的土层上时，还可以较好的发挥桩端阻力作用，所以桩体可以将荷载传递给较深的土层，因此低强度混凝土桩复合地基承载力较大、沉降较小。

图1 CFG桩复合地基示意图

3 承载力和沉降计算

低强度混凝土桩复合地基承载力计算包括:①单桩承载力计算；②复合地基承载力计算；③复合地基加固区下卧层承载力计算。

4 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)应用实例

4.1 工程概况

在建的蚌埠市南山郦都项目，北距光彩玉器城500 m，南至燕山路，西邻朝阳路，东望虎山森林公园。为蚌埠首席意大利托斯卡纳风情山景社区。拥有成熟的配套生活环境，未来周边将建成大型商业中心及物流园区，是城市发展的腾飞点。

该项目共有住宅楼19栋(11层～26层)。其中10＃楼为26层，14＃楼为25层，都有两层地下室，框架剪力墙结构。工程重要性等级为二级、场地等级为二级、地基等级为二级。本场地地形稍有起伏，地面标高在25.16 m～28.74 m之间。地貌单元属淮河南岸Ⅰ级阶地至山前斜地地貌单元的过渡带。

4.2 地基土的构成及其特征

地基各土层的形成时代及成因类型简述为:全新世人工填土层()、晚更新世河流冲积层()、晚更新世坡、残积层()及晚太古代(Ar)区域变质岩浆形成的花岗混合岩

根据外业钻探揭露，拟建场地地面下25.0 m深度范围内，可分为7个工程地质层，主要土(岩)性为黏性土、粉土及花岗混合岩。地基土各层的特征按自上而下和从新到老的顺序分别描述如下:①层杂填土:()杂色、灰黄色，松散，以黏性土为主组成，局部地段为砼路面、少量碎砖等建筑垃圾，不均匀、欠固结。层厚1.2 m～2.5 m。

⑤层全风化花岗混合岩:(Ar2)褐黄色、灰白色，组织结构基本破坏，手捏即碎呈砂砾状，主要造岩矿物成分为石英、长石、云母及暗色矿物，长石、云母及暗色矿物等已风化成黏土类矿物，残留石英质矿物。控制层厚0.6 m～3.4 m。

⑥层强风化花岗混合岩:(Ar2)褐白色、灰白色，结构大部分破坏，主要矿物成分为石英、长石、云母及暗色矿物，长石、云母及暗色矿物大部分黏土化；风化裂隙很发育，岩体破碎。本层在场地东南地段下部富集石英块石。控制层厚0.6 m～2.3 m。

⑦层中风化花岗混合岩:(Ar2)灰白色，粗粒等粒结构、块状构造，主要造岩矿物成分为石英、长石、云母及暗色矿物，本层顶部节理及风化裂隙较发育。本层未钻穿，最大控制厚度5.0 m。

4.3 地下水概述

本勘察场地属湿润－半湿润区，属Ⅱ类环境类型。第一含水层组:地下水类型属上层滞水，主要分布于①层杂填土及②层粉质黏土上部的孔隙中；其水量大小受地表水控制，以地表水的垂直渗透补给为主。地下水的初见水位与稳定水位埋深基本一致，在0.52 m～1.58 m(标高为26.19 m～23.76 m)之间(勘察期间水位)。

第二含水层组:地下水类型属承压水，主要分布于③层粉土中，粉土的透水性较好，以地下水的水平迳向流动补给为主；初见水位埋深在6.0 m左右。承压水头高出③层粉土顶板约1.0 m左右。

另外⑤层全风化花岗混合岩、⑥层强风化花岗混合岩中也存在少量地下水，地下水类型属裂隙及孔隙型地下水，具微承压性，以地下水的水平迳向流动补给为主。承压水头高出⑤层顶板约1.0 m左右。

根据《水质分析报告》，对地下水的腐蚀性进行了评价。根据评价结果及地区经验，判定本场地地下水和土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。本工程的抗浮设防水位为自然地面以下1.5 m(标高约为24.30 m)。

4.4 岩土力学参数

根据岩土工程勘察报告，并结合野外各岩土层的原位测试成果及地区经验，各岩土层地基承载力特征值、主要力学参数及桩基有关参数，推荐如表1所示。

地层岩性参数表 表1

4.5 基础类型的选型与评价

根据场地岩土工程地质条件和拟建高层建筑物性质。岩土工程勘察报告建议高层建筑中11层～18层建筑采用筏板基础或箱形基础，选择②层粉质黏土作为天然地基上的浅基础持力层；10＃楼(26层)、14＃楼(25层)高层采用桩基础。

①采用钻孔灌注桩，属于非挤土桩型，这种桩型蚌埠地区有较成熟的成桩经验，按规范操作，成桩质量应较高。但泥浆池排污对环境有一定的影响，且工期长，成本较高。

②采用混凝土预制桩(预应力管桩)属于挤土桩型，此种桩型在本拟建场地成桩有一定困难，桩难以穿越岩层，工期较短，成本高。若采用此种桩型，可采用⑤层全风化花岗混合岩作持力层，静压时应配有足够的配重。施工时应注意挤土效应对临近建筑物的影响，并严格按照设计要求及规范操作。质量可靠稳定，施工速度快。

③采用人工挖孔桩，此种桩型属于非挤土桩，在蚌埠地区有较成熟的经验，对环境影响小，成桩质量高。但工期长，成本高。

④采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)，属复合地基类非挤土桩，对环境影响小，施工条件简便，成本最低，但在蚌埠地区尚无成桩的经验。

根据本工程的特点并结合所处的特定环境(建筑场地位置、场地的地形和地质条件、上部结构特征、技术经济比较)，为缩短工期，降低成本，保护环境。特选择水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)为本工程桩型。

4.6 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基的设计

(1)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)承载力计算

本工程采用CFG桩复合地基方案，用长螺旋钻机成孔，压灌混凝土成桩工艺，10＃楼、14＃楼有效桩长分别为10.6 m、8.5(9.5)m，桩径410 mm。

单桩承载力计算公式采用《建筑地基处理技术规范(JGJ79－2002)》中9.2.6计算，即:

①10＃楼(26层)(CFG桩)计算得单桩承载力特征值为783.44 kN，取单桩承载力特征值为700 kN。

②14＃楼(25层)(CFG桩)

计算得单桩承载力特征值为685.20 kN，取单桩承载力特征值为600 kN。

(2)桩身混凝土强度计算及地基承载力计算

①根据桩身应力按下式计算素混凝土抗压强度:

其中:fcu为素混凝土抗压强度；

则fc须不小于15.91 MPa(10＃楼)、13.63 MPa (14＃楼)，根据工程实际情况10＃楼、14＃楼均采用桩体混合料强度为C25。

②本工程结构设计单位要求10＃楼(26层)、14＃楼(25层)处理后复合地基承载力特征值分别达到390 kPa和370 kPa。

拟建物基底标高处地基持力层主要为②层粘土，其地基承载力特征值为220 kPa。

(3)桩间距及面积置换率计算

①10＃楼(26层)

将各数据代入下式:

其中:fspk复合地基承载力特征值；

fak桩间土承载力特征值，本工程地基承载力特征值取为220 kPa。

β桩间土折减系数，取0.85。

计算得桩土面积置换率为0.043 5。

桩位按矩形布置，则桩中心间距按下式计算:

计算得桩间距为1.741 m。

②14＃楼(25层)

将各数据代入下式:

其中:fspk复合地基承载力特征值；

fak桩间土承载力特征值，本工程地基承载力特征值取为220 kPa。

β桩间土折减系数，取0.85。

计算得桩土面积置换率为0.038 5。

桩位按矩形布置，则桩中心间距按下式计算:

计算得桩间距为1.850 m。

(4)沉降计算

根据实际布桩情况及建筑基础状况，进行计算。

①10＃楼(26层):

10＃楼地基沉降:s＝22.41 mm；10＃楼褥垫层沉降经验值s1＝5 mm；

10＃楼沉降s总＝s＋s1＝27.41 mm＜80 mm，满足设计要求。

②14＃楼(25层):

14＃楼地基沉降:s＝20.21 mm；14＃楼褥垫层沉降经验值s1＝5 mm；

14＃楼沉降s总＝s＋s1＝25.21 mm＜80 mm，满足设计要求。

4.7 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)的施工

(1)施工要点

①水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)施工宜采用长螺旋钻机成孔，管内泵压混合料灌注成桩施工工艺，施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比制混合料。

②长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160 mm～200 mm。

③施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5 m。

④水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)施工垂直度偏差不应大于1%，桩位偏差不应大于0.4D(D为桩径)。

⑤成桩过程中，抽样作混合料试块，每台机械一天应作一组(3块)试块(边长为150 mm的立方体)标准养护，测定其立方体抗压强度。

⑥清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

(2)桩头处理及接桩、补桩头技术要求

水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)施工完毕后，桩顶设计标高以上桩头需截断，具体方法如下:

①打桩弃土和保护土层清至设计标高后，用大锤沿水平方向两相对方向同时击打钢钎，将桩头截断，严禁用钢钎向斜下方击打或单向击打桩身。

②截桩后用钢钎和手锤将桩顶修平至桩顶设计标高(桩头标高允许误差＋0 cm～－2 cm)。

③桩顶标高若低于设计标高，先将桩顶修平凿毛，用比桩身高一个强度等级的素混凝土接桩至设计桩顶标高。

④桩的施工应按照《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)及国家现行的其他有关规范、规定之执行。

(3)经济效益分析

由于水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基可充分利用天然地基承载力，并可以因地制宜，利用工业废料和当地材料；还具有适应性强、承载力提高幅度大、沉降量小、经济效益好等多种优势，是一种重要的复合地基。且有施工工期短，施工过程无噪音、不排污、对相邻建筑物无不利影响、工程造价低廉等优点。，因此具有较好的经济效益和社会效益。

4.8 桩基检测结果

10＃楼(26层)、14＃楼(25层)桩基施工完成后，分别进行了单桩竖向静载试验与低应变动测。其检测结论为:

①复合地基试验每栋检测的3根地基承载力特征值可取390 kPa(10＃楼)和370 kPa(14＃楼)，由试验曲线可知，Q～S曲线平缓，无明显陡降段，S～lgt曲线平缓，规则排列，复合地基竖向抗压承载力特征值满足设计要求。

②低应变动测法每栋检测的33根工程桩中Ⅰ类桩23根，Ⅱ类桩10根，无Ⅲ、Ⅳ桩，该工程CFG桩身完整性检测结果符合设计及相关规范要求。

5 结 语

蚌埠地区在高层建筑地基基础设计施工中，首次采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基。实践证明，采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基的方法，具有混凝土桩身，施工工艺简单、质量控制保证率高，工期较短、成本低、无污染，高效快捷、具有较好的处理效果，而且还保护了环境。

根据蚌埠市区桩基础施工经验，高层建筑主要采用人工挖孔灌注桩，其次为预应力管桩和钻(冲)灌注桩。随着蚌埠市城市建设的不断发展，城市中高层建筑不断涌现。当地质情况符合时，在高层建筑地基基础中，水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)实为经济实用的地基处理方法之一，可以在本地区今后的建设工程实践中推广应用。

[1] 龚小南.地基处理手册(第二版)[M].北京:中国建筑出版社，2002

[2] 钱家欢.殷宗泽。土工原理与计算(第二版)[M].北京:中国水利水电出版社，1996

[3] 孙文怀.基础设计与地基处理[M].北京:中国建筑出版社，1999

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[6] 周建，愈建林，龚小南.高速公路软土地基低强度桩应用研究.地基处理，2002

Composite Analysis of Low－strength Concrete Pile Foundation

Huo ZhiQiang，Zhao YunZhi
(Bengbu Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Bengbu 233000，China)

In this paper，a low－strength concrete mechanism of the composite foundation，using different methods of calculating capacity.it is more accurate.Settlement calculated using the experience equation.Low－intensity concrete pile foundation is not only strong adaptability and capacity growth rate，the characteristics of a small amount of the settlement，Moreover，with good economic and social benefits.

low intensity；Concrete pile；Composite Foundation；Mechanism

1672－8262(2011)01－168－04

TU473

B

2010—12—11

霍志强(1975—)，男，工程师，主要从事岩土工程勘察、岩土力学试验等工作。