CFG桩复合地基在沿海软土地层中的应用

陈建康 焦申华 矫伟刚 曹伟达

摘要：本文以唐山市京唐港开发区某工业厂房CFG桩复合地基处理项目为工程背景，通过现场的实验和理论计算数据的对比分析，探讨CFG桩复合地基在沿海软弱地层中的作用机理及可行性，为今后CFG桩复合地基在沿海软土地层中的应用提供参考。

关键词：CFG桩；复合地基；沿海软土地层；富水砂层

Abstract: This paper takes CFG pile composite foundation treatment project as the project background which is an industrial workshop in Tangshan City Jinggang Port Development Zone.Through field experiment and theoretical calculation of data comparative analysis, This paper discusses the CFG pile composite foundation mechanism and feasibility in coastal soft stratum which provide reference information for the application of the future of CFG pile composite foundation in coastal soft soil layer.

Key words:CFG piles；composite foundation；the soft soil layers of coastal area；the water-rich sand layer

中图分类号：TU447文献标识码：A 文章编号：

1 引言

京唐港位于唐山海港开发区境内，渤海湾北岸；该地区广泛分布着海相沉积、洪冲沉积和河相沉积的软弱地层，以含水量大，压缩性高，抗剪强度低为其主要特点，其地基承载力和稳定性对工程设计带来极为不利的影响，稍有不慎，极可能引起建筑物（构筑物）的过大沉降、倾斜甚至倒塌。为有效解决此类问题，人们尝试运用了各类桩基础或软基处理，如灌注桩，预制管桩，堆载预压法，置换法，加筋法，强夯法，水泥搅拌法，CFG桩复合地基法等，其选用是否合适，将直接影响工程的质量、工期、经济成本。CFG桩复合地基自20世纪80年代应用以来，具有施工速度快，施工质量易于控制，经济成本低的，适用面广的特点而广泛用于多层、高层和超高层建筑地基处理，本文以具体的工程实例对渤海湾软弱地层地基处理采用CFG桩复合地基的作用机理及可行性的问题进行探讨。

2 CFG桩复合地基的基本特性

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Cravel Pile）的简称。其由石屑、砂、水泥、掺适量粉煤灰和水拌合形成的高粘结强度的桩，与桩间土、褥垫层一起形成复合地基，褥垫层是形成CFG桩复合地基的必要条件。其工作原理为上部荷载通过褥垫层传递给桩与桩间土共同承载，充分利用桩间土的承载力；其主要特性为置换作用（也称桩体效应）、挤密作用、减载作用、桩对土的约束作用； 其适用面广，对基础而言，可适用于独立基础、条形基础、筏板基础与箱型基础；对土层而言，可用于填土、淤泥质土、饱和或非饱和的粘性土、粉土、砂土。

3工程实例

3.1 工程概况

项目位于唐山市京唐港开发区内，为年产60万吨矿渣微粉生产线工程。其基础形式由独立基础和筏板基础组成，拟建建筑的天然地基基底持力层承载力较低，不能满足设计要求，故需进行地基加固处理。

3.2 工程水文地质

场地地表较平缓，最大高差0.30m，属滨海平原，勘察揭露深度范围内地层（表层填土除外）为第四纪全新世冲洪积地层，各主要地层分布情况大致如下：

①素填土（Q4ml）：灰黑色，稍湿-饱和，松散，主要由粉煤灰和粉细砂组成。

②粉土（Q4al+pl）：灰褐色，饱和，中密，切面无光泽反应，干强度、韧性低，摇震反应迅速。

③粉砂（Q4al+pl）：浅灰色，饱和，稍密，长英质，分选、磨圆中等，含少量贝壳碎片。

④粉砂（Q4al+pl）：浅灰色，饱和，中密，长英质，分选、磨圆中等，含少量贝壳碎片。

⑤细砂（Q4al+pl）：黄褐色，饱和，密实，长英质，分选、磨圆中等，含少量贝壳碎片。

⑥粉质粘土（Q4al+pl）：灰色，可塑，切面稍有光泽，干强度、韧性中等，摇震反应无。

地下水水位埋深为1.20m～1.50m，其类型为潜水。根据水质分析报告及区域地质资料，地下水对混凝土结构具弱腐蚀性；对具有干湿交替作用的钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性；长期浸水时，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。

3.3 技术参数

设计采用400mm直径的水泥粉煤灰碎石桩（CFG）复合地基处理，各参数见表1。

表1 主要设计参数

楼号 天然地基持力层 沉降 复合地基承载力 CFG桩径 有效桩长 桩间距

主厂房 ②粉土，fak=90kPa S≤19.2mm fspk≥250kPa 400mm 13.0m 1.25×1.25

中间仓 ②粉土，fak=90kPa S≤19.2mm fspk≥250kPa 400mm 13.0m 1.25×1.25

磨机 ②粉土，fak=90kPa S≤25.6mm fspk≥300kPa 400mm 13.0m 1.2×1.2

主料仓 ②粉土，fak=90kPa S≤28.9mm fspk≥350kPa 400mm 14.0m 1.2×1.2

3.4 施工情况

CFG桩施工采用长螺旋钻机成孔中心泵压灌商品混凝土工艺：钻机就位→钻至设计标高→中心压灌砼→边泵送边提钻→成桩移机。依据勘察报告中的地层分布情况，CFG桩主要穿越②饱和粉土、③饱和粉砂、④饱和粉砂与⑤饱和细砂层，在此类地层中施工易出现串孔、缩颈、桩端土层松散等问题。针对以上问题，现场施工制定相应的控制措施，第一，为防止串孔，依据成孔情况，采用隔桩跳打；第二，桩径主要取决于钻杆和钻头直径，施工中定期检查磨损情况，及时更换，另在饱和的砂层中，受高水压影响，它同时受拔管速度影响较大，施工中严格控制拔管速度在1~1.5m/min,确保压灌成桩；第三，钻至设计标高后，泵送混凝土前，严禁钻杆提升30~50cm再泵料。第四，协调混凝土连续供应，避免成桩过程中的停机等待。

3.5 质量检测与对比分析

CFG桩施工完成后，在桩身强度满足试验要求时，分别在中间仓、主厂房、磨机与主料仓按照总桩数的10%随机抽取进行低应变动力试验，经低应变动力试验检测，全部为Ⅰ、Ⅱ类桩，无断桩，桩身完整。同时分别在4个区域的地质较差段随机选择三根桩进行静载荷试验，共进行12组，主厂房与中间仓要求复合地基承载力特征值大于250kPa，压板面积为1.25m×1.25m；磨机要求复合地基承载力特征值大于300kPa，压板面积为1.2m×1.2m；主料仓要求复合地基承载力特征值大于350kPa，压板面积为1.2m×1.2m；静载荷试验结果见表2。

表2 静载荷试验结果

桩 号 基础形式 试验终止荷载 累计沉降 承载力极限值

主厂房-5# 独立基础 550kPa 12.35mm ≥550kPa

主厂房-8# 独立基础 550kPa 12.01mm ≥550kPa

主厂房-20# 独立基础 550kPa 11.95mm ≥550kPa

中间仓-4# 独立基础 550kPa 11.89mm ≥550kPa

中间仓-26# 独立基础 550kPa 11.70mm ≥550kPa

中间仓-40# 独立基础 550kPa 11.95mm ≥550kPa

磨机-12# 筏板基础 700kPa 15.50mm ≥700kPa

磨机-54# 筏板基础 700kPa 16.20mm ≥700kPa

磨机-89# 筏板基础 700kPa 15.00mm ≥700kPa

主料仓-43# 筏板基础 750kPa 17.30mm ≥750kPa

主料仓-70# 筏板基础 750kPa 18.01mm ≥750kPa

主料仓-625# 筏板基础 750kPa 17.80mm ≥750kPa

对抽测的12根桩的静载荷试验p-s、s-lgt曲线分析， p-s曲线均成渐变弧形变化，没有明显起降的起始点；s-lgt曲线间距基本为平行等间距，随压力增大，间距增大，最终加载下未出现明显下弯。依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），p-s曲线是平缓光滑曲线，可取s/d=0.01所对应的压力值作为本处单桩复合地基承载力特征值，但按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半，故经处理后的复合地基承载力满足设计要求，沉降量与理论计算基本相符。

4 结论

⑴ 从计算和实验结果来看，CFG桩复合地基承载力和沉降能够满足规范与设计要求，证明该地基处理方法在沿海软土地层中的应用是可行的，且具有施工工期短、施工质量易于控制、成本低的特点，值得在沿海软土地层推广应用。

⑵ 在沿海地区，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有较强腐蚀性，CFG桩桩身采用素混凝土，受地下水腐蚀性影响较弱。

⑶ 沿海软土地层的共同特点是富水砂层，有效处理砂土液化和高水压力下得成桩桩径，是CFG桩复合地基处理成功的关键。

参考文献

[1] 龚晓南．地基处理新技术［M］．西安：陕西科学技术出版社，1997

[2] 闫明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[第二版] ．北京：中国水利水电出版社，2006

[3] JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范［S］．北京：中国建筑工业出版社.2003

[4] JGJ79-2002建筑地基处理技术规范［S］．北京：中国建筑工业出版社．2002

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。