CFG桩复合地基研究现状及作用机理分析

李迎乐 韩学威

摘要:CFG桩复合地基作为一种高粘结强度桩复合地基，是由CFG桩、桩间土和褥垫层组成的新型复合地基形式。桩、桩间土通过褥垫层与基础连接，保证桩土共同承担荷载，具有适用性广、承载力提高幅度大、施工简便、工期短、造价低廉等技术优点。本文针对CFG桩复合地基的作用机理进行概括分析。

关键词: CFG桩复合地基 研究现状 作用机理

中图分类号：TU4文献标识码：A 文章编号：

近几十年来，随着社会进步和国民经济飞速发展，建筑物向多层和高层发展的步伐日趋增快。天然地基往往不能满足建筑物对地基的要求，需要对天然地基进行处理，以保证建筑物的安全性与适用性。于是，CFG桩复合地基的研究应运而生。CFG桩复合地基作为一种新的地基处理技术，在提高地基承载力、控制地基沉降、协调地基承载力和变形方面具有良好的社会效益、技术效益和经济效益。

1CFG桩复合地基概述

CFG桩（Cement Fly-ash Gravel pile）[1]是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层共同形成复合地基。CFG桩复合地基的示意图如图1-1所示。

图1-1CFG桩复合地基示意图

CFG桩复合地基试验研究是建设部“七五”计划课题，于1988年立题进行试验研究，并应用于工程实践，取得大量研究成果。这些研究成果于1992年由建设部组织鉴定，专家们一致认为：该成果具有国际领先水平，推广意义很大。1997年，CFG桩复合地基成套技术被列为国家级工法，并制定了中国建筑科学研究院企业标准，现已列入国家行业标准《建筑地基处理技术规范》。因此，20世纪90年代中期，北京首先应用长螺旋钻管内泵压CFG桩混合料成桩工艺，并且迅速在全国推广。目前，仅北京和河北地区的不完全统计，已近300余栋高层建筑地基处理采用了CFG桩加固技术，其中绝大多数为20~30层，31~35层的超高层建筑有15幢[2]。

众多工程实践证明，CFG桩可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层可很好发挥桩端，在复合地基增强体中，它的置换作用最强。复合地基承载力提高幅度大，承载力标准值可达600kPa以上，复合模量高，地基变形小。与桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基的1/3~1/2，经济效益和社会效益非常显著[2]。

CFG桩复合地基具有以下几点鲜明的工程特性：

（1） 承载力提高幅度大、可调性强；

（2） 适应范围广；

（3） 刚性桩的性状明显；

（4） 桩体具有排水作用；

（5） 时间效应：CFG桩施工结束后，随着时间的增长，结构强度会有所恢复；

（6） 桩体强度与承载力的关系：当桩体强度大于某一数值时，提高桩体标号对复合地基承载力没有影响；

（7） 复合地基变形小。

2CFG桩复合地基的作用机理

CFG桩复合地基的加固机理[3]是:当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生沉降。桩的变形模量远比土的变形模量大，所以桩比土的变形小。由于基础下面设置一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层中垫层材料不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。同时，土由于桩的挤密作用而提高承载力，而桩又由于其周围土侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。具体来讲，CFG复合地基的作用机理可概括为以下几个方面：

2.1桩体作用

CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。CFG桩中的构成成分使桩体的抗剪强度和变形模量均大大提高。在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现了应力集中现象，大部分荷载将由桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原有地基承载力有所提高。

2.2挤密作用

CFG桩采用振动沉管法施工，由于振动和挤压作用使得桩间土得到挤密，桩间土承载力较大幅度提高。

2.3排水作用

CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于成桩的振动作用，会使土体内产生超孔隙水压力，刚施工完的CFG桩相对土体而言，是一个良好的固结排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，置桩加速了桩周土体的固结过程，结构强度逐渐恢复，桩间土承载力有所提高。

2.4褥垫层作用

在竖向荷载作用下，CFG桩复合地基由于褥垫层的作用，桩体逐渐向褥垫层中刺入，桩顶上部垫层材料在受压缩的同时，向周围发生流动；垫层材料的流动补偿使得桩间士与基础底面始终保持接触并使得桩间土的压缩量增大，从而使桩间土的承载力得到充分发挥，桩土共同作用得到保证，使地基的接触压力得到均化和调整，地基的变形状况得到明显改善。因此，褥垫层在复合地基中不但可以保证桩、土共同承担荷载、减少基础底面的应力集中，褥垫层厚度也可以调整桩、土荷载分担比的作用。

2.5桩间土作用

在粉土、砂土和塑性指数较低的粘性土地基中，采用不排土法施工时，施工对土体的振动或挤压使摩阻力得到增加，桩间土的物理力学性质得到了较大提高。在CFG桩复合地基中桩间土不但承担竖向、水平荷载，而且对桩具有约束的作用，可以提高桩的承载力。

2.6加筋作用

CFG桩复合地基中，桩体强度与桩间土强度相差较大，在自然土层中的桩体实际上构成了土层的竖向加筋，从而大大提高了复合地承载力。

3结论与展望

1）CFG桩复合地基施工的置换作用突出，适应范围广，在减小基础沉降，协调地基承载力与变形关系方面具有较好的技术经济效益。

2）褥垫层是CFG桩复合地基中的主要核心，应针对不同的工程确定其材料及厚度。

3）在现在的理论研究成果基础上，建议进行大量CFG桩复合地基现场试验获得丰富的原始数据，以发展理论和指导工程应用。

参考文献

[1]牛志荣，李宏.《复合地基处理及其工程实例》[M].中国建材工业出版社，2000.

[2]阎明礼，张东刚．CFG桩复合地基技术及工程实践[M]．北京：中国水利水电出版社，2001．

[3]张建隽.CFG桩复合地基工作性状及工程应用研究[D].太原：太原理工大学，2008.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。