CFG桩复合地基的工程应用及载荷试验的思考

张宏伟

(河南省煤田地质局物探测量队，河南郑州 450009)

1 概述

CFG桩复合地基作为一种新兴的地基处理技术，被应用在很多类型建筑的地基中。在现代的城市建设中，随着建筑用地的不断减少及城市发展的需求，使得建筑物向中、高层发展，要求大跨度结构设计的建筑物越来越多，这就致使建筑物荷载增大，相应的对地基处理的要求也不断提高。CFG桩复合地基具有抗变形能力强和高承载力的特性，能够满足建筑物对地基处理不断变化的需求。由于CFG桩复合地基的经济效益和社会效益比较突出，得以迅速发展，不断的应用在高层建筑及大跨度结构设计建筑中，在现代社会中发挥着越来越重要的作用。我们主要通过实际工程中CFG桩现场实测数据分析，得出复合地基的沉降变化的规律，得出复合地基方案的优化设计。

2 工程案例

2．1 工程概况

本工程项目为高层住宅，地上33层，地下1层，框剪结构，基础埋深6．0 m，基地平均压力500 kPa，拟采用桩基筏板或者复合地基筏板基础。根据钻探、标准贯入及静力触探试验结果，在勘探深度范围内将地层共分为12层，主要为粉土、粉砂、粉质粘土及碎石土。

2．2 CFG桩复合地基方案设计计算

根据场地岩土工程条件，对各种地基处理方法与桩基础方案进行比较，水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基较为适宜、经济合理。由场地土的物理性质，按JGJ 79-2002建筑地基基础处理技术规范，结合地区经验，给出各土层的CFG桩设计参数见表1。

表1 CFG桩设计参数 kPa

根据表1参数，桩径按0．4 m，桩端埋深24．0(从勘察时自然地坪算起)，有效桩长18．0 m，桩端持力层为第⑥层粉砂、第⑦层粉土。

按照JGJ 79-2002建筑地基基础处理技术规范，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，初步设计时可按式(1)估算:

CFG桩单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩载荷试验确定，设计时也可按式(2)估算:

桩体试块抗压强度平均值应满足式(3)要求:

根据以上参数及公式进行复合地基承载力验算得出面积置换率m为0．087%，单桩竖向承载力特征值为560 kN，复合地基承载力特征值为511．0 kPa。

3 载荷试验

3．1 单桩竖向载荷试验

单桩竖向抗压静载荷试验的目的就是通过随机挑选建筑场地的单桩，进行抗压静载荷试验，判定工程单桩竖向抗压承载力特征值是否满足设计要求。本工程抽检数量是总桩数的0．5%，共四根。

加载分级:加载分级进行，采用慢速维持荷载法;分级荷载为最大加载量的1/10。最大加载量为1 160 kN，分10级，第一级取分级荷载的2倍。具体分级见表2。主要对0064号，0281号，0136号，0497号桩进行了试验，累计沉降可见图1。

表2 单桩竖向抗压静载荷试验分级表 kN

图1 单桩竖向抗压静载荷试验曲线图

由图1可以看出，试桩结果最大沉降量为5．36 mm，随着荷载的施加，荷载—沉降曲线呈缓变形，终止加载的条件为已达到设计要求的最大加载量，规范要求CFG桩复合地基中心点沉降小于72 mm，可见这样的设计条件远远满足规范要求。

3．2 其他工程的单桩试验结果

1)郑州水利学校实训中心大楼:设计桩径400 mm，设计桩长13．0 m，桩间距1．2 m，桩端持力层为粉土，设计桩身混凝土强度等级C15，设计单桩承载力特征值350 kN，由3根单桩竖向抗压静载荷的试验结果，来判断本工程单桩是否满足设计要求。试验桩最大加载量为700 kN。

2)嘉鹏花园2号楼:设计桩径400 mm，设计桩长13．5 m，桩间距1．2 m，桩端持力层为粉土，设计桩身混凝土强度等级C25，设计单桩承载力特征值600 kN，试验桩最大加载量为1 200 kN。

3)华信金融大厦:设计桩径400 mm，设计桩长16 m，桩间距1．4 m，桩端持力层为粉土，设计桩身混凝土强度等级C25，设计单桩承载力特征值480 kN，试验桩最大加载量为960 kN。

4)金明花园住宅小区:设计桩径400 mm，设计桩长14 m，桩间距1．0 m，桩端持力层为粉砂夹粘土层，设计桩身混凝土强度等级C25，设计单桩承载力特征值520 kN，试验桩最大加载量为1 040 kN。

由图2～图5单桩实验结果可以看出，CFG桩复合地基是适合的桩型，加载沉降小，满足单桩承载力的要求，载荷试验的最大加载量都为设计值的2倍，没有按极限荷载做破坏性试验。

图2 工程1单桩竖向抗压静载荷试验曲线图

图3 工程2单桩竖向抗压静载荷试验曲线图

图4 工程3单桩竖向抗压静载荷试验曲线图

图5 工程4单桩竖向抗压静载荷试验曲线图

3．3 复合地基静载荷试验

复合地基静载荷试验目的就是通过复合地基载荷试验，判定本工程复合地基承载力特征值是否满足设计要求。主要对334号，662号，672号，320号桩进行了试验，累计沉降可见图6。

加载方式为慢速维持荷载法，根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范复合地基静载荷试验的要求，使用1 200 mm×1 200 mm正方形刚性承压板，加载分8级，最大加载压力不小于要求压力值的2倍，4点单桩复合地基静载荷试验最大加载压力均为1 040 kPa，均分为8级，第一级取分级荷载的2倍。具体分级见表3。

由图6可以看出，压力—沉降曲线是平缓的光滑曲线，可按相对变形值确定，当以粘性土、粉土为主的地基，可取s/b=0．01即为72 mm所对应的压力为极限荷载，而加载的最大沉降值为8．09 mm，承载力特征值取最大加载压力的1/2。

图6 复合地基静载荷试验曲线图

表3 复合地基静载荷试验加荷分级表 kPa

3．4 其他工程的复合地基静载荷试验结果

1)郑州水利学校实训中心大楼:设计复合地基承载力特征值330 kPa，最大加载量为660 kN。

2)永城市嘉鹏花园2号楼:设计复合地基承载力特征值400 kPa，试验桩最大加载量为800 kN。

3)华信金融大厦:设计复合地基承载力特征值330 kPa，试验桩最大加载量为660 kN。

4)金明花园住宅小区:设计复合地基承载力特征值400 kPa，试验桩最大加载量为800 kN。

由图7～图10复合地基实验结果可以看出，工程实例中静载荷试验点均为随机挑选的，试验结果:最终沉降量都比较小，均不超过30 mm，这与规范要求CFG桩复合地基中心点最小沉降量72 mm相差一半多，远满足规范要求。

图7 工程1复合地基抗压静载荷试验曲线图

图8 工程2复合地基抗压静载荷试验曲线图

图9 工程3复合地基抗压静载荷试验曲线图

4 结语

1)CFG桩复合地基设计方案竖向静载荷检测结果中，不管是CFG桩单桩还是单桩复合地基静载荷试验均没有做破坏性静载荷试验确定相应承载力极限值，而是都以设计值的2倍为最大加载量验证CFG桩复合地基处理后是否满足设计要求。

图10 工程4复合地基抗压静载荷试验曲线图

2)工程实例方案设计中，CFG桩桩身设计材料均采用商品混凝土，桩身混凝土强度等级为C20～C25，设计桩长13．0m～20．0m，由CFG桩单桩及复合地基静载荷试验结果可得出，CFG桩单桩承载力特征值最大可达580 kN，CFG桩单桩复合地基承载力特征值最大可达520 kN。

3)通过拟建工程场地的CFG单桩竖向抗压载荷试验和CFG单桩复合地基静载荷试验进行验证，分析出这种桩型沉降较小，承载力较高，远远满足规范要求，说明CFG桩复合地基设计方案还有进行优化设计达到经济合理的可行性。

［1］JGJ 79-2002(J 220-2002)，建筑地基处理技术规范［S］．

［2］JG 106-2003(J 256-2003)，建筑基桩检测技术规范［S］．

［3］龚晓南．复合地基理论及工程应用［M］．北京:中国建筑工业出版社，2002．