CFG桩复合地基在高层建筑地基处理中的应用

贾 瑞 杰

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

CFG桩复合地基在高层建筑地基处理中的应用

贾 瑞 杰

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

对CFG桩复合地基作了简单论述，结合工程实例，分析了CFG桩设计的影响因素，并探讨了桩体材料及比例问题，深入研究了CFG桩成桩的施工工艺流程，指出CFG桩复合地基在建筑工程中具有重要的作用，应用前景广阔。

CFG桩复合地基，建筑物，承载力，材料

1 CFG桩复合地基概述

CFG桩复合地基的组成有三部分，分别是CFG 桩体、桩间土及褥垫层，因此，CFG桩复合地基加固地基主要有三种作用：桩体作用、挤密作用和褥垫层作用。当存在一个竖向的作用力垂直作用于地基时，在力的作用下，桩与桩间土都会发生沉降变形。但是由于桩的模量大于桩间土的模量,当土发生很大形变时，桩的形变相对较小,那么本来全部作用于桩的作用力会发生转移，转而聚集到桩顶上。因此在桩体和桩间土之下增添了褥垫层，褥垫层是整个地基的核心结构，从上述说明可以看出桩和桩间土受到了不同的作用力，而褥垫层刚好可以解决这一问题，当有垂直力和水平力作用于桩时，褥垫层可以将力分解成两个力，而且分配比例合适，这样使桩和桩间土共同受到平等的力，减少了CFG桩对基础的应力集中作用，对CFG桩复合地基起到了一定的保护作用。同时,桩对土有一个挤密作用，这使得桩的承载力有所提高，而桩周围土的侧应力的增加，使得桩的受力性能得以改善,桩与周围土共同工作,形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部基础传来的荷载，因此CFG桩复合地基是高粘结强度复合地基，它具有加固作用，加固机理主要是利用化学反应放热，使各种材料凝固成桩体。当粉煤灰与水接触时发生放热反应，放出大量热量，这些热量供水泥发生水解和水化反应，以及与粉煤灰的凝硬反应，之后凝结和硬化，与砂、石、粉煤灰等生成稳定的竖向增强体，即CFG桩。因此CFG桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地质。CFG桩属于高粘结强度桩，抗剪强度和变形模量均较高，像刚性桩一样，在荷载作用下其压缩性远低于桩周土，承担了大部分上部荷载，因此，可以较好地发挥侧阻，而在桩端位于工程地质性质较好的地基土层上时则又具有明显的端承作用；桩间土体得到置换或挤密置换而提高了承载力。

2 工程概况

某地上21层，地下1层的建筑物，结构形式为剪力墙结构,基础形式为筏板基础,尺寸为35 m×30 m。基础埋深7.0 m,地下水位为2.63 m。经勘探该地的土质大致可分为6层，第①层为沙粉，平均厚度在2.0 m,物理力学指标为标准贯入试验锤击数38,各层土承载力标准值240 kPa；第②层为素填土，平均厚度在4.5 m,物理力学指标为容重20.0,含水量18.6%；第③层为圆砾，平均厚度在6.0 m,标准贯入试验锤击数95，该层土承载力标准值350 kPa;第④层为粉质粘土，平均厚度在8.0 m,物理力学指标为容重19.0,含水量30.8%，孔隙比为0.88，液性指数为0.44,标准贯入试验锤击数21,该层土承载力标准值270 kPa；第⑤层为粉质粘土，平均厚度在9.5 m，物理力学指标为容重20.1，含水量22%，孔隙比为0.65，液性指数为0.21，标准贯入试验锤击数20，该层土承载力标准值220 kPa；第⑥层为粉质粘土，平均厚度在10.0 m，物理力学指标为容重19.9，含水量23.8%，孔隙比为0.70，液性指数为0.28，标准贯入试验锤击数8，该层土承载力标准值150 kPa。

3 CFG桩的设计

在对土质进行勘探，对工程情况有了大致的了解后，就可以开始设计CFG桩了。CFG桩作为可变强度的桩体，要设计成复合地基必须确定5个设计参数：桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层及材料。

1)桩长L的影响因素有很多，不同的地方，不同的设备，桩长的值不等，而建筑物所能承载的力和建筑物变形程度不同，也会影响桩长的大小。在本例中根据实际情况选取第⑤层落桩，因为该层为粉质粘土层，它的物理力学指标说明该层土具有可塑、中密、低压缩性的性质,该层土的承载力标准值为220 kPa,压缩模量为17.5 MPa,可作为桩端持力层,根据土层深度将桩长取为18.5 m。2)桩径d的决定因素是成桩设备的型号,一般最小孔径为350 mm，最大孔径为600 mm。在本例中采用长螺旋钻管，工艺采用的是排土的长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺,因此将桩径确定为400 mm。3)桩间距:计算桩间距之前需确定天然地基承载力，计算公式为S=Ap/m,由地理勘探可知复合地基承载力标准值fspk=492.7 kPa，把fspk代入式fspk=mRk/Ap+αβ(1-m)fsk得m≥0.015 8,所以S=Ap/m≤1.557,可以将桩间距初步确定为1.5 m。4)桩体试块抗压强度应满足下式要求：fcu≥3Rk/Ap，计算得fcu=20.06,所以将CFG桩桩体强度等级取为C25。5)褥垫层厚度一般取10 cm～30 cm为宜,但是褥垫层厚度还要根据实际情况(桩径和桩间距)来加以调整，当桩径和桩间距过大时,结合对土性的考虑,褥垫层厚度可大于30 mm。

4 桩体材料及比例

CFG桩制桩材料为石子、水泥、石屑、粉煤灰和水;对粉煤灰的要求是必须要达到一级或二级的要求。碎石的大小要适宜，粒径在20 mm～40 mm之间,最好粒径不要超过50 mm;对砂(石屑)的要求较高，砂必须是处理过的，里面混杂的垃圾和杂物必须清除，含砂量不得低于3%。石屑的大小也有要求，一般粒径在2.5 mm～10 mm之间,干净坚实,含泥量不大于3%。对水泥的要求不高，只要保水性能好，普通的水泥(如硅酸盐水泥和矿渣水泥)即可。如果保水性能不好，在用泵输送混合料的过程中容易泌水。对于高层建筑，桩强度等级要高一些，一般为15～25,其水泥标号一般选用425号。混合每立方米浆液中含量为：水(190 kg)、水泥(324 kg)、中砂(781 kg)、碎石(1 050 kg)、减水剂(4.21 kg)、粉煤灰(50 kg)，坍落度19。

5 工艺流程

CFG桩成桩的施工工艺与CFG桩复合地基的质量息息相关，而施工工艺的选择与场地环境和地基土的性质具有密切关系，因此要选择确定合理的施工工艺必须首先深入了解场地环境和地质情况，根据土质情况首先确定施工机械、需要成桩的位置，将钻机放到成桩位置就位，开始钻孔，待钻杆到达适当高度时，将钻杆内的材料灌注进去，先是由水泥、粉煤灰组成的混凝土，钻杆提升一定高度后，灌注孔底混凝土，边灌注边提升钻杆，待成桩后，将钻机移位，做下一个桩。需要注意的是，施工时严格控制提拔钻杆时间及拔管速率，拔管速率过慢易造成水泥浆分布不匀，拔管速率太快又可能导致桩径偏小或缩颈断桩。

[1] 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，2007.

[2] 阎明礼,张东刚.桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社，2012.

[3] 中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范(79—2002)[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.

[4] GB 50007—2002,建筑地基基础设计规范[S].

[5] JGJ 79—2002,建筑地基技术处理规范[S].

Application of CFG pile composite foundation in high-rise building foundation treatment

Jia Ruijie

(ShanxiInstituteofChemicalIndustryDesign,Taiyuan030024,China)

With a brief discussion on the CFG pile composite foundation, combining with engineering examples, the article analyzes factors influencing CFG pile design, explores pile materials and rate issues, studies CFG pile piling construction technology procedures, and finally points out that: CFG pile composite foundation plays an important role in building engineering, which has wide application prospect.

CFG pile composite foundation, building, bearing capacity, material

1009-6825(2015)30-0073-02

2015-08-19

贾瑞杰(1982- )，男，工程师

TU473

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