CFG桩对提高复合地基承载力的影响分析

2015-12-23贾晓宇徐学野

科技视界 2015年34期

韩玮贾晓宇徐学野

（1.北华大学汽车与建筑工程学院，吉林吉林132013；2.长春煤炭设计研究院，吉林长春130012）

0 引言

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即Cement Flying-ash Gravel pile），是由碎石、石屑、粉煤灰混合料，掺适量的水进行拌合，采用各种成桩机械形成桩体。通过调整水泥的用量及配比，一般可使桩体强度等级在C10~C25之间变动[1]。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。桩体的强度高低直接受水泥的掺量多少影响，水泥少时，强度低；水泥掺量高时，CFG桩桩体的强度就高。CFG桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土和自重固结完成的素填土地基。

1 CFG桩在复合地基中的作用

1.1 桩体的挤密加筋作用

CFG桩在成桩的过程中，桩体挤压周围松散土体，使得土体孔隙比减小，密实度增大，同时施工过程中不需要向原地基中加水，CFG桩桩体中的粉煤灰以及水泥在水化时也起到对桩间土吸水、发热和膨胀的作用，使得桩间土达到挤密的效果。另外，由于CFG桩桩体粘结强度大、抗剪强度强，其桩体强度明显大于桩周边土的强度，实际上CFG桩桩体就起到土层的竖向加筋的作用，进而增大土的抗剪强度和桩侧摩阻力，提高地基的承载力[2]。

1.2 桩体置换作用

CFG桩桩体是具有一定粘结强度的混合料的桩体。在CFG桩复合地基中，CFG桩承担荷载远大于桩间土承担荷载，土被CFG桩置换是复合地基承载力得到提高的主要原因之一。

1.3 桩体的排水作用

CFG桩由于在普通混凝土拌合料中掺入粉煤灰，因此具有很强的渗透性，桩体相对于土体构成了渗透性很好的竖向排水、减压通道。可以有效地消散振冲产生的超孔隙水压力的增高，加速土体的排水和固结，有效提高土体强度，土体强度还会随着时间增加而增强。另外，CFG桩复合地基采用振冲法施工，还可大大增强粉、细砂土的抗液化能力。

2 复合地基承载力最新计算方法

建筑地基处理技术规程（JGJ 79-2012）中的计算方法[3]，在第七章详细介绍了各种复合地基的计算方法和施工要点，其中对于复合地基初步设计时可按下式估算承载力：

2.1 对有粘结强度增强体复合地基

式中：fspk——复合地基承载力特征值(kPa)；λ——单桩承载力发挥系数，宜按当地经验取值，无经验时可取0.7~0.90；m——面积置换率；Ra——单桩承载力特征值(kN)；Ap——桩的截面积(m2)；β——桩间土承载力发挥系数，按当地经验取值，无经验时可取0.9~1.0；fsk——处理后桩间土承载力特征值(kPa)，应按静载荷试验确定。

对于CFG桩复合地基，属于有粘结强度的增强体复合地基，所以应按照公式（1）计算地基承载力。

2.2 单桩竖向承载力特征值Ra应通过现场载荷试验确定。

式中：up——桩的周长(m)；n——土层数；qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值。li——第i层土的厚度(m)；qp——桩端土端阻力特征值(kPa)。

2.3 按桩身材料强度确定的单桩竖向承载力特征值Ra

式中fcu——桩体试块标准养护28d的立方体抗压强度平均值（kPa）

3 影响因素分析

从上述的3个公式来看，与复合地基置换率、桩土应力比、桩长、桩径、桩体材料，复合地基土层信息等均有一定关系，主要分析以下几方面的影响。

3.1 桩的平面布置方式

桩的布置形式很多，条形基础可以采用单排、双排或多排的布桩方式，独立基础可以采用单桩或是多桩布置，箱筏基础宜采用等边三角形布桩[4]，m为面积置换率，其计算公式为m=Ap/A，桩可以是三角形或是方形排列。桩间距的大小影响m的大小，桩间距越大，m值越小，复合地基承载力越小，但当桩距小于4倍桩径后，随桩距的减小，复合地基承载力的增长率明显下降。一般选择3~4d(桩径)为宜。

3.2 桩长、桩径

桩长的选择一般决定于持力层所在位置。桩越短，桩间土荷载分担比例就越高，桩间土受的荷载越大，桩间土的压缩变形越大，桩长范围内土的压缩变形也越大；反之，桩越长，桩间土荷载分担比就越小，桩间土的压缩变形越小。桩径大，置换率就大，处理区域的复合模量就大，复合地基承载力提高的就越明显。桩体长度不同时，在承担相同的基础荷载时，桩体和桩间土所承担的应力分担不同，桩越长，桩承担的荷载就越大，桩间土的压缩变形就小；桩越短，桩体承担基础荷载就越小，基础荷载大部分由桩间土承担，使得沉降比较大。因此增加桩长可以增大加固区的深度，同时桩体越长，桩侧摩阻力越大，上部荷载可以传递到更深的土层中使复合地基的承载能力提高，变形减少。

3.3 褥垫层

褥垫层厚度大，桩间土承载力能够得到充分发挥，桩体承担竖向荷载减小，但地基水平和竖向变形都会增大。相反，褥垫层厚度小，桩土竖向荷载分担比加大，桩间土承载力不能得到充分发挥，需要增加桩的数量和桩长，而且桩对基础的应力集中明显，但其优点是复合地基的沉降量小[5]。群桩复合地基,桩数越多,置换率越大,则约束作用越大。

3.4 施工工艺

CFG桩常用工艺有长螺旋钻孔灌注成桩，振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔、管内装混合料成桩。每种成桩工艺都有不同的要求，振动沉管灌注成桩属于非挤土成桩，主要适合淤泥质土、松散砂土、粘性土、粉土等地质条件、长螺旋钻孔灌注成桩要求施工土层处于地下水位以上，适合于粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土，属于非挤土成桩；长螺旋钻孔泵压混合料成桩，适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪音或污染要求比较严格的场地。施工时一定要及时清理场地，保证桩体刚度不变，以提高桩体承载力。