CFG桩复合地基承载力分析

摘要：当前，在岩土工程实际实施过程中，运用CFG桩复合地基工程的地基的承载力比未实施该工程的天然地基承载力更加低下的情况时有发生，这种情况不但影响了工程质量，而且在很大程度上导致了人力、财力和物力的浪费。文章通过对CFG桩复合地基承载力的分析，期望能够对以后的工程施工提供一定的借鉴作用。

关键词：CFG桩；复合地基；承载力；岩土工程；工程施工 文献标识码：A

中图分类号：TU472 文章编号：1009-2374（2016）28-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.050

1 复合地基技术概述及计算公式

1.1 復合地基技术的概述

复合地基技术起源于19世纪，当时的主要目的是为了在松散的沙土上打地基。但是在之后很长时间内都没有适合计算该技术承载力的方法，加上缺少比较先进的工艺和设备，所以其发展非常缓慢。

二战之后，由于相关领域技术的发展，该技术也进入了快速发展期。现在人们通常把在天然地基上进行人为加固的用来提升地基承载力的加固体都认为是复合地基。CFG桩通常应用水泥进行浇筑，桩体的柔性和刚性都非常良好，在实际工作中的应用极为广泛。但是由于当前CFG桩复合地基的计算远远落后于实践，在一定程度上影响了其发展。

1.2 CFG桩复合地基承载力计算公式分析

复合地基承载力的计算不能够由天然地基承载能力与复合桩承载能力直接叠加得到，而是必须综合考虑相关的因素，比如：（1）桩之间的岩土是否由于工程的进展而导致土层变形或者减少；（2）施工时是否会对桩之间的岩土承载力产生影响，如果有影响是降低还是升高；（3）CFG复合地基中桩的承载力比自由单桩高很多；（4）桩之间岩土的承载能力都与形变有关系，变形比较小时桩与土层的承载能力都无法充分发挥；（5）桩和土层的承载力的发挥和褥垫层薄厚有关系。

综合上述各种因素，并结合实际经验，可以用以下公式来验证CFG桩复合地基的承载力：

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式中：fspk代表修正之后复合地基的承载能力值；m代表面积置换率；Ra代表单桩承载力值；β代表天然地基承载能力值。

2 CFG桩复合地基承载力的计算方法

2.1 复合地基深度修正问题

2.1.1 地基承载力深度修正的要素。（1）超载的压重作用体现了CFG桩复合地基承载力的深度修正。在实际的操作中，施工人员通过用土填埋和将其他的重量转换为土重来实现对于地基承载力的深度修正，这些方法都能够对抗土体的向上运动；（2）地基承载力的计算公式对于超载的连续性具有一定的要求，超载的作用力必须分布在滑动体的表面。用土填埋的方式中作用力是均匀分布的，而其他的重量转换为土重的作用力不一定是连续均匀的；（3）建筑物的地基的最薄弱的部位比较容易发生破坏，因此操作人员可以通过地基的最小值来进行深度修正。

2.1.2 特殊情况下的深度修正。（1）当建筑物具有核心筒时，核心筒的基础地板的厚度为一倍时是不能进行深度修正的。核心筒的建筑物的深度修正的基础地板的厚度必须在2.5倍；（2）如果结构给予复合地基承载力一定的特征值时，那么地基承载力也不能进行深度修正；（3）在地基承载力进行深度修正之后，CFG桩必须进行加长。

2.2 CFG桩复合地基承载力的计算公式的提出

地基的处理具有一定的局限性，而天然地基具有一定的延伸性，不可能发生整体的破坏，因此操作人员需要通过土的强度指标来对地基承载力进行宽度和深度的修正。针对处理后和原状土的地基土的强度指标的修正系数的问题，CFG桩复合地基承载力的计算公式的提出有效地解决了这一问题。

式中：如果深度修正的宽度大于3米或者深度超过0.5米时，操作人员可以通过一些方法来确定地基承载力的特征值。

2.3 CFG桩复合地基变形计算方法

2.3.1 现行变形计算方法的缺点。（1）目前的计算方法在变形模量的取值上存在着一定的问题。勘察中的土样使得试验产生了一定的误差，这造成了计算结果的不准确；（2）计算方法是在地基不发生侧向膨胀的情况下进行的，而在实际过程中土层会发生侧向的变形，这也会导致计算结果不准确。

2.3.2 修正后变形计算方法。目前，粘黏土和粉土主要通过压缩试验来测定，砂土和碎石土通过标贯试验来进行测定。

操作人员在试验的过程中对于土样的搬运和加工会产生土体的扰动，这使得试验中的压缩模量比实际中的要小。从理论上来说，黏性土和粉土比较坚硬，倍数小，不容易受扰动。而砂土和碎石土的灵敏度高，倍数大，容易受扰动。

3 CFG桩复合地基计算方法的数值分析

在对CFG桩进行复合研究时，研究复杂岩土的模拟数值有重要参考价值，通过对模拟数值的简单分析，排除一些限制性因素，如果模型设计正确，参数科学合理，便可以得出正确结论。还可以任意改变其他各项指标，模拟不同状况下的敏感性指标，为建立CFG桩复合地基公式提供可靠依据。本文利用LAC3D分差程序研究CFG复合桩。通过分析比较不同的参数，针对常用的双重控制条件复合地基计算数据，可能会造成不必要的浪费，着重讨论不同承载力的计算公式下复合地基的沉降，在以往的基础上改善CFG桩复合地基的计算方法，从而优化CFG桩的地基设计，以得到实用的结论。

3.1 FLAC3D理论背景

岩土工程结构的数值需要建立在基本方程和边界条件下进行推导。由于基本方程和边界条件多是微分方程形式出现，为此可以用差分方程代替基本方程表示，从而将求微分方程的问题改换成求解代数方程的问题。

FLAC3D求解采用了以下三种计算方法：（1）有限差分法。利用变量中空间和时间的导数均可以使用有限差分来计算；（2）离散模型法。它将连续的介质分离开来，分为3个主要三维单元，单元间有节点相连，所有荷载都集中在介质代表网格中；（3）动态松弛法。应用支点较为松弛，采用运动方程解答，在逐步计分的过程中添加临界阻尼，并通过临界阻尼保持系统平衡。

采用以上三种方法，可以将运动方程转变为离散形式的节点式的方程，然后再采用分差的计算方法得到答案。

3.2 本构模型的选取

土的本构关系是整理分析实验结果分析得出的。使用压缩仪、平面应变仪、真三轴等仪器进行试验，得出土的应变力和应变关系。实验受到一些因素的干扰，例如：土的应力状况和土的形成过程又是千变万化的，有些因素在实验中是体现不出来的，为此有必要在实验基础上提出某些数学模型，把这些模型叫做土体的本构模型。

本文采用FLAC-3D程序对竖向荷载CFG进行模拟。地基土与垫层采用Morh-Coulomb弹塑性模型，桩与基础承台采用相同的模型，用桩土模拟面来模拟移动，按照《建筑地基基础设计规范》进行模拟计算：

Fa=fak+0.3y（b-3）+1.6ym（d-0.5）=312klPa4 CFG桩复合地基承载力的验证

随着时代的不断进步与科技的不断创新，相应的计算机模拟软件技术也受时代的影响与促进得到更好的发展。很多传统的验算方式与观测方式已经不能满足对沉降的可靠预测，因此为了保证验证假设的科学性与合理性，必须收集全部施工过程的监测数据，并对数据的真实性与可靠性进行相应的验证，如此方能确保对CFG桩复合地基承载力验证的科学性、合理性、实用性、可靠性以及精准性。

4.1 分析CFG桩复合地基工程的实例

4.1.1 工程概述。所验证工程实例拟建物均使用的是钢筋混凝土建设的剪力墙架构系统。具体情况如下：楼号：1；建筑面积：11968平；所属层数：10/1；基础形式：筏板；±0.000：47.55；fsk（kPa）：110；fak（kPa）：240；备注；无。

4.1.2 工程建设的地质条件。按照地质的沉積年代能够将其分成五种地质层类，分别是白垩纪泥灰岩、第三纪砾岩、一般第四纪沉积层、新近沉积层以及最顶上的人工堆积层等；按照岩性质地或是工程特点区分包含13个亚层与8个大层。具体详述如下：（1）人工堆积层是显露在外的地表层，主要是人工堆积的素填土层、杂填土以及淤泥层；（2）新近沉积层是低于人工堆积层的粉质黏土，主要是粉质黏土层、重粉质黏土层、砂质粉土层、中砂或粗砂层；（3）一般第四纪沉积层是在新近沉积层之下，主要是粉质黏土层、黏质粉土层、砂质粉土层、黏质粉土层、粉质黏土层、粉砂细砂层、砂质粉土层、重粉质黏土层、中砂层、圆砾卵石层、粗砂或细砂层；（4）白垩纪泥灰岩与第三纪砾岩是在一般第四纪沉积层以下，主要是以强风化泥灰岩层为主。

4.1.3 工程建设的水文条件。钻孔探测地下水位，可根据其深度分为三种水文条件，分别是浅水层、承压水、承压静止水。

4.2 分析与结论

经测试，修正压缩模量后沉降的结果符合实测结果。

5 结语

我国对CFG桩复合地基的运用已有将近30年的历史经验，与桩基进行对比，CFG桩复合地基所采用的材料，可以添加其他的工业材料，如工业废料粉煤灰等，而其承载能力不会受其他材料的运用而造成能力影响，能够最大化地发挥其承载力，具有非常明显的经济效益与社会效益，现已成为我国对地基进行处理的一种比较广泛的应用技术。

参考文献

[1] 何世鸣，赵振国，吴盛斌，夏柏如，程金霞.CFG短桩复合地基沉降规律的研究[J].长春工程学院学报（自然科学版），2010，（3）.

[2] 范伟霞，周建，俞亚南，刘克萍.CFG桩复合地基承载力公式β参数取值分析[J].工业建筑，2006，（3）.

作者简介：纪辉（1970-），男，北京人，河北中色华冠岩土工程有限公司工程师，研究方向：工业及民用建筑、市政工程等岩土工程勘察设计、地基处理设计、基坑工程设计等。

（责任编辑：小 燕）