CFG桩地基处理在房屋建筑工程中的应用

郭 瑞 静

(北京中元工程设计顾问有限公司，北京 100048)



CFG桩地基处理在房屋建筑工程中的应用

郭 瑞 静

(北京中元工程设计顾问有限公司，北京 100048)

结合太原某公司综合技术大楼场地工程的地质条件，采取了CFG桩地基处理方案，并从地基承载力设计、变形计算、参数设计等方面，阐述了CFG桩复合地基的设计过程，提出了CFG桩的施工与质量检测要求，达到了良好的地基处理效果。

CFG桩，复合地基，承载力，质量检测

1 概述

JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范2.1.12条定义水泥粉煤灰碎石桩为“由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成竖向增强体的复合地基”，工程界简称其为CFG桩，其和褥垫层、桩间土共同受力支撑基础，承担上部结构荷载。

建设部将CFG桩复合地基作为“七五”计划课题之一，在20世纪80年代进行试验研究，并逐渐应用于工程项目。和传统桩基相比，CFG桩由于桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、桩身不需配置钢筋、能够充分利用原地基土的承载力，因此工程造价低(仅为一般桩基的1/2甚至1/3)，经济效益显著。CFG桩复合地基技术具有施工速度快、工期短、容易控制质量、能降低工程造价等特点，近十几年来在全国范围多个地区得到推广，尤其在北方地区的高层建筑地基处理中也得到广泛应用。

2 工程实例

2.1 工程概况

太原某公司综合技术大楼，地下1层，使用功能为停车库及设备用房；地上12层，为办公及会议。房屋高度48.200 m，抗震设防烈度8度(0.20g)，建筑物安全等级为二级，设计使用年限50年。上部结构为现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，基础采用钢筋混凝土梁板式筏形基础，筏板平面尺寸约为18.8 m×71.4 m，基底相对标高-6.500 m，设计基底地基承载力特征值不小于360 kPa。

2.2 场地工程地质条件

①素填土：黄褐色，褐黄色，稍湿，稍密，以粉土为主，含少量植物根及灰渣、煤渣等。夹①1层杂填土，杂色、稍湿、松散，以碎石、砖块、灰渣、煤渣、粉土及少量的生活垃圾为主，厚度为1.80 m。

②层粉土：褐黄色，黄褐色，稍湿～湿，中密～密实。该层土质不纯，含云母、氧化铁等，局部含少量角砾及碎石等，为中等压缩性粉土。最大层厚3.70 m，最小厚度1.70 m，平均层厚3.12 m。

③层粉土：黄褐色，稍湿～湿，中密～密实状态。该层土质不纯，含云母及氧化物，局部含少量角砾及碎石等；夹③1层粉质粘土，褐黄色、黄褐色，软塑～硬塑状态，含云母及氧化铁，为中等压缩性粉土。最大层厚8.70 m，最小层厚1.00 m，平均层厚3.90 m。

④层粉质粘土：黄褐色、褐黄色，局部夹灰褐色，可塑状态，局部为硬塑。该层土质不纯，含少量云母及氧化物，局部含少量角砾等；夹④1层粉土，褐黄色、黄褐色，稍湿～湿，密实，为中等压缩性粉质粘土。最大层厚9.90 m，最小层厚1.40 m，平均层厚4.30 m。

⑤层粉质粘土：褐黄色，黄褐色，局部夹灰褐色，可塑～硬塑状态。该层土质不纯，含少量云母及氧化物，局部含少量角砾及碎石等；夹⑤1层粉土，褐黄色、黄褐色，稍湿～湿，密实状态。该层土质不纯，含云母及氧化物，局部夹⑤2层角砾，为中等压缩性粉质粘土。该层未揭穿，最大层厚10.0 m，最小层厚1.10 m，平均层厚4.93 m。

拟建场地内的饱和粉土均不液化，场地抗震设防烈度为8度时，不存在可能产生震陷影响的软弱土层，抗震地段属一般地段，不具有湿陷性。

拟建场地地下水的补给主要为大气降水，排泄方式以蒸发为主，地下水类型为第四系孔隙潜水。随季节变化地下水位略有波动，季节性水位变幅约0.5 m。勘察期间实测地下水静止水位埋深3.2 m～5.1 m，相应水位标高813.54 m～815.41 m。综合评价地下水对混凝土结构的腐蚀性等级为微，在干湿交替条件下地下水对混凝土结构中的钢筋腐蚀性等级为弱。

物理力学性质指标统计见表1。

表1 物理力学性质指标统计表

2.3 地基处理方案的选择

拟建场地自然地面标高为818.08 m～819.13 m，建筑物基础埋深6.5 m(±0.00=825.50 m)，相应基底标高为818.7 m，场地内分布的粉土②层层顶标高为816.56 m～818.43 m；若采用天然地基，基底坐落在粉土②层，而拟建综合技术大楼上部荷载较大，粉土②层作为基础持力层时难以满足对地基承载力及变形控制的要求，故不宜采用天然地基。根据本场地土质情况，采用钻孔灌注桩或预制桩技术均可行，但桩径大，施工周期长，施工噪声大，造价高。而地基处理后的承载力需要有很大幅度提高，后经过技术经济对比，采用CFG桩复合地基进行地基的加固处理，桩端持力层选用粉质粘土⑤层。

CFG桩及桩基设计参数见表2。

表2 CFG桩及桩基设计参数表 kPa

2.4 CFG桩复合地基的设计过程

1)复合地基承载力设计。

《建筑地基处理技术规范》7.1.5条规定“复合地基承载力特征值应通过复合地基静载荷试验确定，初步设计时，可按下式估算”：

fspk=λmRa/Ap+β(1-m)fsk。

本工程根据勘察报告提供的各土层物理力学参数及CFG桩的有关设计参数经过计算得出单桩竖向承载力特征值Ra=755kN，复合地基承载力特征值为364kPa。

2)复合地基的变形计算。

按规范要求，变形计算采用复合模量法，计算时复合土层的分层与天然地基分层方法相同，复合土层的模量取该层天然地基模量的ζ倍(即ζ= fspk/fak，fak为基底下天然地基承载力特征值)，下卧层用天然地基压缩模量。复合地基变形计算深度应大于复合土层的厚度。根据勘察报告提供的土层参数，计算结果复合地基最终变形值为46.4，满足规范要求。

3)设计参数。

a.桩长：根据建筑物对承载力和变形的要求及土质条件，桩端应置于承载力、压缩模量相对较高，厚度较大的土层上。本工程以粉质粘土⑤层作为桩端持力层，桩长20.5m。

b.桩径：根据打桩机械，长螺旋钻中心压灌设计桩径范围350mm～600mm，本工程取400mm。

c.桩间距：需综合考虑工程要求的处理后地基承载力的大小、原地基土性质以及施工机械类型，施工时相邻桩之间的影响。一般采用非挤土成桩方法的桩距s取(3～5)d，本工程为1.44m×1.48m，置换率为0.058 8。

d.混凝土强度：桩身强度应满足下式要求:

fcu≥4λRa/Ap。

其中，fcu为桩体试块(边长150mm立方体)在标准条件下养护28d的立方体抗压强度平均值，kPa。

本工程fcu≥4×0.9×750×103/0.125 6=21.5MPa，混凝土采用C25。

e.褥垫层厚度：褥垫层厚度宜为(0.4～0.6)d，本工程采用200mm厚的级配砂石或碎石，粒径8mm～20mm，夯填度不大于0.9。不宜选用咬合力弱的卵石，易造成褥垫层薄厚不均匀，质量差。褥垫层周边扩出基础垫层或桩边200mm且周边要有原状土约束，如图1所示。电梯井坑斜面部位褥垫层铺设如图2所示。

2.5 CFG桩施工与质量检测结果

1)CFG桩施工。

桩体施工采用长螺旋钻管内泵压混凝土工艺，成孔到设计规定的标高后，即停止向下钻进，开始泵送混合料，当混合料充满钻杆芯管后再开始拔管，严禁先提管后泵料。施工中每根桩的投料量不得少于按设计桩体计算出的灌注量。清理桩顶以上地基土和截桩头时不得造成桩顶标高以下桩身的断裂和对桩间土的扰动，桩头应完整、平整，以利于受力均匀。

2)地基处理效果检验。

本工程共施工554根CFG桩，施工完成后由建设方委托有资质的检测单位进行检测。随机抽验56根桩，占总桩数的1%，进行低应变动力试验检测桩身完整性，检测结果Ⅰ类桩50根，占被测桩总数89%；Ⅱ类桩6根，占被测桩总数11%；未发现Ⅲ类、Ⅳ类桩，桩身质量满足设计要求。同时随机抽取6根桩进行单桩静载荷试验，在最大荷载1 500 kN时，累计沉降量在21 mm～26 mm之间；抽取6根桩进行单桩复合地基静载荷试验，在最大试验荷载720 kPa时，累计沉降量在24 mm～28 mm之间。检验结果表明，该场地单桩承载力特征值及复合地基承载力特征值均满足设计要求。

3 结语

1)处理过的复合地基须通过复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验确定地基的承载力特征值作为工程依据，因此，桩施工完后，必须进行验桩，合格后才能进行下一步施工。

2)褥垫层的合理设置对保证桩、土共同承担荷载，减小基础底面的应力集中起到至关重要的作用。

3)基坑开挖时要注意保护桩及桩间土不受扰动及破坏。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[2] GB/T 50783—2012，复合地基技术规范[S].

[3] 闫明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].第2版.北京：中国水利水电出版社,2006.

Application of CFG pile foundation treatment in housing building engineering

Guo Ruijing

(BeijingZhongyuanEngineeringDesignConsultingCo.,Ltd,Beijing100048,China)

Combining with geological conditions of the composite technology building engineering in Taiyuan city, applying CFG pile foundation processing scheme, starting from aspects of foundation bearing capacity design, deformation computation and parameter design, the paper describes the CFG pile composite foundation design process, and puts forward CFG pile construction and quality detection demands, and finally achieves good foundation processing effect.

CFG pile, composite foundation, bearing capacity, quality detection

1009-6825(2017)06-0102-03

2016-12-19

郭瑞静(1973- )，女，工程师

TU473.1

A