CFG桩复合地基在泥炭土地基市政工程中的应用

谢本怡 ，叶遇春 ，雷才波 ，起大鹏 （.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 43000；.楚雄市供排水有限公司，云南 楚雄 675000）

1 引言

CFG 桩复合地基作为一种刚性桩复合地基，具有较大的适用范围，可处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基。市政工程中对地基承载力要求较低， CFG 桩复合地基充分利用了天然地基的承载力，相比于桩基，造价明显降低，同时还具有工期短、施工质量容易控制等特点[1]，因此，CFG 桩复合地基在市政工程中具有较好的经济效益和社会效益。

2 工程概况及地质情况

昆明市官渡区拟建某污水处理站，处理规模为 10000m3/d。拟建场地现状为废弃空地，地势较为平坦，堆有 大量填土及建筑垃圾。污水处理站拟建建筑物及污水处理构筑物共13座，均为地上一层建筑，建筑物基础形式为条形基础，构筑物为筏板基础。场地土层较为复杂，地质参数详见表 1。

表1 各土层主要物理力学指标建议值表

3 CFG桩复合地基设计

本工程所处场地表层覆盖了较厚的填土层，下部为滇池边常年淤积的泥炭质土，土层整体承载力较低，稳定性较差。因本工程各单体建筑物所需荷载（见表 2）较低，地基土层分布不均匀，桩端持力层难以确定，故不考虑桩基础。对于散体材料桩复合地基（如碎石桩）和黏结体复合地基（如水泥土搅拌桩），在含水率高、高压缩性不稳定土体中成桩效果不好，也不适用于本工程。

综合以上因素，本工程采用 CFG 桩复合地基作为地基处理方案。

3.1 CFG桩配合比设计

考虑 CFG 桩在施工过程及后期使用中需要足够的刚度，CFG 桩设计桩身无侧限抗压强度不低于 C20，设计坍落度150～200mm。根据 JGJ 55—2011 《普通混凝土配合比设计规程》，设计配合比和水胶比如下：

式中，fcu,0为混凝土配制强度，MPa；fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；σ 为混凝土强度标准差，MPa；W 为单位体积混凝土中水的用量；C 为单位体积混凝土中胶凝材料的用量；a、b 为回归系数；fc为胶凝材料 28d 胶砂抗压强度，MPa。

由式（2）计算得 W/C=0.7，取水胶比 0.65；

计算得：石屑用量 G1=496kg，碎石用量 G2=1198kg。

施工前按上述配比试配, 并按坍落度孔调整减水剂及水的用量。

3.2 CFG桩复合地基承载力

CFG 桩以水泥和粉煤灰为主要胶结材料，添加在碎石体中共同作用，同时添加适量改善级配的石屑，从而使桩体获得胶结强度并转化为具有刚性桩特点的高黏结强度桩。CFG 桩在竖向荷载作用下，桩身刚度较大，不易发生侧向应变，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深层地基中，使地基承载力显著提高。

CFG 桩属于有黏结强度增强体复合地基，其承载力由桩间土承载力和单桩承载力共同组成，根据 JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》[2]，地基承载力按式（3）计算：

CFG 桩单桩承载力 Ra按式（4）计算：

式中，fspk为处理后桩间土承载力特征值，kPa；λ 为单桩承载力发挥系数：Ra为单桩承载力特征值，kN；Ap为桩截面面积，m2；为桩间土承载力发挥系数；m 为面积置换率；up为桩周长，m；qsi为桩周第 i 层土的侧阻力特征值，kPa；lpi为桩长范围内第 i层土的厚度，m；αp为桩端端阻力发挥系数；qp为桩端端阻力特征值。

根据地勘报告显示，本工程桩端可用持力层较深，桩长较长，为保证 CFG 桩长细比，适当增加桩直径，取 600mm，桩间距 1500mm。CFG 桩面积置换率 m=0.095，桩间土承载力发挥系数取 0.9。

由式（3）和式（4）计算可得：Ra=165kN，fspk=114kPa。设计取单桩承载力 150kN，复合地基承载力特征值 110kPa。

3.3 CFG桩沉降计算

刚性桩复合地基桩间土与桩在荷载作用下的荷载分担与压缩变形是一种动态关系，CFG 桩复合地基沉降计算按照 GB 50007—2012《建筑地基基础设计规范》[3]中推荐的复合模量法计算。

加固区和下卧层土体内的应力分布采用各向同性均质的直线变形体理论，按分层总和法计算变形量：

式中，n 为下卧层土的分层数；p 为对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力；ψ 为沉降计算经验系数，参照规范中的表 5.3.5 取值；ζ 为复合模量提高系数；Esi为基础地面下第 i 层土的压缩模量；zi、zi-1分别为基础地面至第 i 层土、第 i-1 层土底面的距离为基础地面计算点至第 i 层土、第 i-1 层土底面范围内平均附加应力系数。

在本工程中，结合已计算出的复合地基承载力 fak及其他查表得的已知参数，可计算出值、复合地基加固区等效压缩模量等参数，代入式（5）应用分层总和法，计算出复合地基最终沉降量 S=95mm。

3.4 施工工艺

根据拟建场地的地基土含水率高、灵敏度高的特性，选用长螺旋压灌成桩的施工工艺，增强桩间土的压实挤密效果，施工时应采用跳打的施工顺序。实际施工过程中出现了充盈系数较大的问题，通过超灌混凝土，保证了成桩效果。

4 CFG桩复合地基加固效果

CFG 桩复合地基施工完成后，对复合地基进行了单桩承载力试验和复合地基静载试验，载荷板尺寸选用 2.5m×2.5m，覆盖4根 CFG 桩。

测得单桩承载力 Ra=160kN，复合地基承载力 fspk=120kPa，均较设计值略大，满足设计要求。静载试验下 P-S（荷载-沉降）曲线如图1所示。对复合地基上各单体进行沉降观测，取6个观测点（分别布置在细格栅、初沉池、速分池、孢子机、滤布滤池、脱水车间上）的沉降值如图2所示。

图1 荷载试验下沉降量

图2 沉降观测记录表

由沉降观测结果可知，经过15个月后，沉降趋势已经稳定，沉降量在可控范围内，地基处理较为成功。各单体构筑物沉降差较小，未出现超过规范限制的不均匀沉降。

5 结语

根据规范合理选用桩、土、褥垫层等地基相关参数，考虑桩土间摩擦，可以较客观真实地计算出桩土共同工作、复合受力等特点，计算结果可以指导 CFG 桩复合地基在市政工程中设计施工。对该污水处理站的泥炭质土软弱地基经 CFG 桩处理后，复合地基承载力可达 110kPa，可作为滇池边类似条件下工程的参考经验。