CFG桩在高层建筑地基基础设计中的应用

【摘要】为适应现代化经济建设的高速发展，越来越多高层建筑在软弱或相对软弱的土层上进行建设，同时为满足高层建筑对地基承载力、变形的控制要求，地基处理技术具有极其重要的现实意义。本文就CFG桩进行分析，首先阐述了其结构，其次分析了此桩在建筑地基基础中的作用，然后结合实例对设计方法进行论述，旨在为类似工程提供参考。

【关键词】高层建筑;CFG桩;复合地基;基础设计   【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.042

1、引言

水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩）作为经常使用的一种复合地基处理方法，以其承载力提高幅度大、地基变形小等特点得以广泛推广。下文就CFG桩复合地基处理设计进行深入分析。

2、CFG桩概述

CFG桩是指由水泥、粉煤灰、碎石和石屑等搅拌而成的高粘结性桩，其桩体内部不设置钢筋，桩体与桩间土、褥垫层三者协同形成 CFG 桩复合地基，如图1。因为桩间土本身的弹性模量和桩体的强度都比桩体小得多，所以当在承受荷载的时候，桩间土表面的应力会比桩顶的应力小得多，于是传来的荷载可以被桩逐步分解并向下层的土地传递，同时对桩间土起到减少荷载的作用。CFG桩在不需要配筋的同时也具有显著减少变形，提高复合地基承载力的作用。

3、CFG在建筑地基基础工程中的作用

3.1排水的作用

CFG桩的建设除了最基本的承载作用，还有排水作用，当CFG桩在地下开始建设时，最为常见的方法，就是用沉管灌注。CFG桩施工中，沉管和拨管产生出来的震动，会让地里的土壤之间产生空隙压力，空隙当中的水就会顺着桩体流向外面，排水持续到CFG桩整体硬结后停止，可排出地基中的水分。

3.2桩体的作用

CFG桩最主要的作用就是承担负荷，桩体在重力的压缩下，桩体的负载力会比周围的土地小很多，所以地基基础传到复合地基当中的力量就会逐渐地集中到桩体上桩体就变成了承载整个房屋负荷的主要部分，呈现出明显的力量集中趋势，周围土地的承载力就会减小，为基础地基减少负荷。

3.3褥垫层的作用

所谓的垫褥层，是由一些零散的材料构成，能够保证桩体土壤共同承受防护重量，而且还可以调节桩体的垂直荷载的分担情况，也可以在很大程度上减少基层地面的承受力，提高房屋的建筑效率以及房屋安全性。

4、实例分析CFG桩在高层建筑地基基础设计中的应用

某住宅小区共建设 11 栋高层建筑，规划总用地面积 61421.41m，总建筑面积约 333233.65m。其中 9#-12#楼（以下叙述仅针对 9#-12#楼）地上 34 层，地下 3 层，建筑高度 100 m。建筑物采用剪力墙结构，筏板基础，以CFG 桩复合地基作为筏板基础的持力层。各岩土层物理力学性质见表 1。

4.1 CFG 桩复合地基设计计算

本次设计计算按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）相关规定进行。先根据地层情况按式（1）进行单桩承载力R 估算得到R。

式中：μ为 CFG 桩周长，m;q为第 i 层土的桩侧阻力特征值，kPa;l为桩在第 i 层土的长度，m;q为桩端阻力特征值，kPa;A为桩端截面积，m;a为桩端阻力发挥系数。

再根据桩身材料强度按式（2）和式（3）进行单桩承载力 R  估算，得到R和R。

式中：f为桩身混凝土强度标准值，kPa;λ 为单桩承载力发挥系数;f为深度修正后的复合地基承载力特征值，kPa;γ 为基底以上土层的加权平均重度，kN/m;d为基础埋深，m。

通 过 取 最 小 值 算 得 单 桩 承 载 力 的 计 算值 R ：

再根据式（5）反算置换率 m。

式中：f为深度修正前的复合地基承载力特征值，kPa;β为桩间土承载力发挥系数;f为处理后桩间土承载力特征值，kPa。

最 终 根 据 布 桩 形 式 及 已 算 得 的 置 换 率 布置CFG桩。

本次设计采用分层总和法，其中各复合土层的压缩模量为原压缩模量的fspk/fsk倍。算得地基沉降约42～63mm，沉降量和整体倾斜均能满足规范要求。

最终设计CFG桩桩径600mm，桩身混凝土强度为C20，单桩承载力700～1000kN，以强风化泥质粉砂岩④、中等风化泥质粉砂岩⑤或硅质灰岩⑦作为桩端持力层，桩间距按照1.3m×1.3m～1.6m×1.6m布置，满足复合地基承载力特征值620～650kPa的要求。

4.2应用效果分析

4.2.1承载力检测结果分析

CFG 桩施工完毕后进行了单桩增强体和复合地基的承载力检测。各受检复合地基试验点最大沉降均在规范允许范围之内，复合地基承载力能达到设计要求。

4.2.2建筑物沉降监测结果分析

复合地基施工完毕后，对施工和使用阶段进行的了沉降观测。以 12#楼为例，12#楼沉降观测结果如图2 所示，图中 P1-P7 表示各沉降观测点符号。

由图2可知，随着建筑物施工层数的增加，建筑物的沉降逐渐增大，但各沉降观测点的沉降差异不大，在封顶（34 层）时沉降为 15.57～18.01 mm，建筑物沉降较为均匀。

结束语：

综上所述，CFG桩复合地基在控制变形、改善地基承载力方面有重要作用，在设计过程中，需根据工程现场的地质情况、建筑主体结构、地基基础设计要求等编制专项方案，灵活选用桩型、桩长、桩径，保证工程质量。

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作者简介：

周昱哲（1987-），男，湖南长沙人，本科，工程师，研究方向：结构设计。