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CFG桩在复合地基中的应用
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摘 要：根据CFG桩复合地基和务实水泥土桩复合地基的承载机理和特性，提出了将两者结合应用的复合地基。结合工程实例，通过现场原位试验，证明了它的应用价值。
关键词：地基处理；CFG桩复合地基；应用
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。本工程应用CFG桩和水泥土桩复合地基，充分发挥了CFG桩的高承载力性能和水泥土桩的抗变形性能，并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力。
1 基本原理
CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即cement fIying-ash gravel pile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。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。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
2 工程概况
某住宅楼为26层，另有1层地下室，为剪力墙结构。地基采用CFG桩复合地基进行加固处理，桩总桩数约为360余根，桩长10m，桩径400mm。基础采用筏板基础，复合地基承载力特征值430kPa。CFG桩采用长螺旋钻成孔，桩身强度为20MPa；褥垫层采用级配砂石，厚度为0.2m。
2.1工程地质条件
本住宅楼场地地形较平坦，场地属于平原，为第四纪全新世冲积沉积形成。其工程地质条件如表1所示。
2.2平面布置
住宅楼占地（26.1×14.6）m2，高78.6m，平面形状为长方形，地下室层高为4.70m，采用CFG桩复合地基。布桩时考虑桩受力的合理性，尽量利用桩间土应力σs产生的附加应力对桩侧阻力的增大作用。通常σs越大，作用在桩上的水平力越大，桩的侧阻力越大。此复合地基采用CFG桩正方形布置，间距1.45m，本楼的CFG桩有效桩长不小于10m，桩长10m，桩径400mm，预估的单桩承载力特征值为560kN。CFG桩复合地基的设置，不仅可以大幅度的提高地基承载力，减小了变形，并充分利用了桩间土的作用，降低了造价工程造价，一般为桩基的1/3~1/2，经济效益和社会效益非常显著。
3 试验结果分析
3.1复合地基静载荷试验
试验采用单桩复合地基承载力按单桩处理面积加权平均的办法，评价CFG桩和水泥土桩混合地基承载力。试验有两组复合地基试验，每组试验各有一个CFG桩与一个水泥土桩单桩复合地基试验点。第一组为CFG-308#和SNT-410#，第二组为CFG-518#和SNT-632#。从P-S曲线可以看出，复合地基静载荷试验曲线基本属于渐进型的光滑曲线，不存在陡降点。取s/b=0.01（b为方形压板的宽度）对应的荷载，其值均超过最大加荷量的一半，因此取最大加荷量的一半作为CFG桩、水泥土桩的单桩复合地基承载力设计值。即CFG桩单桩复合地基承载力设计值大于550kPa，水泥土桩单桩复合地基承载力设计值大于200kPa，对两组值进行加权平均后，可知CFG桩与夯实水泥土桩混合桩型复合地基承载力不小于375kPa，复合地基承载力提高1倍，满足设计要求。分别对两组中的CFG桩及夯实水泥土桩的试验曲线作比较，两组复合地基的承载力相差不大，说明主楼部分的地基土质分布比较均匀，基底持力层的承载力和压缩模量差别不大。
3.2单桩竖向抗压静载荷试验结果
试验进行了3根CFG桩单桩静荷试验，检测结果显示：CFG桩单桩极限承载力不小于2000KN，地基承载力提高160%；满足设计要求。从检测结果可以看出，3根桩的总沉降都小于10mm，远小于《规范》要求，且沉降随时间、荷载的变化都是均匀的，基本上是弹性的。由此可以看出，当Q=1000KN时，CFG桩还没有达到极限承载力状态，当Q=500KN时，水泥土桩也没有达到极限承载力状态，还有很大“储备”。由卸载曲线可以看出，桩的弹性回弹量很小，最多只有2m，说明桩体刚度很大。
3.3轻便触探试验
为对比加固前后桩间土承载力的变化，完工后，布置了7个轻便触探点进行试验。综合分析桩间土测试结果可知，经水泥土桩与CFG桩处理后浅层桩间土的承载力基本值不低于200kPa，比地基处理前的桩间土承载力有所提高。
3.4应变桩身完整性检测
本工程低应变检测CFG桩桩身完整性65根桩，检测比例约为30%。所测的65根CFG均属于完整桩或基本完整桩，没有影响正常使用的桩。
4 结论
4.1以复合地基静压结果数据看，本工程所采用的组合型复合地基的应用，可最大限度地发挥CFG桩的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。
4.2复合地基中由于CFG桩中掺入少量的粉煤灰，不配筋以及充分发挥桩间土的承载力其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快施工简单易行，且工程造价低，经济效益和社会效益明显。
4.3是否设置褥垫层以及垫层的材料和厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥，合理的垫层厚度对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利的。
4.4由该工程证明此种地基处理方案，质量易控制，造价低，经济、社会、环境效益明显，有极大的发展潜力。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：地基处理；CFG桩复合地基；应用
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。本工程应用CFG桩和水泥土桩复合地基，充分发挥了CFG桩的高承载力性能和水泥土桩的抗变形性能，并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力。
1 基本原理
CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即cement fIying-ash gravel pile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。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。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
2 工程概况
某住宅楼为26层，另有1层地下室，为剪力墙结构。地基采用CFG桩复合地基进行加固处理，桩总桩数约为360余根，桩长10m，桩径400mm。基础采用筏板基础，复合地基承载力特征值430kPa。CFG桩采用长螺旋钻成孔，桩身强度为20MPa；褥垫层采用级配砂石，厚度为0.2m。
2.1工程地质条件
本住宅楼场地地形较平坦，场地属于平原，为第四纪全新世冲积沉积形成。其工程地质条件如表1所示。
2.2平面布置
住宅楼占地（26.1×14.6）m2，高78.6m，平面形状为长方形，地下室层高为4.70m，采用CFG桩复合地基。布桩时考虑桩受力的合理性，尽量利用桩间土应力σs产生的附加应力对桩侧阻力的增大作用。通常σs越大，作用在桩上的水平力越大，桩的侧阻力越大。此复合地基采用CFG桩正方形布置，间距1.45m，本楼的CFG桩有效桩长不小于10m，桩长10m，桩径400mm，预估的单桩承载力特征值为560kN。CFG桩复合地基的设置，不仅可以大幅度的提高地基承载力，减小了变形，并充分利用了桩间土的作用，降低了造价工程造价，一般为桩基的1/3~1/2，经济效益和社会效益非常显著。
3 试验结果分析
3.1复合地基静载荷试验
试验采用单桩复合地基承载力按单桩处理面积加权平均的办法，评价CFG桩和水泥土桩混合地基承载力。试验有两组复合地基试验，每组试验各有一个CFG桩与一个水泥土桩单桩复合地基试验点。第一组为CFG-308#和SNT-410#，第二组为CFG-518#和SNT-632#。从P-S曲线可以看出，复合地基静载荷试验曲线基本属于渐进型的光滑曲线，不存在陡降点。取s/b=0.01（b为方形压板的宽度）对应的荷载，其值均超过最大加荷量的一半，因此取最大加荷量的一半作为CFG桩、水泥土桩的单桩复合地基承载力设计值。即CFG桩单桩复合地基承载力设计值大于550kPa，水泥土桩单桩复合地基承载力设计值大于200kPa，对两组值进行加权平均后，可知CFG桩与夯实水泥土桩混合桩型复合地基承载力不小于375kPa，复合地基承载力提高1倍，满足设计要求。分别对两组中的CFG桩及夯实水泥土桩的试验曲线作比较，两组复合地基的承载力相差不大，说明主楼部分的地基土质分布比较均匀，基底持力层的承载力和压缩模量差别不大。
3.2单桩竖向抗压静载荷试验结果
试验进行了3根CFG桩单桩静荷试验，检测结果显示：CFG桩单桩极限承载力不小于2000KN，地基承载力提高160%；满足设计要求。从检测结果可以看出，3根桩的总沉降都小于10mm，远小于《规范》要求，且沉降随时间、荷载的变化都是均匀的，基本上是弹性的。由此可以看出，当Q=1000KN时，CFG桩还没有达到极限承载力状态，当Q=500KN时，水泥土桩也没有达到极限承载力状态，还有很大“储备”。由卸载曲线可以看出，桩的弹性回弹量很小，最多只有2m，说明桩体刚度很大。
3.3轻便触探试验
为对比加固前后桩间土承载力的变化，完工后，布置了7个轻便触探点进行试验。综合分析桩间土测试结果可知，经水泥土桩与CFG桩处理后浅层桩间土的承载力基本值不低于200kPa，比地基处理前的桩间土承载力有所提高。
3.4应变桩身完整性检测
本工程低应变检测CFG桩桩身完整性65根桩，检测比例约为30%。所测的65根CFG均属于完整桩或基本完整桩，没有影响正常使用的桩。
4 结论
4.1以复合地基静压结果数据看，本工程所采用的组合型复合地基的应用，可最大限度地发挥CFG桩的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。
4.2复合地基中由于CFG桩中掺入少量的粉煤灰，不配筋以及充分发挥桩间土的承载力其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快施工简单易行，且工程造价低，经济效益和社会效益明显。
4.3是否设置褥垫层以及垫层的材料和厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥，合理的垫层厚度对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利的。
4.4由该工程证明此种地基处理方案，质量易控制，造价低，经济、社会、环境效益明显，有极大的发展潜力。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/13106.htm
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