cfg桩复合地基在天津使用前景

【摘要】建筑物地基基础部分土建造价造价对建筑整体造价影响很大。选择安全、经济、施工简单快速的地基基础形式对于每一项工程都具有重要意义。从地基、复合地基的概念入手，根据cfg桩复合地基特点与常用地基基础形式的对比结果，并结合天津地质情况讨论该基础形式在天津使用的前景。

【关键词】cfg复合地基；天津；造价

房屋建筑通常是由上部结构和基础两大部分组成的。基础是承受上部结构荷重并将荷重传递到基础以下土层的结构。cfg桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘度强度桩，它和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。该复合地基技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，已成为北京及其周边地区应用最普遍的地基处理技术之一。

1 天津地质情况与cfg桩工艺

天津地处华北平原，东侧为渤海，同时有多条河流从天津流入渤海，场地表层土属于冲积形成，故表层土强度不高，一般均为100kpa~120kpa左右，而塘沽区、大港区建筑物地基主要受力范围内均有较深厚的淤泥、淤泥质粘土，其承载力更低。天津一般地表以下20米范围内，均有工程性质较好的桩端持力层，如中密及中密以上的粉砂层、粉土层及粉质粘土层。持力层上土层多为含水量较高的粘性土。目前cfg桩施工最为成熟的工艺为长螺旋钻孔管内泵压cfg桩，该工艺成桩最大桩长达20多米，适用于粘性土、粉土、砂土、粒径不大于60mm厚度不大于5m的卵石层，具有低噪音、无泥浆、无振动、对已打桩无不良影响、施工效率高等优点，从施工角度完全适于在天津使用（塘沽、大港等有较厚淤泥及淤泥质粘土层地区除外）。

2 经济性对比

2.1 多层建筑物cfg桩复合地基与天然地基、桩基

多层结构一般不带地下室，基础形式多以柱下独立基础、墙下条形基础为主。现以一6层结构框架，轴网尺寸6x6米，柱底轴力标准值3000kn为例(不考虑偏心荷载工况)，核算柱下天然独基、桩基及采用cfg桩地基处理技术后三种方案的经济性。假设该地基fak=100kpa，为e大于0.85的粉质粘土，深度修正用埋置深度d=1.5m，室内外高差0.45m，γM=18KN/M3，忽略地下水位和基础宽度修正的影响，计算结果如下：

天然地基：fa=118kpa,柱下独基基础底面积A=38，独立基础基础已经连成一片，成为了筏型基础。筏形基础上回填土均成为了荷载，经计算，筏形基础不能满足承载力要求，此方案不可行。

桩基础：假设桩长20米，桩端为粉土层，对于预制桩其qsik为60kpa，qpk=2300 kpa，进持力层深度2.0m，其余桩身长度范围内土侧阻平均值为40kpa，则直径400管桩极限承载力Quk=1.256x(40x18+60x2)+ 3.14/4x(0.42-0.2x0.212)x2300=1328kn。Ra= 664kn,单柱下需布桩5根，该柱下承台钢筋混凝土体积3.74m³。

管桩造价127元/m，钢筋混凝土材料费加施工费2000元/m³，则其造价为20x127x5+2000x3.74=2.0万元。

cfg复合地基：采用直径400mm长20米的长螺旋灌注桩，单桩极限承载力Quk=1.256x(40x18+60x2)+3.14/4x0.22x2300=1340kn，则Ra =670kn,单方造价为700元，每根桩造价为3.14x0. 22x20x700=1758元。每根柱下布4根桩，设独立基础面积为2.7x2.7=7.29，基础p平均高度为0.5m，桩间土承载力折减系数β取0.9。置换率m=3.14x0.22x4/2.7/2.7=0.069。fspk=0.069x 670/ 0.1256+0.9x0.93x100=451kpa。fa=410+ 1x18= 469kpa。基础底面积A=3000/(469-18 x1.95) =6.9，故原假定基础面积复合规范要求【3】。200mm厚褥垫层考虑其开挖及回填碎石造价160元/m³，则其总造价为1758x4+ 7.29x0.5x2000+7.29x0.2x160=1.46万元。

对于多层框架结构，上述三种情况，天然地基方案不可行，预应力管桩、cfg复合地基造价分别为2.0、1.46万元，可见cfg复合地基造价仅为管桩基础的73%，经济效益明显。

2.2 带地下室的高层建筑cfg复合地基与桩基经济性对比

令一地上18层住宅带1层地下室，地上层高3m，地下室层高5.6m，室内外高差0.45m，建筑平面尺寸为30mx40m，建筑物总重319200kn(含底板)，假设该地基fak=100kpa，为e大于0.85的粉质粘土，筏型基础深度修正用埋置深度d=5.15m，桩第一持力层为粉质粘土，层顶至基底下皮为10m，端阻为2000kpa，第二持力层为粉土，层顶至基底下皮为23m，粉土层侧阻为60kpa，端阻为2500kpa；第二持力层以上土层侧阻平均值为45kpa，桩身室内外高差0.45m， γM=18KN/M3，忽略地下水位和基础宽度修正的影响。

通过分析，采用cfg桩复合地基方案时，所有cfg桩提供承载力比纯桩基础要小很多，主要体现在：符合地基为补偿性基础，如本例地下室所挖去的土重为18x5.15=93kpa,本工程每平米荷载标准值约为15kpa，则知挖去的土相当于6层楼，而土本身提供的承载力为86kpa，也就是说又分担走了6层楼的荷载，所以cfg桩本身仅需提供6层楼加基础底板的荷载。理论上，cfg桩本身所需总承载力仅为纯桩基时的1/3，而其造价又仅为纯桩基的2/3，所以cfg桩部分造价为纯桩基的2/9，这是一个极具吸引力的数字。

3 施工简易性

预应力混凝土管桩及长螺旋压灌cfg桩均有施工简单的特性。前者采用静压沉桩或锤击沉桩，静压沉桩时静压机较大，且要求场地平整，承载力不低于100kpa；锤击沉桩震动较大，且锤击时产生的巨大噪音及震动对周围环境污染较重。后者有施工机具占地小，无噪声无污染及能耗小的特点，且无需前者需要堆放管桩的场地，仅需泵压混凝土时的加压设备及导管，但需要回填碎石褥垫层。

4 施工适应性

管桩在穿越较厚密实粉土及砂土时即使使用锤击沉桩，也很难

达到桩端设计标高。长螺旋成孔cfg桩则能够穿过上述土层，但在淤泥质土层中及松散填土中成桩时，由于土体强度较小，很有可能造成桩体扩径，虽然对桩本身承载力影响不大，但是会增加混凝土用量，导致造价增加，所以在上述土层中使用时应谨慎。天津采用管桩时多为不加桩尖的半挤土桩，要求桩间距为3.5d；长螺旋压灌cfg桩为非挤土桩，要求桩间距为3.0d，桩基设计时更能适应上部结构布置。

5 结论

cfg桩复合地基沉降较小，且在经济性、施工简易程度、适用性等方面均有较大优势，天津地区推广潜力很大。

参考资料

[1]《建筑地基处理技术规范》 JGJ 79-2002北京：中国建筑工业出版社，2002。

[2]《cfg桩复合地基技术及工程实践》（第二版）中国水利水电出版社 北京 2010

[3]《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2002北京：中国建筑工业出版社，2002。