CFG桩复合地基设计探讨

摘要：CFG应用范围广，施工方便，比较经济等特点，对于道路工程有着重要的意义，需要了解其工作机理等，在设计中按步骤严格进行设计。

关键词：CFG桩复合地基；工作机理；设计；

中图分类号：TU4文献标识码： A 文章编号：

前言

CFG(Cement Fly-ash Gravel) 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。CFG 桩是把碎石和适量的石屑、粉煤灰、水泥加水拌和，一般采用振动成管桩的设备，制成一种具有较高粘结强度的桩体，属于低强度桩复合地基的一种，它具有适应性强、承载力提高幅度大、沉降量小的特点，目前广泛应用于高等级道路桥头路基及构造物等承载力要求高、沉降量要求小的路段。

一、CFG桩复合地基工作机理

CFG 桩复合地基加固机理主要是其褥垫层（砂、碎石或级配砂石） 将上部基础传来的基底压力通过变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力。同时土体由于桩的挤密作用而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。

1、褥垫层的作用

CFC桩中的褥垫层是CFG桩复合地基的重要组成部分，若基础和桩之间不设褥垫层，在垂直荷载作用下，随着时间的增加，桩就会产生一定的沉降使荷载逐渐向桩间土转移，当桩端落在坚硬土层或岩石上时，桩的沉降很小，桩上的荷载向桩间土转移的数量很小，桩间土的承载力难以发挥。

若在基础和桩之间设置一定厚度的褥垫层，当基础承受荷载时，桩和桩间都要生沉降变形，由于桩的模量远比土的变形模量大，因而桩比土的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层材料不断调整补充到桩间土上，也就能保证桩和桩间土始终参与工作。因此，在基础下设置一定厚庋的褥垫层，对提高桩间土承载力、减少复合土层沉降变形起着一定的作用。

2、置换作用

CFG桩复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大得多，在荷载作用下，由于桩顶沉降与桩间土的沉降相互协调，基底应力在桩顶发生应力集中，桩顶应力比桩间土表面应力大。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。

二、CFG 桩复合地基的特点

CFG 桩复合地基桩刚度小、桩间距小、桩身承载力小，常用作建筑物软基础的加固处理，分散布满建筑物基础下，通过褥垫层使桩和桩间土形成一个完整的复合地基，并提高原地基承载力，达到建筑物对地基的承载要求，CFG 桩复合地基不是仅利用 CFG 桩的自身承载能力，而是利用桩与桩间土的摩擦所形成的整体地基来承受上部建筑物的下传力。CFG 桩的粗骨料为碎石；中等粒径骨料为石屑，可以改善桩体级配，增强桩体强度；细骨料为粉煤灰，具有低标号水泥的作用，可使桩体具有明显的后期强度。CFG 桩施工工艺简单、无场地污染、振动影响小，所用材料仅需少量水泥，便于就地取材；节约材料，其受力特性与水泥搅拌桩类似。

三、CFG 桩复合地基的适用范围

CFG 桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，具有较大的适用范围。就其上部的基础形式来看，CFG桩复合地基适用于条形基础、独立基础、筏形基础、箱形基础等。就其处理的地基土土性而言，CFG 桩复合地基适用于处理饱和及非饱和黏性土、粉土、砂土、已自重固结的素填土、淤泥质土及非自重湿陷性黄土地基。

四、CFG桩复合地基设计

1、复合地基设计

根据计算结果及勘察公司提供的地质报告，设计采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）。根据《建筑地基处理技术规范》，采用直径为 400mm 的桩，正方形布置，根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）[1]相关规定，计算如下：

桩周长 up=πd=3.14×0.4=1.256m

桩截面面积：Ap=πr2=3.14×0.22=1.256m2

单桩竖向承载力特征值

Ra=up

n

i = 1

Σqsili+qpAp=[1.256×(45×1.0+40×0.8+50×2.0+55×1.5+55×3.2)]+0.1256×450]÷2=301.75kN =301.75kN

考虑到钻孔地层的变化，设计时，单桩承载力特征值取300.00kN。

2、桩身混凝土强度计算

实际取 C15 混凝土强度满足要求。

桩土面积置换率 m（正方形布桩）：d=0.4m,de=1.13s=1.13×1.45=1.64m

m=d2/de2=0.42/1.642=0.059

CFG 桩复合地基承载力特征值 fspk：其中 β 取 0.75。

fspk=mRaAp+β(1-m)fsk=0.0595×3000.1256+0.75(1-0.0595)×140=240.85kPa

3、变形计算

CFG 桩复合地基的变形计算应按照相关规范规定计算：

s=ψs·Sc=ψs·ni = 1Σp0Esi(ziαi-zi-1αi-1)(1)

ξ= fspk/fak(2)

E=ξEsi(3)

式中,s 为地基最终沉降量；Sc为按分层总和法计算的地基沉降量；ψs沉降计算经验系数；n 为地基计算深度范围内划分的土层数；P0为相应于荷载效应准永久组合的基础底面处的附加压力值；zi、zi-1为基础底面至第 i 层土、第 i-1 层土底面的距离；αi、αi-1为基础底面计算点到第 i 层土、第 i-1 层土底面范围内的平均附加应力系数；Esi为第 i 层土的压缩模量，对于复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的 ξ 倍；fak为基础底面下天然地基承载力特征值。经 JCCAD 程序计算，CFG 桩加固处理后，在附加应力作用下，建筑物沉降量最大值为 28mm，建筑物倾斜

4、设置褥垫层

褥垫层的作用：①保证桩同承担荷载，它是水泥粉煤灰碎石桩形成复合地基的重要条件。②通过改变褥垫层的厚度，调整桩垂直荷载的分担，通常褥垫层越薄桩承担的荷载占总荷载百分比越高，反之亦然。③减少基础底面的应力集中。④调整桩、土水平荷载的分担，褥垫层越厚，土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大，桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。

褥垫层材料：褥垫层材料宜选用中砂、粗砂、级配砂石和碎石，最大粒径不宜大于 30mm。不宜采用卵石，由于卵石咬合能力差，施工扰动大、褥垫层厚度不容易保证均匀。

5、桩质量检验的要求

复合地基载荷试验是确定复合地基承载力、评定加固效果的重要依据。进行复合地基载荷试验时必须保证桩体强度，满足实验要求。进行单桩载荷试验时为防止试验中桩头被压碎，宜对桩头进行加固。在确定实验日期时，还应考虑施工过程中对桩间土的扰动，桩间土承载力和桩的侧阻端阻的恢复都需要一定时间，一般在冬季检测时桩和桩间土强度增长缓慢。复合地基载荷试验所用载荷板的面积应与受检测桩所承担的面积相同。选择试验点时应本着随机分布的原则进行。

结束语

CFG 桩与桩间土形成复合地基，不仅能提高天然地基的承载力，而且能有效地减少地基总沉降及差异沉降，CFG 桩施工简单，所用材料为水泥、粉煤灰、石屑、碎石，便于就地取材，是一种方便的地基处理方式，可以说CFG 桩具有良好的经济效果和可靠地技术效果。

参考文献

[1] 徐卓,翟鸣元.CFG 桩复合地基的工程应用探讨[J].山西建筑，2008,34（18）：:26-27.

[2] 廖琴.CFG桩复合地基桩帽结构施工工艺[J].价值工程，2012(07).

[3] 王娟，王兴科，郭亚宇.CFG 桩加固软土地基施工技术[J].价值工程，2011(22).