水泥粉煤灰碎石桩在储罐地基的应用

摘要：结合本人在某大型储罐工程中的工程实例和对《建筑地基处理规范》（JGJ79-2002）的理解，本文着重介绍水泥粉煤灰碎石桩复合地基的设计方法和在石油化工装置储罐地基的应用。

关键词：水泥粉煤灰碎石桩;复合地基;工程实例

Abstract: based on his own in a large tanks in the project of engineering examples and to the construction of foundation treatment rules "(JGJ79-2002) understanding, this paper introduces cement and fly ash gravel pile composite foundation design method in petrochemical storage tanks and the application of the foundation.

Keywords: cement and fly ash gravel pile; Composite foundation; Engineering example

中图分类号： TU522.3+5文献标识码：A 文章编号：

概述：

水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和，利用各种成桩机械在地基中制成的一种高粘结强度桩，简称CFG桩（C-Cement、F-Flyash、G-Gravel）。通过调整水泥用量和配比，桩体强度等级在C5~C25之间。CFG桩、桩间土以及褥垫层共同构成CFG桩复合地基。

CFG桩与素混凝土桩的区别仅在于其桩体材料的构成不同，而在变形和受力特性方面没有太大区别。CFG桩由于用工业废料-粉煤灰代替了部分水泥，其配比更加经济，可有效降低工程造价。粉煤灰是燃煤发电厂排出的一种工业废料，它是磨至一定细度的煤粉在锅炉中燃烧后，由收尘设备收集的细灰，其最主要的化学成分为SiO2和Al2O3。添加粉煤灰主要是为了降低成本，同时可以利用粉煤灰中的球形颗粒在水泥浆中起到作用，从而增加混合料的和易性并具有低强度水泥的左右。

CFG桩复合地基技术从90年代开始推广，经历了近20年的不断研究完善和实践，目前已广泛应用于民用多层及高层建筑的地基处理上，近年来也逐步在石油化工领域大型厂房及设备的软弱地基处理上得到使用。

CFG桩复合地基的工作机理

2.1 褥垫层的作用

CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土、褥垫层共同组成，褥垫层是CFG桩复合地基不可或缺一部分。这里所说的褥垫层不是基础底下常设置的100mm厚素混凝土垫层，而是在桩顶和该素混凝土垫层之间设置的散体材料垫层。褥垫层在CFG桩复合地基中主要起到如下三种作用：

保证CFG桩和桩间同承担外荷载，也是形成CFG复合地基的重

要条件。

如图1所示，基础通过厚度为H的褥垫层与桩和桩间土联系起来，若H为零，则桩与桩间土传递垂直荷载与桩基相似；H＞0时，当基础承受荷载时，CFG桩和桩间土都要发生沉降变形。由于桩的模量远比土的变形模量大，因而桩比土的变形小，设置一定厚度（H＞0）的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，褥垫层材料不断补充到桩间土上，以保证基础始终把一部分荷载传递到桩间土上，也就能保证在任一荷载作用下桩和桩间土始终参与工作。

通过改变褥垫层厚度调整CFG桩和桩间土的荷载分担比。

复合地基中桩与桩间土的荷载分担比可以用桩土应力比n表示，n=σp/σs ，式中：σp—CFG桩桩顶应力，σs—桩间土应力。当褥垫层厚度H=0时，绝大部分荷载由CFG桩承担，桩土应力比很大；当褥垫层厚度很大时，桩土应力比接近等于1。因此可以通过改变褥垫层厚度来调整桩和桩间土的所承担的荷载比例。褥垫层越薄，桩承担的荷载比例越大，桩间土的作用发挥的越不充分；褥垫层越厚，桩间土承担的荷载比例越大，桩承担的荷载比例越小，如果褥垫层过厚，则失去了设置CFG桩的工程意义。

减小CFG桩顶对基础底面的应力集中。

当褥垫层厚度H=0时，CFG桩对基础的应力集中与桩基中桩对承台的应力集中现象类似，需要考虑桩对基础的冲切作用。但当厚度H≠0且大到一定程度时，基地压力即接近天然地基的分布压力。

桩顶对应的基础底面的反力为σPr ，与桩间土对应的基础底面反力为σPs之比用β表示（即β=σPr/σPs），根据有关力学试验β与褥垫层厚度H的关系如图2所示： 当褥垫层厚度H＞10cm时，桩对基础底面的应力集中现象已显著减弱；当H接近20cm时，β值已经很小。

2.2CFG桩复合地基的特点

（1）适用范围比较广泛

就土性而言，CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。CFG桩既可用于挤密效果好的土，也可用于挤密效果差的土。当用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密作用，又有置换作用；当用于挤密效果差的土时，承载力的提高只与置换作用有关。CFG桩与其他桩型相比，置换作用很突出，这是CFG桩的一个重要特征。

（2）CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小的特点。

对一般粘性土、粉土或砂土，桩端若具有较好的持力层，经CFG桩处理后可将原天然地基承载力提高4倍或更高；同时增加桩长可有效地减小地基沉降变形且总的变形量小。

（3）提高原地基承载力幅度的可调性较强

CFG桩桩长可以从几米到20多米，可全桩长发挥桩的侧阻力以及桩端承载力。桩越长则承载力越高。若以置换率10%计，桩承担的荷载占总荷载的百分比可达40%~75%。这是因为当地基承载力较高时，荷载又不很大时，可将桩长设计得短些，荷载大时，桩长可设计得长些。总之通过改变桩长、桩距、褥垫层厚度，可使CFG桩复合地基承载力的提高具有很大的可调性。特别是天然地基承载力较低而设计要求承载力较高时，用柔性桩（散体材料桩）复合地基难以满足设计要求，而采用CFG桩复合地基比较容易实现。

（4）CFG桩的桩体排水作用

CFG桩在处理饱和粉土和砂土地基的施工中，由于成桩过程中的沉管和拔管的振动作用（螺旋钻成孔振动作用较小），会使土体内产生较大的超静空隙水压力，刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道，特别是在较好透水层上面还有透水性差的土层覆盖时，这种排水作用将更加明显。孔隙水沿着刚完工的桩体向上排出，直到CFG桩体结硬为止。相关试验表明，这种排水作用不但不会影响桩体强度，反而对增加桩间土的密实度和减少地面土层隆起现象大为有利。

工程实例

3.1设计条件：

某工程5万立方米柴油浮顶罐基础设计条件见表1

表1：

各土层的分布及物理力学指标见表2

表2：

3.2设计思路：

罐基础采用环墙式钢筋混凝土基础，基础埋深1.2m，即环墙高=0.8+1.2=2（m），根据《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》计算环墙宽度设计值为700mm，由此计算罐基础要求的地基承载力不低于250KPa。

根据地质详勘报告，建设场地为抗震设防烈度为6度，场地类别为Ⅱ类，地基土类型属中软土。其表层冲填土土质软弱不均，承载力仅为80 KPa ,根本无法满足不低于250KPa的承载力要求。因此采用CFG桩复合地基进行地基处理，以提高地基的承载力，减少地基沉降变形量。