CFG桩复合地基在高层建筑地基加固中的应用

摘要:本文结合工程实例，就CFG桩复合地基在高层建筑地基加固中的应用进行了探讨，并对CFG桩复合地基的材料、承载力等作了详细分析，还对CFG桩复合地基施工排序作了合理安排，取得了较好的效果，为此类工程的施工提供了范例。

关键词:CFG桩；复合地基；地基加固；设计计算

中图分类号：U457+.3 文献标识码： A 文章编号：

随着社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快，高层建筑项目的建设数量越来越多，尤其是CFG桩的出现，为高层建筑工程建设事业的发展带来了新的活力。CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，是在素混凝土桩基工艺上发展起来的新型桩体，它与桩间土体及褥垫层共同作用，组成CFG桩复合地基，在地基加固中效果十分明显。

1 工程概况

某高层建筑工程，根据勘察资料，该工程场地地层自上而下依次为：

①粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄、褐黄色，稍湿，可塑，Es＝6.0MPa，fk＝17

②粉质粘土(Q3al＋pl)：褐黄色，湿，可塑，Es＝5.2MPa，fk＝100kPa，层厚2.20～0.80m。

③粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄色，湿，可塑，Es＝6.1MPa，fk＝130kPa，层厚6.20～5.68m。

④粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄、褐黄色，湿，硬可塑，Es＝8.7MPa，fk＝210kPa，层厚5.20～4.20m。

⑤粉质粘土(Q2al＋pl)：黄褐色，湿，可塑，Es＝8.1MPa，fk＝190kPa，层厚4.30～1.50m。

⑥粉质粘土(Q2al＋pl)：棕黄色，湿，硬塑，Es＝12.7MPa，fk＝240kPa，层厚12.50～8.10m。

⑦粉质粘土(Q2al＋pl)：棕色，湿，硬塑，Es＝13.9MPa，fk＝250kPa，层厚25.70～25.70m。

⑧粘土(Q2al＋pl)：黄褐色，湿，硬塑，Es＝14.1MPa，fk＝280kPa，层厚11.70～11.70m。

⑨粘土(Q2al＋pl)：黄色，湿，硬塑，Es＝14.8MPa，fk＝300kPa，该层未揭穿。

2 地基处理设计方案论证及选择

根据场地的工程地质条件及水文地质条件，对该场地地基土多种地基处理方案从技术可行性、经济合理性、工程可靠性、当地的工程常用方法及经验和材料的来源、工期长短等影响效益的各种因素进行分析、比较和选择。

2.1 方案一：钻孔灌注桩加固方案

(1)选择桩型、桩材及桩长：根据试桩初步选择φ500mm钻孔灌注桩，混凝土水下灌注用C20，钢筋采用Ⅰ级。经查表得fc＝10N／mm2，fcm＝11N／mm2，ft＝1.1N／mm2，钢筋fy＝f′y＝210N／mm2。初步选择第⑦层粉质粘土为持力层不得小于1m。初步选择基础底面埋深4.5m，则该工程的最小桩长为20.5m。

(2)确定单桩竖向承载力设计值：

①根据桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值，按式Rc＝φ(fcA＋f′yAs)取φ＝1，fc按0.8折减。配筋率初步按0.5％计算，则：

Rｃ＝φ(fcA＋f′yAs)＝0.8×20.5×0.52×π／4＋210×0.005×0.52×π／4＝3.21＋0.206＝3.424(MN)＝3424(kN)

②根据土的物理指标与承载力间的的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值，查《基础工程设计与施工》表4－31，4－32得qsk3＝45kPa，qsk4＝65kPa，qsk5＝55kPa，qsk6＝80kPa，qsk7＝85kPa，qpk＝1200kPa。按式：Quk＝Qsk＋Qpk＝π×0.5(45×3.3＋65×3.7＋55×3.4＋80×8.9＋85×1.2)＋1200×0.52×π／4＝2182.3＋235＝2417(kN)

由此求Ｒ，即Rk＝Quk／2＝1208kN，Ｒ＝966kN。

(3)确定桩的数量和平面布置：初步确定该基础的底面积为74×2.83×2＋22×2.83×5＝730.14(m2)，基础和土自重G＝730.14×4.5×20＝65712(kN)，则桩数按式：

n＝μ(F＋G)／R

式中：N—桩数；

μ—系数，当桩基为轴心受压时μ＝1；当偏心受压时μ＝1.1～1.2；

F—作用于桩基上的竖向荷载设计值，kN；

G—桩基承台或条基和其上的土受到的重力，kN；

R—单桩竖向承载力设计值，kN。

n＝μ(F＋G)／R＝1.1(430×730.14＋65712)／966＝432.3

取ｎ＝433根。

基础布桩采用三角形或矩形布桩。

2.2 方案二：CFG桩复合地基加固方案

CFG桩具有较高的桩身强度，能承受较大份额的上部荷载，以往的加固经验表明，CFG桩加固后的复合地基承载力较加固前可提高2～3倍甚至更高，该场地附近以前工程现场的CFG桩静载试验结果也表明，复合地基承载力可达250～300kPa，单桩承载力亦可达180～200kN，可以满足设计要求。由于CFG桩本身具有良好的排水作用，可使施工产生的超孔隙水压力沿桩体排出。既该方案从技术的可行性、当地工程常用的方法及经验和工程的可靠性都是满足设计要求的。CFG桩复合地基的初步设计：

(1)设计该桩的桩径为：ｄ＝400mm；地基承载力特征值fsp，k≥373kPa。

(2)面积置换率m：依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)中：

fspk＝m(Ra/Ap)＋β(1－m) fsk

式中：fspk—复合地基承载力特征值，取值373kPa；

fsk—桩间土承载力特征值，取值130kPa；

m—面积置换率；

β—桩间土承载力折减系数，取0.75；

Ra—单桩承载力特征值，kN；

取Ra＝490kN(以粉质粘土为桩端持力层，根据经验取值：qsi＝35kPa，qp＝480kPa，桩径D＝400mm)；Ap＝0.1256m2。经计算m＝0.064，取m＝0.10。

(3)桩数：根据公式：nAp＝mS

式中：ｎ—桩数；

S—基础面积。

可计算出每幢住宅楼的桩数：

ｎ＝0.10×730.14／0.1256＝581.3取ｎ＝582根。

采用三角形或矩形布桩。综上所述，对于方案一，由于采用泥浆作业，特别是在易于自然造浆的粘土层钻进，往往会产生大量的高粘度、高比重废泥浆，加上排出的大量钻渣，处理不当很容易造成城区环境条件污染、下水道淤积，在某些情况下，还会造成附近水质的污染，而且施工的费用也高；对于方案二，不仅能提高地基土的承载力达到设计要求，而且施工也容易，操作也简单，工程费用也较低，在当地也是常采用的一种施工工艺。即在该工程2种方案选择中采用CFG桩复合地基进行处理无论从技术可行性、经济合理性、工程可靠性，还是从当地的工程常用方法及经验和材料的来源、工期长短等影响效益的各种因素来说都是一种最佳的选择。

3CFG桩地基加固方案设计计算

3.1方案设计

(1)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)加固设计计算依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)中：