某工程CFG桩复合地基设计与应用研究

【摘要】本文结合某工程CFG桩复合地基处理的具体应用，就其设计与施工阶段若干问题进行深入地研究，并得出相关结论，谨供大家作参考之用。

【关键词】CFG桩 复合地基设计 加固效果及评介

1 工程概况

某沿海城市一新建住宅小区，每幢楼均为地上18层，地下一层，基础埋深7.5m，场地为6度非液化III类场地，地基基础勘察及设计等级均为乙级，地质条件如下：

1.1 素填土层：褐色、肉红色、灰绿色，主要以花岗岩、粘粒含量少，干湿饱和，松散，层厚4.4~4.8米。

1.2 粉细砂~淤泥质粉细砂层：褐色~灰色，分选磨圆好，片麻岩等风化岩为主，饱和，含大量贝壳碎屑，表层稍密，向下松散~极松散，淤泥含量向下逐渐增加，平均粒径 mm，平均为0.17mm，不均匀系数Cu=1.66~4.17，平均为2.81。层厚0~4.3米，地基承载力特征值 。

1.3 淤泥质粉细砂~淤泥层：灰色~深灰色，上部粉细砂含量较高，向下逐渐过度为淤泥，含大量贝壳碎屑，饱和，由于受上部填土的影响较大，己有部分排水，局部夹有薄层填土，成分结构变化大，原始结构基本破坏，含水量W=24.07~43.95%，液限WL= 23.34~36.78%，液性指数IL=1.09~ 2.50，内聚力C=3.54~5.93Pka，内摩擦角=3.07~8.96度，压缩模量， =2.22~ 5.51MP a，压缩系数 =0.31~0.97Mpa-1，层厚0~9.1米，地基承载力特征值 KPa。

1.4 含砾粉质粘土层：灰白色，黄褐色，可塑状态，层厚0.9~3.1米，地基承载力特征值 KPa。

1.5 强风化花岗岩：肉红色，风化强烈，裂隙发育，其中充填粘性土，风化块手捏易碎，地基承载力特征值 kPa。

故此，本工程设计采用GCF桩复合地基，设计要求复合地基承载力 ，变形模量 。

2 CFG桩复合地基设计

本场地土中含有厚层淤泥质土及淤泥，天然地基承载力满足不了工程设计要求，须对天然地基进行加固处理。

2.1场区地基土分析

从勘察报告可以看出，场地土性质有如下特点：

2.1.1 基底持力层为第五层强风化花岗岩，虽然第四层含砾粉质粘土层地基承载力特征值fak=270kPa，但该层分布不均匀，不能作为基底持力层。

2.1.2 整个场地土分布不均匀，承载力相对较低，不利于控制变形。

2.1.3从土层分布来看，第五层强风化花岗岩层是较理想的桩端持力层。

2.1.4 场地内淤泥质土层和淤泥层较厚，采用长螺旋钻管内泵压施工工艺时，容易产生窜孔;采用振动沉管灌注桩施工，施工时易对周围己施工的桩产生缩径或断桩。

2.2 设计参数确定

2.2.1 桩长L

CFG桩设计要求桩端落在强度较高、压缩性较小的地层上，根据地层情况，首先试确定CGF桩长。本工程以第五层强风化花岗岩层为桩端持力层，桩长13~15米。

2.2.2 桩径d

桩径取决于所使用的施工设备，采用长螺旋钻管内泵压CGF混合料施工工艺，螺旋叶片直径为400mm或600mm;使用振动沉管灌注CGF混合料施工工艺，沉管直径多为300mm或400mm，设计桩径d=400mm。

2.2.3 桩间距S

在桩长和桩径确定后，首先按下式计算单桩承载力：

。

式中： -桩的周长； -第i层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力标准值； -第i层土厚度; -与土性和施工工艺有关的极限端阻力标准值；K-安全系数，取2.0。

经计算单桩承载力为45OKN。

而后根据天然地基地基承载力和设计要求的复合地基承载力按下式1、式2、式3求解桩间距S。

式1

式2

按等边三角形布桩， 式3

式中： -复合地基承载力标准值(Kpa);m-面积置换率;Ap-桩截面面积(); -天然地基土承载力标准值(Kpa); -沉管挤密施工法对桩间土强度的提高系数，其值为加固后桩间土承载力标准值与加固前桩间土承载力标准值的比值,使用长螺旋钻进施工，取 ； -桩间土强度利用度，一般工程取 0.9~0.95：对变形要求高的重要工程取 0.75~0.9; -单桩竖向承载力标准值， = ; -桩体28天立方体试块强度;de-根桩分担的处理地基面积的等效圆直径;

经计算桩间距s为1.35米。

在桩长、桩径、桩间距初步确定后，及满足复合地基承载力要求后，还需按下式计算复合地基最终变形量：

式中：n1-加固区范围内土层分层数；n2-沉降计算深度范围内土层总的分层数；PO-对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力，kpa；Esi-基础底面下第i层土的压缩模量，MPa； 、 -基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离，m； 、 -基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数； -加固区土的模量提高系数， ； -沉降计算修正系数；

经计算最终变形量 为35mm，满足设计要求。

2.2.4桩体强度

桩顶应力为 ，桩体标号为 。取CGF桩桩体强

度为C20。

2.2.5 褥垫层厚度

本工程设计褥垫层厚度为25O，材料采用5~10的碎石。

2.3 布桩

该小区理论布桩数为n=3.14×30× 30/1.35×1.35=1551支，实际布桩1615支。

3 CGP桩复合地基施工

3.1 CFG桩材料及配比

CGF桩桩身混合料强度等级为C20，施工时配合比为水泥：砂：石子：粉煤灰

=300：723：1162(kgm3)。本工程材料采用32.R5级普通硅酸盐水泥、中粗砂、5~10mm的碎石、II级粉煤灰，混合料塌落度为16~20cm。

3.2 施工工艺

根据场地土质情况、工程特性、周边环境及工期要求，经综合分析和充分论

证，确定地基处理采用CGF桩复合地基，施工采用长螺旋钻管内泵压CGF混合料及振动沉管灌注CFG混合料相结合的成桩方法。

4 加固效果及评价

CGF桩施工完毕，由当地质检部门对本工程桩进行了对该工程分别选取2根单桩进行载荷试验、选取2点进行复合地基载荷试验、选取3根单桩进行抽芯试验、对330支桩进行了低应变桩身完整性试验，结果显示基本符合设计标准。

5 结语

通过本工程的具体分析，得出CFG桩和桩间土一起通过褥垫层形成CGF桩复合地基，其加固软弱地基的作用表现在：

5.1 桩体作用

该桩不同于散体的砂桩、碎石桩，桩体是具有一定粘结强度的混合料。但又不同于刚性的硅灌注桩，桩体具有一定的压缩性，可其压缩性明显小于桩周软土。这样，基础传给复合地基的附加应力随地基的变形会逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，据该工程复合地基载荷试验结果分析，两桩复合地基桩土应力比为n=9.9~20.1，而通常情况下的碎石桩复合地基的桩土应力比n=2.2~2.4，搅拌桩复合地基的桩土应力比n=3.1~4.2，可见CGF桩复合地基的桩体作用显著。

5.2 褥垫作用

CFG桩复合地基通过褥垫层把桩和基础断开，改变了原来仅依靠桩承担垂直荷载和水平荷载的传统设计思想。褥垫层的设置为CGF桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，保证了桩与桩间土始终是共同承担荷载。

这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩、砂桩和水泥搅拌桩的优点。尤其是螺旋钻机与振动沉管钻机的联合应用，既克服了单纯沉管桩挤土效应强而易对邻周环境造成不良影响，又克服了单纯螺旋钻机施工排土量大且对淤泥层的挠动也大的影响，与碎石桩相比，承载力大大提高，碎石桩、搅拌桩当桩长大于有效桩长时，增加桩长对承载力提高不大，而CFG桩承载力来自全桩长的摩阻力及桩端承载力，桩长越长则承载力越高。可见利用该桩型进行软土地基加固具有较大的社会经济效益和广阔的市场前景。