CFG樁復合地基在減小地基變形方面的應用

孫國梁 黑 海

1 CFG樁的概述

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，英文全名為Cement Fly-ash Gravel pile，縮寫為CFG樁。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁，與樁間土、褥墊層一起構成復合地基。與普通樁基相比，由于CFG樁樁體材料可以摻入工業廢料粉煤灰、不配筋以及充分發揮樁間土的承載能力，工程造價一般為樁基的1/3～1/2。

CFG樁的施工工藝主要有三種:1)長螺旋鉆孔灌注成樁，適用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土;2)長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁，適用于黏性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土;3)振動沉管灌注成樁，適用于粉土、黏性土及素填土地基。

綜上所述，CFG樁具有施工速度快、工期短、質量容易控制、工程造價低廉等優點。

2 工程實例

2.1 工程概況

沈陽市遠大博林特電梯有限公司C2電梯實驗塔，位于沈陽市鐵西區，平面形狀為三角形(去角)，邊長約為20 m。地下3層，地上39層，塔頂標高176.550 m。

本工程采用鋼筋混凝土結構，抗震設防烈度為7度，場地土類別為Ⅱ類，地下水為孔隙潛水，穩定水位埋深為3.5 m～4.6 m，水位標高為25.66 m～27.11 m，抗浮設計水位標高為29.00 m。

2.2 地基方案比選

根據《建筑地基基礎設計規范》5.1.3條，在抗震設防區，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15;樁箱或樁筏基礎的埋置深度(不計樁長)不宜小于建筑物高度的1/18～1/20。經計算，基礎的埋置深度應大于176.550×1/15=11.8 m，±0.000標高為31.700 m，室外地坪標高-0.450 m，場地土標高31.100 m，相對標高-0.600 m。確定基礎持力層為粗砂⑤，筏板底標高為-14.050 m。基礎埋深為13.450 m＞11.8 m，滿足要求。粗砂⑤的平均厚度為9.5 m，粉土⑥的平均厚度為8.25 m。經過深度和寬度修正計算，粗砂⑤修正后的地基承載力特征值fa=1 211 kPa，粉土⑥修正后的地基承載力特征值 fa=752 kPa。基礎采用筏板，厚3 m，長邊挑出 5 m，經驗算地基承載力滿足要求，下臥層承載力滿足要求。但地基變形不滿足要求，平均沉降量約為212 mm。根據《建筑地基基礎設計規范》5.3.4條規定體型簡單的高層建筑基礎的平均沉降量(mm)允許值為200 mm。因此基礎的問題是變形不滿足要求而不是承載力。解決方法有兩個，一個是做樁基礎，另一個是地基處理。

考慮到做樁筏基礎樁要鉆透粗砂⑤，樁端落在中砂⑦上，相當于鉆透承載力較好土層，樁端落在承載力較差的土層上，樁間土的承載力利用不夠充分;另外，中砂⑦的變形模量為22.8 MPa，也不夠理想;加之樁筏基礎樁的用鋼量較大不夠經濟。因此，選用地基處理方案，用CFG樁做地基處理，形成復合地基，這樣在減小地基變形，尤其是在減小粉土⑥的變形上效果顯著。

3 CFG樁的設計

3.1 樁長的確定

根據基礎的埋深和《地質報告》中的土層分布深度可計算出筏板下粗砂⑤的平均厚度為9.5 m，粉土⑥的平均厚度為8.25 m，粉土⑥下面是中砂⑦，可以作為樁端的持力層。考慮到土層分布的不均勻性，粉土⑥局部較厚，為避免樁端進入持力層長度不足，取樁長為20 m，平均進入持力層2.25 m，滿足要求。

3.2 樁徑的確定

CFG樁的樁徑宜取350 mm～600 mm，一般采用400 mm。樁徑過小施工質量不易控制，樁徑過大，需加大褥墊層厚度才能保證樁土共同承擔上部結構傳來的荷載。另外，從施工設備方面考慮，由于場地土中含有粗砂、中砂，強度較高，不宜采用擠土的振動沉管工藝。擬采用長螺旋鉆孔灌注成樁的施工工藝，故確定樁徑為600 mm。

3.3 樁間距的確定

本工程考慮到持力層承載力較高，應充分利用樁間土的承載力，采用大樁距的“疏樁理論”，將樁間土的承載力充分利用，不足的部分由CFG樁來承擔。最后，綜合考慮樁間距取4.5d即2.7 m。

3.4 褥墊層厚度的確定

褥墊層的存在保證了樁、土共同承擔荷載。CFG樁復合地基通過設置褥墊層，在上部荷載作用下，樁體一定程度“刺入”褥墊層中，使樁間土充分發揮作用，保證樁、土共同承擔荷載。而且褥墊層越薄，樁承擔的荷載越大，褥墊層的刺入量也就越小。

《建筑地基處理技術規范》中9.2.3條規定樁頂和基礎之間應設置褥墊層，褥墊層厚度宜取150 mm～300 mm，當樁徑大或樁距大時褥墊層厚度宜取高值。考慮本工程樁徑、樁間距都較大，褥墊層厚度取300 mm，材料采用中粗砂。

3.5 樁體標號的確定

原則上樁體配比按樁體強度控制，樁體試塊抗壓強度平均值應滿足下式要求:

計算單樁承載力特征值Ra。

故取CFG樁體強度等級為C25。

3.6 復合地基承載力特征值的計算

對于粗砂⑤:

對于粉土⑥:

3.7 復合地基的變形計算

未處理前，沉降量S=211.87 mm，處理后的沉降量計算:

上部荷載引起壓應力 P上=433.36 kPa(面積 621.26 m2);

承臺重增加壓應力ΔP=-222.00 kPa;

承臺底平均附加應力P0=211.36 kPa;

基底深度 HP=11.10，水頭深度 HW=4.40，平均容重AVEGAM=20.00。

復合地基的變形計算結果統計表見表1。

表1 變形計算結果統計表

壓縮深度Z:30.000 m;平均模量 Es:26.556 MPa;∑S=150.12 mm;規范經驗系數:ψs=0.200 0;計算經驗系數:ψ=1.000 0;沉降量:S=30.02 mm，滿足要求。

4 結語

CFG樁復合地基中褥墊層具有保證樁、土共同承擔荷載;減小基礎底面應力集中;調整樁、土荷載分擔和減小樁頂水平應力集中的作用。樁和樁間土及褥墊層一起構成CFG樁復合地基，它的設計思想是充分發揮樁間土的水平和垂直承載能力，因此在本工程中對于減小地基變形效果明顯。再加上CFG樁樁體材料廉價，相同條件下采用CFG復合地基方案比采用預制樁方案節約造價1/2，比灌注樁節約約1/3，取得了較好的經濟效果。

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