CFG樁應用及計算方法

張匯洲，黃 勇

(1.同江市水務局，黑龍江同江156400;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 引言

CFG樁復合地基是在碎石樁加固地基法的基礎上發(fā)展起來的一種地基處理技術。由于CFG樁改善了碎石樁的剛性，使其不僅能很好地發(fā)揮全樁的側阻作用，同時也能很好地發(fā)揮其端阻作用。因此，得以廣泛采用，并取得良好的經(jīng)濟和社會效益。

CFG樁，是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，(C指Cement、F指Fly－ash、G指Gravel)，是由碎石、石屑、粉煤灰組成混合料，摻適量水進行拌和，采用各種成樁機械形成的樁體。通過調整水泥的用量及配比，可使樁體強度等級在C5～C20變化，最高可達C25，相當于剛性樁。由于樁體剛度很大，區(qū)別于一般柔性樁和水泥土類樁，因此，常常在樁頂與基礎之間鋪設一層150～300 mm厚的中砂、粗砂、級配砂石或碎石(稱其為褥墊層)，以利于樁間土發(fā)揮承載力，與樁組成復合地基。

2 CFG樁與灌注樁對比

鋼筋混凝土灌注樁是一種直接在現(xiàn)場樁位上就地成孔，然后在孔內澆筑混凝土或安放鋼筋籠再澆筑混凝土而成的樁。

CFG樁由于不配鋼筋，樁徑可做的細一點，相應比表面積較大，樁體發(fā)揮的承載力(摩擦為主)較高，另外CFG樁使樁土共同作用。但由于其抗水平、拉力、拔力、壓曲都是有限的。所以其復合地基不可“無限制提高”。鉆孔灌注樁由于需配鋼筋，考慮到鋼筋保護層厚度，及灌注導管的影響，其直徑不宜太小，單方樁體發(fā)揮的承載力較小，再加上配有鋼筋，所以在兩種方案均可采用時，鉆孔灌注樁成本較高。

灌注樁與CFG在水工得到了廣泛的應用，兩種地基處理方法各有優(yōu)缺點。

灌注樁和CFG樁是兩種完全不同的設計理念，傳力的機理也完全不同，在選用方案時一定要從實際的工程需要出發(fā)。

灌注樁是基礎的一個構件，樁是錨固在承臺內，樁的主筋與承臺的鋼筋是連接的，因此樁可以傳遞壓力、拉力、彎矩和剪力，樁能抵抗水平力，能提高建筑物水平抗推的能力。

CFG樁其實并不是一種傳統(tǒng)意義上的樁，僅是對地基的一種加固，提高地基的承載能力，特別要注意的是在基礎和CFG樁之間還有褥墊相隔，只能傳遞壓力，不可能傳遞拉力、彎矩和剪力，不具有抵抗水平力的能力。

在評價這兩種地基處理方案，應多角度考慮。應用時不能只考慮樁側摩阻力和樁端阻力，還應考慮CFG樁是擠土的，灌注樁是不擠土的。因此在建筑物的荷載不大，水平荷載不是控制條件的，而采用天然地基的承載力不夠，就有可能采用CFG樁或其他的地基處理方法加固地基。

3 CFG樁的計算及應用

某泵站工程，建基面基礎承載力為100 kN，地基承載力不足，需對天然地基進行處理，擬采用CFG樁，基礎類型為矩形基礎，基礎長度20 m，基礎寬度8 m，褥墊層厚度300 mm。形式見圖1。

布樁形式為三角形，X向間距為1.2 m，Y向間距為1.2 m，樁長10 m，樁徑300 mm，單樁豎向極限承載力為200 kN，地層各項參數(shù)及CFG樁計算見表1。

表1 土層參數(shù)表格

圖1 某泵站基礎類型示意圖

3.1 復合地基承載力計算

3.1.1 單樁豎向承載力特征值計算

當采用單樁載荷試驗時，應將單樁豎向極限承載力(Ra)除以安全系數(shù)2。經(jīng)計算，Ra為100.00 kN。

3.1.2 面積置換率計算

計算公式為:

式中:d為樁身平均直徑，d=0.30 m;de為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑;m;s1、s2分別為樁X向間距、Y向間距，s1=1.20 m、s2=1.20 m;m=

3.1.3 復合地基承載力計算

計算公式為:

式中:fspk為復合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率，m=2.45%;Ra為單樁豎向承載力特征值，Ra=100.00 kN;β為樁間土承載力折減系數(shù)，β=0.70;fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa，取天然地基承載力特征值，fsk=100.00 kPa。

經(jīng)CFG樁處理后的地基，當考慮基礎寬度和深度對地基承載力特征值進行修正時，一般寬度不作修正，即基礎寬度的地基承載力修正系數(shù)取零，基礎深度的地基承載力修正系數(shù)取1.0。經(jīng)深度修正后CFG樁復合地基承載力特征值fa為:

式中:γ0為自天然地面以下深度5.00 m范圍內天然土層的加權平均重度，其中地下水位下的重度取浮重度。

基礎埋深d=5.00m，經(jīng)計算fa=183.91 kPa。

荷載效應標準組合時軸心荷載作用下:

pk≤fa，滿足要求。

荷載效應標準組合時偏心荷載作用下:

pkmin＞ 0，滿足要求

pkmax≤1.2fa，滿足要求。

3.2 變形計算

3.2.1 計算基礎底面的附加壓力

荷載效應準永久組合時基礎底面平均壓力為:

基礎底面自重壓力為:

基礎底面的附加壓力為:

3.2.2 確定Δz

按《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB 50007－2002)表5.3.6，得 b=8.00 得，Δz=0.80。

3.2.3 確定沉降計算深度

沉降計算深度按"地基規(guī)范"式5.3.6確定 。沉降計算到土層的最底部還不滿足式(5.3.6)，計算深度取到土層的最底部，Zn=12.50 m。

3.2.4 計算復合土層的壓縮模量

復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍。

式中:Espi為復合地基處理范圍內第i層土修正后的壓縮模量，MPa;Esi為復合地基處理范圍內第i層土原始的壓縮模量，MPa。

ζ值按《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ 79－2002 J220－2002)式(9.2.8－1)確定:

式中:fak為基礎底面下天然地基承載力特征值，kPa，fak=100.00 kPa。經(jīng)計算ζ=1.029。

3.2.5 計算分層沉降量

計算的分層沉降值見表2。

表2 分層總和法沉降計算表

表2中 l1=L/2=10.00 m，b1=B/2=4.00 m。z=12.50 m范圍內的計算沉降量∑Δs=34.27 mm，z=11.70 m至12.50 m(Δz為0.80 m)，土層計算沉降量Δs'n=1.11 mm＞0.025∑Δs'i=0.86 mm。

3.2.6 確定沉降計算經(jīng)驗系數(shù)ψs

由沉降計算深度范圍內壓縮模量的當量值Es可從《建筑地基處理技術規(guī)范》表9.2.8查得

式中:Ai為第i層土附加應力系數(shù)沿土層厚度的積分值。

查《建筑地基處理技術規(guī)范》表9.2.8得ψs=0.200

3.2.7 最終的沉降量

3.3 下臥土層承載力驗算

3.3.1 基礎底面的附加壓力

基礎底面平均壓力為:pk=182.50 kPa

基礎底面自重壓力為:pc=γ0×d=90.00 kPa

基礎底面的附加壓力為:p0=pk－pc=92.50 kPa

3.3.2 第3層土承載力驗算

3.3.2.1 計算基底下10.00 m處的附加壓力

3.3.2.2 計算基底下10.00 m處的自重壓力

式中:γ0為自天然地面以下深度15.00 m范圍內天然土層的加權平均重度，其中地下水位下的重度取浮重度。

3.3.2.3 計算基底下10.00 m處的經(jīng)深度修正后地基承載力特征值

第3層土承載力滿足要求。經(jīng)計算，擬設計的CFG樁滿足要求。

4 結論

簡要介紹了CFG在工程中的應用，詳細列舉了CFG樁的設計計算過程，為同仁在同類工程提供參考。

［1］中國建筑科學研究院.GB5007－2002建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］中國建筑科學研究院.JGJ79－2002建筑地基處理技術規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.