CFG樁的參數β取值的理論分析

西安市第五建筑工程公司 王志強

CFG樁的參數β取值的理論分析

西安市第五建筑工程公司 王志強

CFG樁由水泥、碎石、砂和粉煤灰加水拌制而成，樁和樁間土通過褥墊層形成剛性復合地基 ，具有適應性廣、承載力高、經濟合理等優點。但是，目前關于CFG樁復合地基承載力的計算方法還有許多不完善的地方，由于影響因素眾多，僅靠理論分析很難得出準確的計算公式。通常，工程上對于CFG樁復合地基承載力的計算采用半理論半經驗的公式，其中，各種經驗系數的取值會對設計結果產生較大影響。因此，合理確定復合地基承載力中各參數的值，就成為CFG樁復合地基設計中的關鍵問題。

一、CFG樁復合地基承載力的計算公式

1.復合地基承載力特征值的計算公式。《建筑地基處理技術規范》建議通過現場復合地基載荷試驗來確定。筆者通過大量的理論計算和試驗數據分析，綜合考慮復合地基承載力的各個影響因素，得出CFG樁復合地基承載力的計算公式：

fspk=mRa/AP+β(1-m)fsK。 （1）

式中， fspk為承載力特征值復合地基，m為面積置換率，Ra為單樁承載力特征值，AP為樁的橫截面積，β為樁間土承載力折減系數，fsK為處理后的樁間土承載力特征值。

2．復合地基承載力特征值的計算公式的特點。由于概念清楚，參數m、Ra、AP、fsk都有比較精確的取值，因此，該公式在工程上應用廣泛，唯一的不足是折減系數β的取值存在爭議。β受褥墊層、成樁工藝、樁間土性質、樁端持力層性質和樁土置換率等因素的影響，有不同的經驗值。

二、折減系數β的影響因素分析

1. 褥墊層的影響。褥墊層是復合地基的重要組成部分，它的厚度將直接影響墊層作用的發揮。當褥墊層過薄時，樁頂應力較大，樁的作用發揮明顯，但樁間土作用發揮不足，相應的β值應取較小值；反之，則會使土的承載力得到充分發揮，相應的β值應取較大值，但樁的承載力發揮不足，沉降不能得到很好的控制。因此，合理選擇褥墊層的厚度，有利于充分發揮樁和樁間土的承載力。

2.成樁工藝的影響。CFG復合地基承載力與成樁工藝密切相關，非擠土成樁工藝和擠土成樁工藝對樁間工藝的影響差別很大。在打樁過程中，由于土體受到振動，原有結構被破壞，但隨著時間的推移，土體結構強度會慢慢恢復。同時，土體因樁的打入被擠密，孔隙比變小，樁間土承載力提高，此工藝樁間土承載力折減系數β可取較大值。而對于土體強度較高、土體密實、砂層較厚的地基土，尤其是樁端持力層較硬的情況，常采用長螺旋鉆孔、管內泵壓法等非擠土成樁工藝，承載力提高主要與置換作用有關，β值可以取較小值。

3. 樁間土性質的影響。地基土的力學性質直接決定樁間土承載力的大小，進而影響參數β的取值。對于具有剪縮性質的土體，如松散粉土、砂土、正常固結土等，在擠壓和振動作用下，可有效減少樁間土孔隙比，降低土的壓縮性，提高土體的密實度，進而提高土的承載力，因此β值可以取較大值。而對于具有剪脹性的土體，如密實粉土、超固結軟土等，若采用振動沉管法施工則會產生土體擠出現象，非但不會增加土體強度，還會使CFG樁遭到破壞，從而使復合地基承載力減小，因此β值可取較小值。另外，《建筑地基處理技術規范》中規定，CFG樁復合地基承載力的發揮程度與天然地基承載力的大小有關。當天然地基承載力高時，β值取較大值，反之取較小值。地基土的性質直接影響施工工藝，因此在進行CFG樁復合地基設計時，應根據樁間土的性質選擇合適的β值。

4. 樁端持力層性質的影響。CFG樁應選擇承載力相對較高的土層作為樁端持力層。但對于承載力相對較低的軟弱土層，當其厚度較大時，很難使樁端到達硬土層，此時β的取值就會受樁端持力層的影響。若樁端土層是硬土層，則端阻效應較大，荷載很大部分直接通過CFG樁傳遞至硬土層，致使樁間土承載力發揮不足，此時β值按理應取較小值。反之，當樁端土為軟土層時，端阻效應發揮不明顯，樁間土承擔較大的荷載，β值應取較大值。

5.樁土置換率的影響。通過有限元分析方法對CFG樁的研究表明，隨著復合地基中樁土置換率的增大，復合地基中的樁面積增加，相應樁頂的接觸應力會降低，樁頂處的沉降變形也隨之減小。雖然整個復合地基承載力隨樁土置換率的提高而提高，但荷載分配傾向于向樁體轉移，因而樁體承擔的荷載比也隨之提高，樁間土的承載力減小，此時樁間土承載力折減系數β值也應相應取較小值。但兩者之間的變化關系并不是線性的。

三、工程背景及試驗實例

1. 項目背景。本實驗以楓和苑小區多層住宅樓為例，基礎采用CFG樁，共計325根，基礎處理后的承載力要求達到120 kPa。

2. 地質狀況。住宅基礎表面為耕植土，厚度約為0.5～0.6m，上部為飽和黃土，厚度為1.2～4.6m，場地普遍分布，承載力特征值為100kPa；下部為卵石層，表面微風化，顆粒呈圓狀，一般粒徑在30～80mm之間，最大粒徑可達400mm，骨架物含量約占70%，填充物為砂礫石，級配良好，卵石層厚度為2.4～5.9m，承載力特征值為400 kPa。

3. 試驗情況。由于β取值受樁間土性質、樁端土性質、樁長以及成樁工藝等因素的影響，試驗中選擇了一些與實驗條件相近的樁基進行試驗。低應變反射波檢測儀器采用中科院武漢巖土力學所研制的RSM-SY5型浮點工程動測儀，并選取一些樁身完整，樁長、樁徑相近的樁基進行試驗。試驗采用慢速維持荷載法進行，單樁復合地基靜載荷試驗承壓板1.2m×1.2m，板底鋪設50mm厚級配碎石，置換率為0.096。使用電動油壓千斤頂加載，工字鋼搭設堆載平臺，混凝土塊堆載提供反力，最大堆載重量1 500kN。

4. 試驗結果及數據分析。根據實驗所得的地基承載力值，可由式（1）反演得到β的取值在0.99～1.2之間β=( fspk-m Ra/AP）/[(1-m) fsK]。計算過程中，處理后的樁間土承載力特征值依照規范中提供的方法，采用1.2倍的天然地基土的承載力，單樁承載力特征采用3根試驗單樁承載力特征值的平均值。

四、結論

CFG樁的樁間土承載力折減系數β的取值影響因素較多，但其主要影響因素為褥墊層的厚度、成樁工藝、樁間土的性質、樁端持力層的性質以及樁土置換率等。在設計CFG樁復合地基時，可根據近不同的工況，綜合考慮經濟和安全方面因素，選取合理的β值。