CFG樁在變電站地基處理中的應用

摘要：介紹了CFG樁的基本原理、計算過程及適用范圍；針對變電站本身地基處理的特點，從計算方法、適用性，經濟性，施工的難易程度，提出CFG樁適用于變電站地基處理。

關鍵詞：CFG樁；復合地基；變電站；地基處理

隨著變電站工程的增多，在開闊平坦的地方選取變電站站址越來越困難。新建變電站工程所遇到的挖方和填土也越來越多，出現了大量不同高度的填土區域。有時為了高于規范要求的洪水位，整個變電站均由填土填筑而成。填方邊坡受地形的限制，只能是通過擋墻進行支護，在高擋墻位置，地基承力往往不能滿足承載力要求，就須進行地基處理；變電站中的填方區域存在大量的構支架基礎，也須進行地基處理。CFG樁已廣泛應用于民用建筑的地基處理中，其在變電站工程地基處理中也有優勢。

1、CFG樁的適用范圍

CFG樁是屬于復合地基的一種，復合地基是在天然地基中設置一定比例的增強體（樁體），使樁土共同承擔荷載，具有密實法和置換法的效應。根據樁體材料性狀，可將復合地基分為：散體材料樁復合地基，如碎石樁、砂樁；一般粘結強度樁復合地基，如石灰樁、攪拌水泥樁；高粘結強度樁復合地基，如CFG樁。復合地基承載力可表示為： ，其中為天然地基承載力特征值，承載力提高幅度。粘結強度樁復合地基承載力提高幅度比散體材料樁復合地基大，所以當地基處理要求承載力提高幅度較大時選用CFG樁，其他還要考慮當地材料來源、設備條件、周圍環境等因素。CFG樁適用于處理土的種類有粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土。

2、CFG樁構成的復合地基

用CFG樁處理的復合地基由CFG樁、樁間土、褥墊層、上部建構筑物的基礎四部分組成。

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結樁。樁間土是被處理的土層，和CFG樁共同承受上部結構傳來的荷載。

褥墊層設置在樁頂和基礎之間，材料用中砂、粗砂、級配砂石和碎石，最大粒徑不大于30mm；褥墊層厚度取150～300mm。

上部建構筑物的基礎需有一定的剛度，基礎具有調整復合地基樁土荷載分擔的作用，基礎剛度不同，則樁土應力比不同，即樁土荷載分擔比例不同?；A剛度越小、樁土應力比越小，樁分擔的荷載越小。因此，基礎剛度小到一定程度時，不能保證樁土共同承擔荷載，也不能形成復合地基。

3、褥墊層的作用

保證樁、土共同承擔荷載，若基礎下面不設置褥墊層，基礎直接與樁和樁間土接觸，在垂直荷載作用下承載特性和樁基關不多。在給定荷載作用下，由于褥墊層的作用，樁、土受力時程曲線均為常值。

調整樁、土荷載分擔比，當褥墊層厚度 時，樁、土應力比很，在很大時，樁、土應力比接近于1，此時樁的荷載分擔比很小，下表給出了不同荷載水平，不同褥墊層厚度樁承受的荷載百分比。

樁承擔荷載占總荷載百分比

荷載p(kPa)

墊層厚度2cm10cm30cm備注

2065%27%14%樁長2.25m，樁徑16cm，荷載板1.05×1.05m

6072%32%26%

10075%39%38%

減小基礎底面的應力集中，當褥墊層厚度 時，樁對基礎的應力集中很顯著，和樁基礎一樣，需要考慮樁對基礎的沖切破壞，當大到一定程度后，基底反力即為天然地基的反力分布。實驗表明當褥墊層厚度大于10cm時，樁對基礎底面產生的應力集中已顯著降低。

調整樁、土水平荷載的分擔，隨著褥墊層厚度的增加，樁承擔的水平力降低，由于CFG樁不配鋼筋，能承受的水平剪力較小。

4、CFG樁的計算過程

由CFG樁構成的復合地基計算包括承載力計算和變形計算。目前復合地基承載力計算公式比較多，但比較普遍的有兩種，其一是由樁間土承載力和單樁承載力進行合理組合疊加；其二是將復合地基承載力用天然地基承載力擴大一個倍數來表示；規范上選擇用前者，公式如下：

。

復合地基變形計算的方法主要有：解析法計算復合地基變形；有限元的數值計算方法；經驗法。規范的公式為經驗法，將復合地基加固區中增強體和土體視為一個統一的整體，采用復合壓縮模量來評價其壓縮性，用分層總和法來計算其壓縮量，復合模量可按下式求得： 。

5、CFG樁在變電站地基處理中的應用

變電站選址響應國家保護基本農田的政策，盡量利用荒地，因此站址一般處在山地，在南方山區更是如此。為了土方平衡，整個站址部分為挖方區，部分為填方區，處在填方區的建構筑物，就需要地基處理，支護填土的擋墻，因墻底承載力不夠也需進行地基處理。現變電站地基處理的方法一般選用常規的樁基礎，換流站中大范圍內填土區域選用強夯。

CFG樁復合地基從1988年列入建設部“七五”計劃課題，到1994年被國家科委列為國家級重點推廣項目，后又列入國家行業標準《建筑地基處理技術規范》，其技術已相當成熟。其在變電站工程中應用較少，在初步設計經常用于比選的地基處理方案。

現有一500kV變電站擴建工程，在原變電站圍墻外新擴建一串，擴建場地與站址標高的高差為16.5m，由于受征地的限制，不能采用放坡，只能修建擋墻，擋墻型式選用加筋土擋墻，墻趾應力為420kPa，墻踵應力為165kPa，平均壓應力為290kPa，墻底計算寬度為16m。擋墻底的持力層為混碎石粘土，其承載力特征值為235kPa，不能滿足擋墻底的承載力要求，需進行地基處理。初步設計的方案有鉆孔灌注樁、CFG樁復合地基，從經濟上比較，CFG樁復合地基比鉆孔灌注樁少40%，并且CFG樁不需配置鋼筋，可以縮短工期，加快施工進度，最后選用了CFG樁復合地基，CFG樁的混凝土強度等級為C15。

擋墻下持力層均為混碎石粘土，其極限端阻力標準值為1600kPa ， 極限側阻力標準值為94kPa，施工圖階段復合地基的計算過程如下。

首先確定樁長和樁徑，考慮到施工的方便性及施工單位的條件，樁長統一選為8m，樁徑為0.5m，樁承載力特征值為： kN

考慮到本工程持力層承載力較高，為充分發揮其承載力，褥墊層厚度為30cm。CFG樁在墻底均按矩形布置，總共布置7排樁，考慮到擋墻底應力分布不均勻，墻趾最大，墻踵最小，因此從墻趾往墻踵依次按1.6×1.6m、1.8×1.8m、1.8×1.9m的間距布置，其置換率m分別為0.076、0.0605、0.0570，按復合地基承載力公式計算，其復合地基承載力分別為420kN、370 kN、360 kN。變形計算地基采用復合壓縮模量，按分層總和法算出墻趾處最大位移為7.2cm，能滿足規范要求。

本工程已施工，采用長螺旋鉆管內泵壓CFG樁施工工藝，按規范要求用靜載檢測樁的承載力，用小應變檢測樁的完整性，由于本工程中持力層的碎石含量較大，檢測結果比理論計算稍大。從邊坡監測的結果來看，與理論計算基本相符。

6、結論

CFG樁由于不配置筋筋，要求的混凝土的強度低，因此其比常規樁基礎經濟，并且施工速度快，施工簡單。在變電站的擋墻底，大范圍的填土區域，根據周圍環境和施工條件，地基處理時可以選擇CFG樁復合地基這一成熟技術。

參考文獻

[1] 《CFG樁的基本原理及技術特點》黑龍江交通科技，2004年第8期，韓楓 ，汪猛 ，黃利軍；

[2] 《CFG樁復合地基技術及工程實踐》（第二版）中國水利水電出版社，閆明理，張東剛；

[3] 《CFG樁復合地基褥墊層的設計與施工》巖土工程界第7 卷第5期，陳桂芳；