CFG 樁復合地基與樁基礎方案的研究

劉秀寶 季 聰

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021)

近年來，隨著我國經濟建設的飛速發展和人民生活水平的日益提高，高層和超高層建(構)筑物大量涌現。高層建(構)筑物的荷載大、重心高、結構復雜，對于地基強度和變形的要求都很高。當場區地層的物理力學性質不能滿足上部結構對天然地基承載力的要求時，多采用樁基礎，但需要耗費大量的鋼筋、水泥、石料等建筑材料，造價很高，當地基土具有一定強度時可采用CFG樁復合地基[1，2]。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁(Cement Flyash Cravel)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強度樁，樁、樁間土和褥墊層一起構成復合地基[3]。具有施工速度快，工期短，質量容易控制，工程造價低等特點，是一種應用比較普遍的施工地基處理方法，經濟效益和社會效益非常顯著，目前被工民建廣泛應用。

本文以某高層住宅為例，以場地的工程地質條件為依據，通過對CFG樁復合地基和樁基礎進行研究，說明CFG樁復合地基的優越性，進而使CFG樁復合地基在實際工程中得以推廣。

1 工程概況

某高層住宅建設項目工程位于河北省霸州市南孟鎮以西約10 km處。該工程包括高層住宅5棟，地上最高18層，地下室1層。住宅樓地上最高高度約為50.40 m，建筑面積約為3 531.00 m2，其中1號樓建筑面積600.60 m2，2號，4號樓和5號樓建筑面積均為800.80 m2，3 號樓建筑面積 528.00 m2，地上各層層高 2.80 m左右，地面整平標高為9.88 m，基礎埋深約-3.50 m，上部結構采用鋼筋混凝土剪力墻結構，基礎形式擬采用筏板基礎，擬建住宅樓基底壓力Pk=280 kPa。

2 場地工程地質條件

本工程場區在地貌單元上屬于河流沖洪積平原區，地形平坦開闊，場地內地基土主要為第四系河流沖洪積形成的粘性土、粉土、砂土，同時該場區內均勻分布一粉砂層(即?層)和一細砂層(即?層)，第?粉砂層，中密 ～ 密實，濕，其厚度為 1.70 m ～7.30 m，層底深度 22.20 m ～ 25.80 m，層底標高 -16.17 m ～-13.19 m。該層靜力觸探錐尖值為 qc=16.03 MPa，壓縮模量Es0.1-0.2=25.00 MPa，標貫擊數修正后標準值 N63.5=26.7 擊。第?細砂層，中密 ～ 密實，飽和，厚度為 0.50 m ～6.80 m，層底深度32.80 m ～43.30 m，層底標高 -33.34 m ～ -23.82 m。靜力觸探錐尖值為 qc=19.30 MPa，壓縮模量 Es0.1-0.2=30.00 MPa，標貫擊數修正后標準值N63.5=28.3擊。以上2個土層承載力高、變形小，工程性質較好，是良好的樁端持力層。根據野外勘察并結合室內土工試驗成果分析，場地地基土各主要土層的物理力學性質指標建議采用值見表1。

根據場區的工程地質條件，若采用天然地基，基礎埋深-3.50 m，基底標高為6.38 m，則基礎底面置于第③粘土層中。③粘土層經深度修正后的承載力特征值fa=180 kPa，而基底壓力Pk=280 kPa，fa＜Pk，故天然地基不滿足住宅樓上部荷載的設計要求，需進行地基處理或采用樁基礎。

鑒于場區內均勻分布第?粉砂層和第?細砂層，這兩土層承載力高、變形小、分布均勻穩定，可采用CFG樁復合地基或樁基礎。以?粉砂層作為CFG樁復合地基的樁端持力層，以?細砂層作為樁基礎的樁端持力層。

3 基礎方案比選

3.1 樁基設計參數

根據場區各土層的物理力學性質指標并結合當地工程經驗，樁基設計參數見表2。

表1 場區地基土各主要土層物理力學性質指標建議采用值

表2 CFG樁、鉆孔灌注樁基設計參數 kPa

3.2 CFG樁復合地基

根據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范，CFG樁復合地基承載力特征值，應通過現場復合地基荷載試驗確定，初步設計時也可按下式估算:

其中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa;m為面積置換率，取0.049;Ra為單樁豎向承載力特征值，取630 kN;Ap為樁的截面積，取0.125 6 m2;β為樁間土承載力折減系數，宜按地區經驗取值，取0.80;fsk為處理后樁間土承載力特征值，宜按當地經驗取值，如無經驗時，可取天然地基承載力特征值，第?粉砂層為180 kPa;d為樁身平均直徑，mm。

根據JGJ 94-2008建筑樁基技術規范，當根據土的物理指標和承載力參數之間的經驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值時，可按下式估算:

其中，Quk為單樁豎向極限承載力標準值，kN;μ為樁的周長，m;qsik，qpk分別為樁周第i層土的極限側阻力、樁的極限端阻力標準值，kPa;li為第i層土的厚度，m;Ap為樁底端橫截面積，m2。

單樁豎向承載力特征值Ra可按下式估算:

其中，Quk為單樁豎向極限承載力標準值，kN;K為安全系數，取K=2。

CFG樁的樁孔位采用正方形布置，樁身直徑400 mm，樁底端橫截面積為0.125 6 m2，樁孔間距為1.60 m，以ZK5為例，采用式(1)，式(2)和式(3)計算，以?粉砂層作為樁端持力層，樁端進入持力層不小于0.60 m，復合地基豎向承載力特征值fspk=290 kPa，經深度修正后復合地基承載力特征值fsp=350 kPa＞Pk=280 kPa，可滿足建(構)筑物的設計要求。

地基處理后的變形估算可按GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范[5]，選擇多個控制性孔，采用分層總和法估算復合地基最終變形量 s=35.53 mm ～43.38 mm。

3.3 樁基礎(鉆孔灌注樁)

鉆孔灌注樁基樁的樁孔位也采用正方形布置，樁身直徑600 mm，樁孔間距為2.40 m，樁底端橫截面積為0.285 6 m2，以ZK5為例，采用式(2)和式(3)計算，以?細砂層作為樁端持力層，樁端進入持力層不小于0.90 m，基樁豎向承載力特征值Ra=2 040 kN，基底豎向承載力設計值Pk=280 kPa，每根基樁分擔的處理面積為5.76 m2，單樁豎向承載力設計值Qk=1 612.80 kN ＜Ra=2 040 kN，可滿足建(構)筑物的設計要求。

樁基沉降量估算可按JGJ 94-2008建筑樁基技術規范[4]，選擇多個控制性孔，并采用分層總和法估算樁基最終沉降量s=50.00 mm ～56.00 mm。

3.4 技術經濟比較

1)技術方面:CFG樁復合地基和樁基礎方案均能滿足上部荷載對地基強度和變形的要求，但CFG樁復合地基使樁間土的作用得到了充分發揮，增大了復合地基的壓縮模量，使復合地基最終沉降變形減小，約減小為樁基的23%～30%，且樁基礎(鉆孔灌注樁)屬端承樁，不能充分發揮樁間土的承載力，易造成浪費。與樁基比較，CFG樁工藝性好，樁體材料的流動性與和易性良好，施工速度快、工期相對較短，質量容易控制，無污染。通過以上比較，CFG樁復合地基方案優于樁基礎方案的技術指標。

2)經濟效益方面:CFG樁復合地基方案，樁數少，施工周期短，與樁基礎相比具有明顯的優勢。CFG樁復合地基利用工業廢料粉煤灰、不配筋，充分發揮樁間土的承載力，工程造價低廉，可節省投資的30%～40%，經濟效益明顯優于樁基礎方案。

4 結語

由于場地地層結構的差異性，應針對不同場地具體的工程地質條件，結合擬建建(構)筑物的結構和性質，從技術、經濟、安全等角度對不同方案進行分析比較，從而選擇合理的地基處理方案。

CFG樁復合地基利用樁和樁間土共同承擔上部荷載，使地基承載力得到了較大幅度的提高。如CFG樁復合地基能更好的得以推廣，并在實際工程中得到很好的應用，必將產生較好的經濟效益、社會效益和環境效益。

[1] 惠寒斌，張紅霞，何紅前.淺談樁基礎和CFG樁復合地基方案的比較[J].山西建筑，2009，35(28):113-114.

[2] 董小強.CFG樁的研究和應用[J].山西建筑，2004，30(4):25.

[3] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范[S].

[4] JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[5] GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].