CFG樁地基處理設計要點及應用

周生旺

【摘要】隨著城市化進程的不斷深入，很多承載力較低、沉降量大、固結完成所需要的時間長等在地基方面的技術問題，采用CFG樁復合地基后，取得了顯著的經濟和社會效益，廣泛用于房屋建筑等工程建設領域。因此，文章就CFG樁在地基處理中的設計及應用進行了探討。

【關鍵詞】CFG樁；地基處理；設計；應用

水泥粉煤灰碎石樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結強度樁（簡稱CFG樁），樁、樁間土和褥墊層一起構成復合地基。水泥粉煤灰碎石樁復合地基具有地基承載力提高幅度大，地基變形小等特點，適用范圍較廣。

一、CFG樁復合地基作用原理

（一）CFG樁的作用

水泥經水解和水化反應及與粉煤灰的凝硬反應后生成穩定的結晶化合物，這些化合物填充了碎石和石屑的空隙，將這些骨料黏結在一起，因而提高了樁體的抗剪強度和變形模量，使CFG樁起到了樁體的作用。CFG樁在處理砂性土、粉土和塑性指數較低的黏性土地基時，采用振動沉管等排土、擠密施工工藝，提高了樁間土的強度，并通過提高樁側法向應力增加了樁體側壁摩阻力，提高單樁承載力，從而提高復合地基承載力。

（二）褥墊層的作用

褥墊層是復合地基的一個核心技術，復合地基的許多特性都與之緊密相關。褥墊層將上部基礎傳來的基底壓力，通過適當變形以一定的比例分配給樁及樁間土，使二者共同受力，同時土體受到樁的擠密而提高承載力，而樁又由于周圍土側應力的增加而改善了受力性能，二者共同作用形成一個復合地基的受力整體，共同承擔上部基礎傳來的荷載。試驗表明，褥墊厚度越大，樁頂的水平位移越小，即樁頂承受的水平荷載越小。當褥墊層厚度很小時，樁對基礎底面產生應力集中，但當褥墊層厚度大于10cm時，應力集中明顯降低，當褥墊層厚度為30cm時，樁土應力比降為1.23。因此，設置褥墊層另一個作用表現在均勻地基應力，減小地基沉降。褥墊層材料宜用粗砂、中砂、碎石、級配砂石，最大粒徑不宜大于30mm。

二、CFG樁的特點

（一）適用范圍廣且承載力提高幅度大

CFG樁適用于處理粉土、砂土、粘性土和自重固結已完成的素填土地基。如何對一些不能滿足工程建設要求的天然地基進行有效的加固，以滿足使用要求。傳統的地基處理方法諸如換填法、預壓法、密實法、注漿加固法等，則有諸多限制和不完善的地方；然而作為高粘結強度樁復合地基的CFG，不但能夠很好的適用于這些土質，且適用于各種基礎形式，應用范圍很廣。影響CFG樁復合地基承載力的因素主要有，樁徑、樁長、樁體配比、樁間距等設計方面的參數。CFG樁應選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為樁端持力層；樁越長，樁的荷載分擔比越高，能很好的提高地基承載力。

（二）工藝性好且工程造價低、變形穩定快

由于CFG樁的材料是大部分碎石、石屑和粉煤灰，這些材料具有良好的和易性和流動性，給灌注和控制施工質量方面帶來方便。單打法是CFG施工工藝的最基本的功法，CFG樁分為移機就位、沉管造孔、填料加密、成樁四序，其中第三道工序為關鍵工序。在實際施工時，一般根據荷載要求和土質的情況選擇適當的方法，這使得施工過程中更加的有針對性，提高了施工的效率和質量。除此之外，CFG樁落在比較硬的土層上時，能夠較好的控制地基沉降，是因為它用適當增加樁長來減少變形，并且變形穩定快。在工程造價上，節約了鋼材和水泥，并有效利用石屑和工業渣灰等。CFG樁在后期強度上提高也較大，例如九十天樁抗壓強度通常為二十八天抗壓強度的1.7倍，且有效設計復合地基，在結構安全儲備上也充足。

三、CFG在工程中的應用實例分析

（一）工程概況

下面以某具體工程為例，其地層巖性見表1：

表1.承載力特征值及相關指標

層號 巖性 厚（m） fsk qsik qp

1 雜填土 1.0～2.0 - -

2 粉質粘土 0.6～3.0 140 18

3 粉土 2.0～2.4 110 16

4 粉質粘土 0.5～4.5 120 20

5 黏土 3.0～6.0 140 25

6 粉土 3.0～8.0 150 25 270

6-1 黏土 0.5～2.0 140 28 300

7 粉質粘土 未穿透 190 30 350

（1） 根據地質情況結合由JCCAD中讀取的筏板荷載，本工程以第6層粉土作樁尖持力層，樁長為8m，樁徑為0.4m，則Ap =0.1256m2，up =1.256m。

（2） 第六層樁端qp=270kPa，αp=1.0

計算出各個孔點的單樁豎向承載力，通過比較取最小的值245kN。

（3） 由JCCAD軟件計算分析，筏板基礎底面凈反力為205KPa；本工程CFG樁頂位于第三層粉土層。

（4）取1.5米樁間距，正方形布樁，m=m=d2/de2=（0.42）/（1.13X1.5）2=0.056

取λ=0.9，β=1.0

=211.6KPa，故采用1.5米樁間距時，滿足設計要求。

（5） 驗算樁身承載能力， ，取λ=0.9，fcu≥7.02MPa

設計時樁身強度應達到7.02MP，故樁身采用C20混凝土滿足要求。

長螺旋鉆中心壓灌、干成孔和振動沉管成樁宜為350～600mm；泥漿護壁鉆孔成樁宜為600mm～800mm；鋼筋混凝土預制樁宜為300mm～600mm。樁頂和基礎之間應設置褥墊層，褥墊層厚度宜為樁徑的40%～60%。褥墊材料宜采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm。

CFG樁可只在基礎范圍內布樁，并可根據建筑物荷載分布、基礎形式和地基土性狀，合理確定布樁參數。褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法，夯填度（夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不得大于0.9。

（二）施工工藝

1、施工工藝選擇

根據設計要求，本工程采用水泥粉煤灰碎石樁復合地基處理，為保證樁身施工質量，盡可能減小樁間土的擾動，確保本項目的順利進行，合理的選擇機械施工工藝。本CFG樁工程施工工藝擬采用長螺旋鉆孔-管內泵壓砼灌注成樁工藝。能夠達到設計承載力的要求，對樁的質量有保證。

2、設備選配

采用YT220型長螺旋鉆孔機2臺；HBT60型混凝土輸送泵2臺；切割機1臺；水準儀、經緯儀1套等及其他配套設備。

3、施工方法

鉆機就位后，啟動馬達，螺旋鉆桿鉆入地下，鉆孔過程做好記錄，進入持力層時記錄鉆壓電流值。鉆至設計標高后，開始泵壓混合料，混合料下入孔底后開始均勻提鉆。根據泵入混合料量控制提鉆速度，保證鉆頭矛尖始終在混合料中，以防斷樁?；旌狭线_不到設計標高時，應及時處理，將泵管插入混合料下面50cm處補料并振搗密實。達到設計強度的樁進行樁頭鑿毛處理，并預留2cm-3cm伸入褥墊層。全部完成后進行褥墊層施工。

由于CFG樁改善了碎石樁的剛性，使其不僅能很好地發揮全樁的側阻作用，同時也能很好地發揮其端阻作用。其沉降變形小、施工簡單、造價低，具有明顯的社會和經濟效益。

【參考文獻】

[1]張先念.CFG樁地基在地基處理中的應用[J].科技創新與應用，2014，12

[2]聶福霞.CFG樁復合地基設計與應用研究[D].中國海洋大學，2005