淺談CFG樁在基礎設計中的應用

申娟

【摘要】CFG樁復合地基是由CFG樁、樁間土和褥墊層一起構成的剛性樁復合地基。通過褥墊層把樁和基礎斷開，改變了過分依賴樁承擔垂直荷載和水平荷載的設計思想，其優點體現在其傳遞水平荷載和垂直荷載的工作特性上。CFG樁復合地基設計，必須同時滿足強度和變形兩個條件。

【關鍵詞】CFG樁特點；強度控制；變形控制

CFG樁是是在碎石樁的基礎上摻入適量的石屑、粉煤灰和少量水泥，按一定的比例拌和成一種具有一定粘結強度的樁體，這種樁的骨料仍為碎石，用摻入石屑來改善其顆 粒級配，摻入粉煤灰來改善混合料的和易性，并可利用其活性減少水泥用量。CFG樁復合地基由CFG樁、樁問土和褥墊層組成。

1、普通CFG樁復合地基的特點及加固機理

1.1 CFG樁復合地基的特點

CFG樁體的強度和其樁體組成材料的摻量有很大關系。文獻[4]認為，低水泥摻量CFG樁體早期強度較低，只有水泥摻量一定程度時，才會產生一定早期強度。在水泥摻量低于30%時，隨著水泥摻量的增加，28 d的樁體強度迅速增加。而水泥摻量在30%～60%之間時，樁體強度隨著水泥摻量的增加，增長較為緩慢。CFG樁的水泥摻量控制在30%左右較為適宜。粉煤灰與礦渣主要調節CFG樁的和易性，粉煤灰與礦渣摻量變化對樁體強度有一定的影響，CFG樁中粉煤灰摻量的最佳范圍在20%～ 30%左右。文獻[2]利用室內無側限試驗進行了CFG樁彈性模量的測定，并分析水泥 煤灰、水灰比、石屑率對彈性模量的影響，得出cFG樁的本構模型為線性彈性模型，其彈性模量與破壞強度有關，一般其彈性模量在800 MPa～1 600 MPa范圍內。泥粉比在1左右時，彈性模量較高；混合料的坍落度控制在3 CITI左右時，水灰比在0.9～1.4之間，彈性模量較大；石屑率在28.6%左右時，彈性模量較高。

1.2 CFG樁復合地基加固機理

CFG樁復合地基加固機理主要是其褥墊層將上部基礎傳來的基底壓力通過適當的變形以一定的比例分配給樁及樁間土，使二者共同受力。CFG樁復合地基加固地基主要有以下3種作用：

1） 樁體作用

CFG樁不同于碎石樁，樁身材料不再為松散石料，而是具有一定強度的粉煤灰混合料，樁的彈性模量遠大于樁間土的彈性模量，在荷載作用下CFG樁身的壓縮明顯比周圍軟土小。因此，基礎傳給地基的附加應力隨地基變形逐漸轉移到樁體上，出現了應力集中現象。復合地基中的CFG樁起到了樁體的作用，而樁周圍土承擔荷載較小。樁身強度、剛度愈大，置換率愈大，樁土應力比愈高，應力集中就愈大。

2） 擠密作用

在施工時，由于樁管振動和側向擠壓作用使樁間土得到了擠密，提高樁間土的承載力。

3） 褥墊層作用

褥墊層技術是CFG樁復合地基的核心技術，CFG樁復合地基的許多特性都與褥墊層的作用密切相關。CFG樁復合地基中的褥墊層不是我們在基礎施工中常見的素混凝土墊層，而是厚度為100 mm～300 mm的碎石（或級配砂石）散體墊層。褥墊層的突出作用是在荷載作用下，它可以產生垂直、水平兩個方向的擠壓、互補作用，從而促使在受荷過程中，樁間土與基礎底面始終保持緊密接觸。而且褥墊層還有調整樁、土荷 載分擔比，減少基礎底面的應力集中等作用。如不設褥墊層，當樁端位于堅硬土層時，基礎承受荷載后，樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔，樁間土承載力很難發揮。

2、CFG樁復合地基的設計

2.1 CFG樁復合地基強度控制的設計

復合地基承載力是由樁間土和樁共同承擔荷載。CFG樁復合地基承載力取決于樁距、樁徑、樁長、上部土層和樁尖下臥層土體的物理力學指標以及樁間土內外面積的比值等因素。從現有的復合地基承載力的計算方法來看，其主要思路是將土的承載能力考慮進去，即“復合”樁與樁間土的強度，一般是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，再根據一定的原則將這兩部分疊加，即得到復合地基承載力。強度控制的設計計算主要有面積比公式和應力比公式兩種方法：

1、面積比公式

Pcf =K1λ1mPpf +K2λ2（1- m） Psf（1）

式中Pcf ———復合地基極限承載力（kPa）；

Ppf ———樁體極限承載力（kPa） ；

Psf ———天然地基極限承載力（kPa） ；

m———復合地基置換率；

K1 ———反映復合地基中樁體實際極限承載力的修正系數，一般大于110；

K2 ———反映復合地基中樁間土實際極限承載力的修正系數，其值視具體工程情況確定，可能大于110，也可能小于110；

λ1 ———復合地基破壞時，樁體發揮其極限強度的比例；

λ2 ———復合地基破壞時，樁間土發揮其極限強度的比例。

2、應力比公式

Pcf =K2 Psf[1+m（n- 1） ] （2）

Pcf =K1 Ppf [1+m（n- 1）]/n （3）

式中二復合地基樁土應力比。若樁間土先發生破壞，則采用式（2） ；若樁體先發生破壞采用式（3） ；若樁體和樁間土同時破壞，兩式均用，計算結果取小者，以偏于安全。無論是面積比公式還是應力比公式，都是要先確定樁體和樁間土的承載力，應把握以下兩點：1、樁間土極限承載力K2Psf 取相應的天然地基極限承載力Psf ，即K2 =110；

2.2 CFG樁復合地基變形控制的設計

CFG樁復合地基的沉降變形由三部分組成：一是樁長范圍內土的壓縮變形，二是下臥層的變形，三是褥墊層的壓縮變形。令樁頂沉降為Sp，樁間土表面沉降為Ss，樁端處樁沉降為。由于CFG樁體模量較大，在通常荷載下，軸向力引起樁的壓縮量很小，可以忽略不計。這樣，樁體任一斷面處的位移認為與樁頂的位移相等，即SP =S′P。由于樁間土表面的沉降大于樁頂的沉降，樁頂的一部分進入到褥墊層中，稱之為上刺入變形，用△上表示△上=SS - SP樁端處土的位移用SS 表示。在樁端處，樁的沉降大于土的沉降，即產生下刺入變形，用△下表示△下=SP - S′S設樁長L范圍內土的壓縮量為S1 ，則有S1 =△上+△下設下臥層變形量為S2 ，褥墊層壓縮量為S3 ，則基礎總變形為S= S1 + S2 + S3 。因工程中褥墊層變形量很小，可以忽略不計，基礎總變形為S= S1 + S2在CFG樁復合地基沉降計算中，通常根據復合地基變形模式將沉降量分為兩部分，即復合地基加固區壓縮量S1 與復合地基加固區下臥層壓縮量S2，分別計算再求和。

結束語

我們采用CFG樁復合地基進行地基處理時，應結合地層情況，選擇適宜的施工方法，進一步考慮采用長、短樁結合的方法，拓寬應用范圍，向多樁徑方向發展，還可進一步降低造價，爭取取得更好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 楊秀紅.CFG樁聯合碎石樁組合型復合地基的有限元分析[D].錦州：遼寧工程技術大學碩士學位論文，2012.

[2] 侯素明.CFG樁復合地基在施工中的質量控制[J].山西建筑，2013，（12）.

[3] 李小青.CFG剛性樁復合地基的材料構成分析[J].華中科技大學學報，2014，（09）.

[4] 徐卓，翟鳴元.CFG 樁復合地基的工程應用探討[J].山西建筑，2012，（18）.

[5] 廖琴.CFG樁復合地基樁帽結構施工工藝[J].價值工程，2012，（07）.

[6] 王娟，王興科，郭亞宇.CFG 樁加固軟土地基施工技術[J].價值工程，2013，（22）.