CFG樁對提高復合地基承載力的影響分析

韓 瑋 賈曉宇 徐學野

（1.北華大學汽車與建筑工程學院，吉林 吉林132013；2.長春煤炭設計研究院，吉林 長春130012）

0 引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱（即Cement Flying-ash Gravel pile），是由碎石、石屑、粉煤灰混合料，摻適量的水進行拌合，采用各種成樁機械形成樁體。通過調整水泥的用量及配比，一般可使樁體強度等級在C10~C25之間變動[1]。CFG樁復合地基通過褥墊層與基礎連接，無論樁端落在一般土層還是堅硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。樁體的強度高低直接受水泥的摻量多少影響，水泥少時，強度低；水泥摻量高時，CFG樁樁體的強度就高。CFG樁復合地基適用于處理粘性土、粉土、砂土和自重固結完成的素填土地基。

1 CFG樁在復合地基中的作用

1.1 樁體的擠密加筋作用

CFG樁在成樁的過程中，樁體擠壓周圍松散土體，使得土體孔隙比減小，密實度增大，同時施工過程中不需要向原地基中加水，CFG樁樁體中的粉煤灰以及水泥在水化時也起到對樁間土吸水、發熱和膨脹的作用，使得樁間土達到擠密的效果。另外，由于CFG樁樁體粘結強度大、抗剪強度強，其樁體強度明顯大于樁周邊土的強度，實際上CFG樁樁體就起到土層的豎向加筋的作用，進而增大土的抗剪強度和樁側摩阻力，提高地基的承載力[2]。

1.2 樁體置換作用

CFG樁樁體是具有一定粘結強度的混合料的樁體。在CFG樁復合地基中，CFG樁承擔荷載遠大于樁間土承擔荷載，土被CFG樁置換是復合地基承載力得到提高的主要原因之一。

1.3 樁體的排水作用

CFG樁由于在普通混凝土拌合料中摻入粉煤灰，因此具有很強的滲透性，樁體相對于土體構成了滲透性很好的豎向排水、減壓通道。可以有效地消散振沖產生的超孔隙水壓力的增高，加速土體的排水和固結，有效提高土體強度，土體強度還會隨著時間增加而增強。另外，CFG樁復合地基采用振沖法施工，還可大大增強粉、細砂土的抗液化能力。

2 復合地基承載力最新計算方法

建筑地基處理技術規程（JGJ 79-2012）中的計算方法[3]，在第七章詳細介紹了各種復合地基的計算方法和施工要點，其中對于復合地基初步設計時可按下式估算承載力：

2.1 對有粘結強度增強體復合地基

式中：fspk——復合地基承載力特征值(kPa)；λ——單樁承載力發揮系數，宜按當地經驗取值，無經驗時可取0.7~0.90；m——面積置換率；Ra——單樁承載力特征值(kN)；Ap——樁的截面積(m2)；β——樁間土承載力發揮系數，按當地經驗取值，無經驗時可取0.9~1.0；fsk——處理后樁間土承載力特征值(kPa)，應按靜載荷試驗確定。

對于CFG樁復合地基，屬于有粘結強度的增強體復合地基，所以應按照公式（1）計算地基承載力。

2.2 單樁豎向承載力特征值Ra應通過現場載荷試驗確定。

式中：up——樁的周長(m)；n——土層數；qsi——樁周第i層土的側阻力特征值。li——第i層土的厚度(m)；qp——樁端土端阻力特征值(kPa)。

2.3 按樁身材料強度確定的單樁豎向承載力特征值Ra

式中fcu——樁體試塊標準養護28d的立方體抗壓強度平均值（kPa）

3 影響因素分析

從上述的3個公式來看，與復合地基置換率、樁土應力比、樁長、樁徑、樁體材料，復合地基土層信息等均有一定關系，主要分析以下幾方面的影響。

3.1 樁的平面布置方式

樁的布置形式很多，條形基礎可以采用單排、雙排或多排的布樁方式，獨立基礎可以采用單樁或是多樁布置，箱筏基礎宜采用等邊三角形布樁[4]，m為面積置換率，其計算公式為m=Ap/A，樁可以是三角形或是方形排列。樁間距的大小影響m的大小，樁間距越大，m值越小，復合地基承載力越小，但當樁距小于4倍樁徑后，隨樁距的減小，復合地基承載力的增長率明顯下降。一般選擇3~4d(樁徑)為宜。

3.2 樁長、樁徑

樁長的選擇一般決定于持力層所在位置。樁越短，樁間土荷載分擔比例就越高，樁間土受的荷載越大，樁間土的壓縮變形越大，樁長范圍內土的壓縮變形也越大；反之，樁越長，樁間土荷載分擔比就越小，樁間土的壓縮變形越小。樁徑大，置換率就大，處理區域的復合模量就大，復合地基承載力提高的就越明顯。樁體長度不同時，在承擔相同的基礎荷載時，樁體和樁間土所承擔的應力分擔不同，樁越長，樁承擔的荷載就越大，樁間土的壓縮變形就小；樁越短，樁體承擔基礎荷載就越小，基礎荷載大部分由樁間土承擔，使得沉降比較大。因此增加樁長可以增大加固區的深度，同時樁體越長，樁側摩阻力越大，上部荷載可以傳遞到更深的土層中使復合地基的承載能力提高，變形減少。

3.3 褥墊層

褥墊層厚度大，樁間土承載力能夠得到充分發揮，樁體承擔豎向荷載減小，但地基水平和豎向變形都會增大。相反，褥墊層厚度小，樁土豎向荷載分擔比加大，樁間土承載力不能得到充分發揮，需要增加樁的數量和樁長，而且樁對基礎的應力集中明顯，但其優點是復合地基的沉降量小[5]。群樁復合地基,樁數越多,置換率越大,則約束作用越大。

3.4 施工工藝

CFG樁常用工藝有長螺旋鉆孔灌注成樁，振動沉管灌注成樁和長螺旋鉆孔、管內裝混合料成樁。每種成樁工藝都有不同的要求，振動沉管灌注成樁屬于非擠土成樁，主要適合淤泥質土、松散砂土、粘性土、粉土等地質條件、長螺旋鉆孔灌注成樁要求施工土層處于地下水位以上，適合于粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土，屬于非擠土成樁；長螺旋鉆孔泵壓混合料成樁，適用于粘性土、粉土、砂土以及對噪音或污染要求比較嚴格的場地。施工時一定要及時清理場地，保證樁體剛度不變，以提高樁體承載力。

4 結語

CFG樁有著擠密加筋、置換、排水作用，有效提高了地基承載力。設計時需要考慮樁長、樁徑、樁間距、褥墊層的厚度、樁體剛度等因素，提高復合地基承載力的同時降低成本是值得注意的問題。

［1］曹俊秀,徐華山.水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）在工程地基處理中的應用[J].安徽建筑,2009(1):60-62.

［2］曾巧.CFG樁復合地基設計計算與工程應用[D].重慶交通大學,2013,06.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基處理技術規程(JGJ79-2012)[S].2012.

［4］胡長明,王建平,等.CFG樁復合地基承載力影響因素分析[J].施工技術,2005,34(9):68-70.

［5］韓云山,白曉紅,梁仁旺.墊層對CFG樁復合地基承載力評價的影響研究[J].巖石力學與工程學報,2004,23(20):3498-3503.