CFG樁在復合地基加固中的應用

方李

摘要：CFG樁復合地基以其單樁承載力高、沉降變形小、施工簡便、造價較低、適用性廣等特點，在軟弱土和不良地基處理中獲得廣泛應用。本文對這種復合地基的加固機理、技術特點和工程應用進行了分析。

關鍵詞：CFG樁復合地基；加固；應用

當天然地基的承載力無法滿足建筑荷載要求時，就要對地基進行處理，其中通過增強或置換部分土體，達到由地基土和增強體共同承擔荷載的地基形式稱為復合地基。雖然五六十年前這個概念才被提出來，但復合地基的實踐歷史已有數千年之久，早期人類就學會了使用木樁來處理軟土地基。復合地基有很多類型，按樁型可分為碎石樁復合地基、砂樁復合地基、土樁復合地基、石灰樁復合地基、水泥攪拌樁復合地基、CFG樁復合地基等，其中CFG樁復合地基是由我國建筑科學研究院地基所于20世紀80年代末開發出來的一種新型技術，目前在地基處理中得到廣泛應用，適于處理黏性土、粉土、砂土和已固結的素填土地基。為了更好地理解和應用該項技術，本文對CFG樁復合地基的加固機理、技術特點及應用進行了分析。

1 CFG樁復合地基的加固機理及技術特點

1.1GFG樁復合地基的加固機理。CFG樁復合地基是由CFG樁、樁間土、褥墊層和基礎構成的復合地基。CFG樁采用了水泥、粉煤灰、粗骨料（卵石、碎石或兩者混合料）、細骨料（砂或石屑）和水混合攪拌后灌注而成，可采用振動沉管打樁機或長螺旋鉆管樁機成樁，后者為了改善混合料的泵送性能可加入適量泵送劑。CFG樁的受力特性與素混凝土樁類似，屬高粘結強度樁（樁體強度一般C5～C25）。在荷載作用下，CFG樁的壓縮性遠低于樁間土，表現為剛性樁特征，其樁側和樁端可以分別發揮摩擦樁、端承樁的效果，同時樁間土受到置換或擠密置換作用也提高了承載力。褥墊層由級配良好的顆粒狀松散材料（5～20mm碎石或粗砂、中砂等配合而成）構成，其將上部荷載分配給CFG樁和樁間土，使樁和土共同承擔上部傳遞的荷載。荷載較小時，樁間土承擔了大部分荷載。隨著荷載的增加，CFG樁承擔荷載的比例逐步增加并超過了樁間土，可見CFG樁的加入使復合地基的承載力提高了，而CFG樁的低壓縮性又使地基沉降變形減小，因此CFG樁具有加固地基的作用。

1.2 GFG樁復合地基的設計。CFG樁復合地基的設計就是依據巖土工程勘察報告、場地環境條件及建筑物的平面布置圖，計算復合地基的承載力，確定樁長、樁徑、樁間距、樁身強度、褥墊層厚度及材料等參數，最后驗算復合地基變形。

初步設計時，CFG樁復合地基承載力可按《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）對有粘結強度增強體的復合地基公式7.1.5-2進行計算，該式反映了單樁承載力與樁間土承載力按面積分配，再結合地區經驗的發揮系數的疊加。單樁承載力特征值應通過現場載荷試驗取得，沒有試驗數據時可按公式7.1.5-3進行估算。但這樣計算的結果通常仍需按基礎寬度和埋深進行修正，因為按《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）5.2.4條規定，基礎寬大于3m或埋深大于0.5m時，根據載荷試驗或原位測試、經驗數據等確定的地基承載力特征值，尚應按公式5.2.4進行修正。經修正后的復合地基承載力特征值往往比公式7.1.5-3計算的結果要大得多。其實，這只是一個方面，天然地基修正后也具有這樣結果。在特定條件下，例如土層為粉土、黏性土、粉細砂且基礎寬深較大時，有可能經CFG樁處理的復合地基承載力尚不如沒有處理的天然地基承載力。之所以會出現這樣的結果，反映現行規范的公式不完善，安全系數取值偏于保守，因此有不少學者提出了不同的承載力計算公式或修正系數。

設計參數的確定。樁長主要取決于CFG樁以哪個土層作為持力層，通常選擇勘察報告中承載力較高的土層作為持力層，這樣樁長就可以確定了。樁徑主要取決于成樁設備，通常可在350～600mm之間選擇。樁間距一般按樁徑的3～6倍選取，承載力大時應取小值，但樁間距過小時新樁可能對相鄰已打樁造成影響。樁身強度可按JGJ79-2012公式7.1.6-1及7.1.6-2（基礎埋深修正）計算。褥墊層厚度一般取樁徑的0.45～0.50倍或5～20mm，樁間距較大時可取較大的厚度值。

復合地基的變形計算主要有解析法、數值解法和經驗公式法，通常多采用經驗法。規范JGJ79-2012第7.1.7條規定復合地基變形計算采用復合模量法，即復合土層（加固區）的模量等于天然地基（下臥層）模量的倍，而天然地基的最終變形量按GB50007-2011第5.3.5條公式計算，即地基變形時的最終變形量，根據各層土體的應力分布按各向同性均質線性變形體理論計算。此外，變形計算還應合理確定附加應力取值，作用于基礎底面的附加應力為準永久組合，故不應計入風荷載和地震效應。同時還要考慮地下水浮力的影響，若計算基底壓力時已扣除地下水浮力的影響，則計算地基土附加應力時地下水位以下的土層重度應采用浮重度，否則應采用天然重度。

1.3GFG樁復合地基的應用場合。根據GB50007-2011第3.0.1條的規定，30層以上高層建筑的基礎設計等級為甲級，采用復合地基方案須經專門研究并經專項論證以后才能實施，目前CFG樁復合地基已在4 5層（地上43層，地下2層）高層建筑地基處理中得到成功應用。此外，多樁型復合地基也在一些地區得到應用，例如灰土擠密樁與CFG樁的復合地基應用。

2 CFG樁復合地基的應用

2.1工程概況。某高層建筑地上34層，地下2層，地下室基底埋深8.6m，采用剪力墻結構。根據勘察報告，場地地層由雜填土、粉質黏土（有2個亞層）、強風化混合花崗巖和中風化混合花崗巖構成。勘察深度內有2個含水層，第l層為上層滯水，第2層為承壓水，穩定水位在花崗巖頂面之上1.0m處。經方案比選，選用筏板基礎，地基處理采用CFG樁復合地基方案，要求處理后的地基承載力特征值≥560 kPa。CFG樁的持力層選擇強風化混合花崗巖，要求樁端進入巖層至少0.5m，所以確定樁長為11m，該層地基承載力fak=500kPa，樁端端阻力特征值q=1100k a。

2.2 GFG樁復合地基設計。根據施工設備條件，擬定樁型為長螺旋鉆管內壓CFG樁，樁徑定為400mm，設計樁身砼強度為C25，單樁承載力特征值≥600kN。利用JGJ79-2012公式7.1.5-2反算出面積置換率為8.7%。再根據樁徑和面積置換率計算樁間距為1200mmx1200mm，布樁采用正方形網格形式，基礎基底外圍布置2排樁，總樁數為467根。又根據JGJ79-2012第3.0.4條關于基礎寬深的修正系數取值規定，核算CFG樁復合地基承載力特征值f=625.8kP>560kPa，滿足設計要求。計算復合地基最終沉降量為3 5.2m m<2 00m m，滿足規范要求。CFG樁身砼配比為：水泥324kg、粉煤灰50kg、碎石1050kg、中砂781kg、水190kg、泵送劑4.21kg，砼坍落度為160～200mm。褥墊層定為200mm厚，鋪設寬度每邊超出基礎邊緣至少200mm，材料采用5～16mm的碎石。

2.3 GFG樁復合地基施工。施工工藝流程為：樁機就位一鉆孔至設計標高一砼備料、攪拌一泵送至鉆管內一成樁養護一樁體檢測一清理鉆孔棄土及樁間保護土一樁頭處理一鋪設褥墊層。

2.4 GFG樁復合地基檢測。施工28d齡期后，抽取5根單樁及5點進行復合地基靜載試驗，同時選取不少于10%樁數的單樁進行低應變動測，結果單樁復合地基承載力特征值不低于560kP a，樁身完整。竣工1年后最大沉降量為27.9mm。結語：CFG樁復合地基作為一項新型地基處理技術，雖然開發時間不過30年時間，但在實踐中已獲得良好的經濟效益和社會效益。但其實踐領先于理論的發展，按規范設計安全裕度偏大，施工中也確有控制不周之處，然而這些不足無礙該項技術的推廣應用，未來將會不斷完善。