CFG樁在某工程應用的分析

余術剛

鄭州大學綜合設計研究院有限公司（450000）

CFG樁在某工程應用的分析

余術剛

鄭州大學綜合設計研究院有限公司（450000）

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的英文縮寫，它是20世紀80年代末出現的一種地基處理技術，隨著我國工程建設的大量興起，CFG樁應用也越來越廣泛。CFG樁有著施工快、成本低等優點，目前，在多高層建筑以及工業廠房，高速公路路基處理，軟土地區控制沉降中都有著廣泛的應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。但在工程實際中也存在一些問題，文章就洛陽某工程CFG樁的適用性進行分析，得出一定的結論。

CFG樁；工程實踐；褥墊層；沉降

1 地質條件

擬建項目位于洛陽市洛南新區，由3棟高層住宅樓和一個地庫組成。擬建場地地形較為平坦，各勘探點孔口標高變化在155.05～158.77 m，最大高差為3.69 m。擬建場地地貌單元屬于洛河Ⅰ級階地前緣。

根據野外鉆探、室內土工試驗及原位測試成果進行綜合分析，擬建場區地層分布上覆為第四紀沖洪積作用所形成的黃土狀粉土及粉質黏土層，中間為砂及砂卵石層，下伏為上第三系黏土巖，地表為受人類活動影響所形成的填土層。根據本次勘察成果，參考區域地質資料，可將本次勘探深度內的地基土分為以下幾層，現自上而下分述。

1.1 素填土（Q4ml）

黃褐色，以粉質黏土、粉土形成的素填土為主，含有草根、磚渣、灰渣等，表層分布。土質松散，均勻性、結構性差。層厚0.00～3.60 m。

1.2 黃土狀粉土夾粉黏質土（Q42al+pl）

褐黃～黃褐色,粉質黏土呈可塑～硬塑狀態;粉土呈稍濕～飽和、稍密～中密狀態。具有針狀及大孔隙，含有白色鈣絲、青磚塊、紅磚屑及炭末等，局部夾細砂薄層，個別區域混卵礫石夾層。粉質黏土無搖振反應，稍有光澤，干強度中等，韌性中等；粉土搖振反應中等，無光澤，干強度低，韌性低。該層沉積時間相對較短,為新近堆積黃土。壓縮系數平均值= 0.26 MPa-1，屬中壓縮性土。層厚0.80～4.60 m,層頂標高156.04～157.67 m。

細砂（Q42al+pl）：褐黃色，稍濕～飽和，稍密,礦物成份為長石、石英、云母，以細砂為主，局部地段分布有粗砂，局部夾有卵礫石和粉土薄層。呈透鏡體狀分布。層厚0.50～2.20 m。層頂標高153.31～155.27 m。

1.3 卵石（Q4al+pl）

雜色，濕～飽和，中密為主，局部密實，巖性成份主要為石英砂巖及火成巖，卵石含量約為70%，顆粒呈亞圓形,一般粒徑3～8 cm,最大粒徑超過15 cm。充填物多為圓礫、中粗砂及少量黏性土。卵石磨圓度較好，分選性一般，級配一般。層厚0.60～3.90 m，層頂標高148.77～155.35 m。

1）卵石（Q4al+pl）：雜色，濕～飽和，稍密～中密。巖性成份主要為石英砂巖及火成巖，卵石含量約為60%，顆粒呈亞圓形，一般粒徑3～6 cm，最大粒徑超過15 cm。充填物多為圓礫、中粗砂及少量黏性土。卵石磨圓度較好，分選性一般，級配一般。呈透鏡體狀分布。層厚0.50～3.80 m，層頂標高149.81～155.57 m。

2）圓礫（Q4 al+pl）：雜色，濕～飽和，松散～稍密，巖性成份以石英砂巖及火成巖為主。圓礫石含量約65%，顆粒呈亞圓形，一般粒徑1～3 cm，充填物以砂、黏性土為主，局部夾有黏性土薄層。磨圓度較好，分選性一般，級配一般。呈透鏡體狀分布。層厚0.50～2.70 m，層頂標高149.89～155.24 m。

1.4 黏土巖（N）

黃褐～紅褐色，成巖作用較差，似硬黏土狀。泥質結構，厚層構造，可見傾角12～170的層理，巖體基本質量等級為Ⅴ類。以黏粒為主，部分段含砂粒和礫石，可見黑色鐵錳質斑點及灰綠色高嶺土條紋，局部富含鈣質及砂巖塊。該層強度不均勻，上部成巖作用差，呈硬黏土狀，下部成巖作用稍好，巖芯多呈柱狀，并且強度因鈣化膠結程度不同而差異較大，遇水易軟化，失水易崩解。層頂標高148.42～150.89 m。該層未鉆穿，勘察最大揭露厚度34.50 m。根據區域工程地質資料，該黏土巖層厚度大于50 m。

圖1 勘探點平面布置圖

圖21 -1剖面圖

圖33 -3剖面圖

根據野外鉆探，現場原位測試及室內土工試驗成果，依據國家有關規范，并結合地區建筑經驗，綜合確定各地基土層的承載力特征值及變形參數如表1所示。

根據設計方提供的“巖土工程勘察任務委托書”，主樓為剪力墻結構、框剪結構，筏板基礎，平均基底壓力分別為600 kPa，設有2～3層地下室，地下室基底標高為-10.6 m。假定建筑物±0.00標高為157.60 m,則高層建筑筏板基礎底標高為147.00 m，根據工程地質剖面圖，基礎持力層為（4）黏土巖層。根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）的有關規定，（4）黏土巖承載力不作修正，由于（4）黏土巖承載力不能滿足高層荷重要求，故不宜采用天然地基方案。根據場地的巖土工程地質條件，結合建筑物的荷載特點，本工程高層建筑也可采用剛性樁復合地基方案，基礎采用復合地基上的筏板基礎。

表1 各地基土承載力特征值及壓縮模量

剛性樁采用CFG樁，建議采用泥漿護壁沖擊成孔的施工工藝，以（4）黏土巖作為樁端持力層，由于（4）黏土巖層的性質與土層比較接近，設計時不按嵌巖樁進行單樁承載力估算。

2 CFG樁工作原理

CFG樁與樁基的主要區別在于褥墊層，上部荷載傳到基底，通過褥墊層的變形，將荷載分配給樁和樁間土，使二者共同受力，同時土體受到樁的擠密而提高承載力，而樁又由于周圍土的側應力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一個復合地基的受力整體，共同承擔上部基礎傳來的荷載。當褥墊層厚度較小時，樁承擔的豎向荷載比例就較大，反之，當褥墊層厚度較大時，樁間土承擔的豎向荷載比例就越大。樁和樁間土共同承擔荷載就需要適當厚度的褥墊層。

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。當樁端落在一般黏土層上時，基礎承受荷載后，開始絕大部分荷載仍由樁承擔，隨著時間的增加，基礎和樁的沉降不斷增加，同時基礎下土分擔的荷載不斷增加，即存在一個樁所承擔的荷載逐漸向樁間土轉移的過程?；A和樁之間設置了一定厚度的褥墊層后，在上部荷載作用下,樁間土的抗壓剛度遠小于樁的抗壓剛度，樁頂出現應力集中，當樁頂壓力超過褥墊層局部抗壓強度時，褥墊層局部（與樁接觸部分）會產生壓縮量，基礎和褥墊層整體也會產生向下位移壓縮樁間土，此時，樁間土承載力開始發揮作用，并產生沉降直至應力平衡。由此可見設置褥墊層后，可以保證基礎通過褥墊層的塑性調節作用將部分荷載傳到樁間土上，從而達到樁土共同承擔荷載的目的。

樁間土承擔荷載的比例，由褥墊層的厚度決定。當不設褥墊層時，樁對基礎底板的應力集中很顯著，設計時應考慮樁對基礎底板的沖切破壞（類似樁基），褥墊層厚度越大應力集中現象越不明顯，當達到一定厚度時，基底反力就等同于天然地基的反力。通過試驗研究，當褥墊層厚度為100 mm時，CFG樁對基底產生的應力集中已明顯降低，當厚度為300 mm時，應力集中已很小，也就是說，墊層超過一定厚度后，基礎底板設計時可以不考慮樁對基礎應力集中的影響。建筑地基處理技術規范(JGJ 79—2012)建議CFG樁褥墊層厚度為樁徑的40%～60%，這與上述原理相一致。

圖4 CFG樁復合地基示意

3 CFG樁實用性分析

本工程基礎持力層為第（4）黏土巖,強度較高，在上部荷載作用下，樁間土的抗壓強度與樁的抗壓強度相當，樁頂應力集中現象不明顯，隨著褥墊層的壓縮，樁和樁間土壓縮量相當，由于樁間土面積遠大于與樁接觸面積，要保持應力平衡，樁受力是主要的。褥墊層的調節作用失效，樁土共同承擔荷載的目的也未達到。設置CFG樁的效果不明顯。復合地基受力模式如圖5所示。

圖5 復合地基受力模式

[1]JGJ79—2012,建筑地基處理技術規范[S].

[2]鄧躍光,黃榮.CFG樁復核地基的原理和設計[J]地質災害和環境保護,2002(3)：9.

[3]李寧.復合地基中褥墊層作用機理研究[J].巖土力學,2000, 21(1)：10-15.