CFG樁復合地基受力機理研究

石玲霞

摘要：CFG樁復合地基是一種經濟、可靠的地基處理技術；該技術比天然地基能更好的提高地基承載力、更易控制地基變形；故在我國得到迅速的發展與廣泛的應用。但CFG樁復合地基的工作機理和設計計算的研究還比較滯后；其還有待于進一步研究。本論文從CFG樁復合地基研究現狀、存在的問題、加固機理三個方面進行研究；其中加固機理從樁體效應、排水作用兩方面進行介紹。對以后的工程提供了理論基礎。

關鍵字：CFG復合地基、加固機理、樁體效應

1 CFG樁復合地基研究現狀

水泥粉煤灰碎石樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和，用各種成樁機械在地基中制成的強度等級為c8～c25的高粘結強度的樁，簡稱為CFG樁。該種處理方法是通過在碎石樁體中添加以水泥為主的膠結材料，添加粉煤灰增加混合料的和易性并有低標號水泥h混凝土的作用，同時還添加適量的石屑以改善級配，使樁體獲得膠結強度，從散體材料樁轉化為具有高粘結強度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基。

楊麗君等針對褥墊層在CFG樁復合地基中的主要作用進行了探討，并對褥墊層的厚度和材料對CFG樁復合地基作用機理的影響進行研究分析。郭明田、丁勇等就CFG樁復合地基的設計參數（樁徑、樁長、樁間距、褥墊層厚度）做正交試驗計算，研究分析其設計參數影響地基處理的效果，并對CFG樁復合地基優化設計提出可靠的方法。王步云、越秀芹針對擠密碎石樁與CFG樁組合處理軟土地基的設計理論進行了研究分析，并將研究成果成功應用于工程實踐。

2 CFG樁復合地基研究中存在的問題

2.1 機理研究中的問題

CFG樁復合地基在解決超高層、高層、低層建筑的地基不均勻沉降或地基的沉降差異、濕陷性黃土等工程問題方面取得了良好的成果，但與淺基礎、樁基相比較，CFG樁復合地基的理論還不成熟，有待于進一步研究。目前針對CFG樁復合地基在豎向荷載作用下，考慮樁、土、褥墊層相互作用的應力場和位移場分布規律的研究偏少；另外CFG樁復合地基的樁體與樁間土如何相互作用，以及協調作用機制的理論研究亦處于不成熟階段。

2.2 承載能力和變形特征研究中的問題

與天然地基相比，CFG樁復合地基屬于剛性樁復合地基，其具有承載能力比天然地基高、地基變形較天然地基好控制且沉降小的特點。但CFG樁復合地基和樁基相比，其承載能力相對較弱、沉降較大，所以如何更好的利用CFG樁復合地基來提高地基承載力、有效控制地基變形以滿足工程需求是學術界研究的一個重點與難點。工程實踐中，CFG樁、土體的承載力發揮系數存在不確定性或地域的差別，目前關于CFG樁復合地基的承載能力、變形特征等研究還沒有形成統一；關于CFG樁復合地基承載力和沉降的影響因素關系復雜，其非線性關系還不是很清楚。

3 CFG樁加固機理

3.1 CFG樁傳遞荷載的形式

復合地基通過在地基中增設的增強體來傳遞荷載，而增強體分為水平向和豎向兩類。水平向增強體是通過增加土體和增強體之間的水平作用力來加固地基，如土工格柵、金屬材料等加筋材料；豎向增強體則是通過土體和增強體之間的豎向摩阻力以及增強體端阻力來加固地基，如CFG樁等樁體。CFG 樁樁體材料由水、粉煤灰摻適量水泥、碎石和砂石組成。樁體強度一般為C10-C30，由于其強度和剛度介于高強度樁和柔性樁之間，CFG樁復合地基既能充分發揮樁體材料的潛力，也能充分發揮樁間土的承載能力。

在荷載作用下，CFG樁復合地基由樁和樁間土共同發揮承載能力，并將荷載通過樁周摩阻力和樁端阻力傳遞給深層的地基土體。研究表明：樁體剛度的大小對粘結材料樁的荷載傳遞規律有較大的影響。剛性小的樁體形成的復合地基存在有效樁長，即當樁長超過有效樁長后，地基承載力并不能隨樁長的增加而增加，因為剛度小的樁體側摩阻力隨著深度的增大而減少；而對于高強度樁和柔性樁之間的CFG樁來說，在豎向荷載作用下，樁身橫向變形不顯著，它不存在有效樁長，復合地基承載力的提高主要來自全樁長的側摩阻力和樁端阻力，地基承載力會隨樁長的增加而增加。

3.2 加固機理

CFG 樁主要骨料為碎石，填加顆粒較小的石屑來填充碎石之間的空隙以改善骨料的級配，而加入工業廢料粉煤灰不僅可以減小水泥用量，節約成本，還可以提高樁體的后期強度。

CFG樁復合地基由CFG樁、樁間土和褥墊層共同構成，三者之間的相互作用能夠提高復合地基承載力。

3.2.1樁體效應

樁體效應也稱為置換作用，是指地基在樁的作用下，承載力提高、變形減小。CFG 樁復合地基中樁體的強度一般為C10～C30，顯然其彈性模量比樁間土的壓縮模量高很多，在豎向荷載作用下，樁頂沉降會小于樁間土沉降，因而樁頂比樁間土分擔的荷載要多。樁所承擔的荷載可以通過樁側摩阻力和樁端阻力向較深的土層中傳遞，使加固區中附加應力減小，而下臥層中附加應力相對增大。與天然地基相比較，在地基中加入CFG 樁形成復合地基可以提高加固區模量，減小加固區附加應力，使得加固區土層壓縮量大幅減少。下臥層中附加應力雖然會增大，但只要樁端的下臥層是壓縮模量高的持力層，其壓縮量就不會增加很多，將兩者綜合起來看，采用 CFG樁加固地基總沉降量還是會有很大程度的下降。工程實踐表明，樁體效用的大小主要取決于樁體材料的組成，對于CFG樁復合地基，增加樁長可以使復合地基的置換作用明顯提高。

3.2.2排水作用

復合地基中的許多樁體都有良好的透水性，例如碎石樁、石灰樁、CFG 樁等。樁體的透水作用，也稱為排水作用，有利于孔隙水壓力消散、有效應力增長，樁間土強度和復合地基承載力提高。CFG樁的排水作用與粉煤灰、水泥的用量有關，經室內試驗研究表明：在CFG樁復合地基成樁初期，CFG樁樁體的滲透系數一般在10-3～10-1cm/s 范圍內，而置樁范圍內自然土層的滲透系數遠小于樁體滲透系數，一般在 10-6～10-4cm/s 之間，因此 CFG樁實際上能夠構成固結排水通道，加速樁周土的固結，樁體的排水作用明顯。

4 結論

本論文研究CFG樁受力機理，從CFG樁復合地基研究現狀、存在的問題、加固機理三個方面進行論述，對以后提CFG樁應用提供了很好的理論基礎，同時也為在實際工程中的應用增加了可信度。

參考文獻

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