浅析CFG桩复合地基在软土地基中应用

浅析CFG桩复合地基在软土地基中应用
摘要：本文从CRG桩的成桩机理、工程特性、设计计算、施工工艺等方面并结合儋州市光村银滩度假区路网建设项目及海南省临高县金牌港内湾生态修复工程的地基处理工程实例对CFG桩复合地基在地基处理中的应用加以阐述。

关键词：CFG桩复合地基软土地基
引言：CFG桩(Cenment Flyash Gravel Pile)是水泥粉煤灰碎石桩的简称，由水泥、粉煤灰、碎石以一定比例加水拌合而成的具有高粘结强度的桩型。

预制混凝土桩具有较高的承载能力，但造价太高；碎石桩的造价较低，但属于散体材料，本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束传递基础传来的垂直荷载。

土越软对桩的约束作用越差、桩传递垂直荷载的能力越弱，不能满足高层建筑或特殊构筑物对地基承载力的要求。

而CFG桩则具备了以上两类桩的优点，即造价比桩基础低且承载能力高。

CFG桩复合地基充分利用天然地基的承载能力，一般不配置钢筋笼，水泥用量只有灌注桩的50%～60%，而且桩径小、桩数少，在地基和基础之间设置柔性
垫层，使地基强度和变形模量较为均匀，对提高结构受力、结构抗震等级等极为有利。

其工程造价与预制桩相比可节约成本50%，与灌注桩相比可节约成本30%，具有极佳的经济效益。

该复合地基成套技术已被建设部列为全国重点推广项目，被国家科委列为国家级重点推广项目。

以下将从CFG桩的成桩机理、工程特性、设计计算、施工工艺等四方面并结合儋州市光村银滩度假区路网建设项目（软土路基）及海南省临高县金牌港内湾生态修复工程（水闸地基）地基处理工程实例对CFG桩复合地基来加以阐述。

1 CFG桩成桩机理
1.1 CFG桩成桩机理
CFG桩的骨干材料为碎石，系粗骨料；石屑为中等粒径骨料，当桩体强度小
于5Mpa时，石屑的掺入可使桩体级配良好，对桩体强度起重要作用。

相同碎石
和水泥掺量，掺入石屑可比不掺石屑强度增加50%左右。

粉煤灰既是细骨科，又
有低标号水泥作用，可使桩体具有明显的后期强度。

CFG桩与一般素混凝土桩不同就在于桩体配比更追求经济效益。

因此应尽量
利用工业废料做为掺和料。

但不同的地方石屑粒径的大小和形状以及含粉量不尽
相同，粉煤灰的化学成分也各异。

所以给出一个统一的精度很高的配比就比较困难。

下面介绍的桩体配比计算公式也只能做为参考。

实际工程中桩体配比也要根据当地材料来源情况来定，对缺少粉煤灰的地区，可以用或不用粉煤灰、而改用砂取代。

1.2 垂直荷载作用下CFG桩复合地基的受力特征
当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生沉降变形。

桩的模量远比土的
模量大，桩比土的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层材料不断调整补充到桩间土上，以保证任一荷载下
桩和桩间土始终参与工作。

刚性基础下CFG桩复合地基桩在上部荷载较小时,土承担的荷载大于桩承担
的荷载，随着荷载的增加，桩间土承担的荷载占总荷载的百分比逐渐减少，桩承
担的荷载占总荷载的百分比逐渐增大，当荷载P～Pk(单桩承载力标准值）时，桩
和土承担的荷载各内占50%。

P>Pk后则桩承担的荷载超过桩间土承担的荷载。

当
其它条件相同时，Pk 随桩长增大而减小。

1.3垫层的作用
垫层技术是 CFG桩复合地基的核心技术，复合地基的许多特性都与垫层有关。

垫层主要作用为:①保证桩、土共同承担荷载，②调整桩、土垂直荷载分担比，
减小基础底面的应力集中，③调整桩、土水平荷载的分担。

结合大量的工程实践的总结，即考虑到技术上可靠、经济上合理，垫层厚度
取10～30cm为宜。

2 CFG桩复合地基工程特性
2.1地基承能力提高幅度大，可调性强
CFG桩长可以从几米到20多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷
载占总荷载的百分比可在40%～75%之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并
具有很大的可调性。

当地基承载力较高时，荷载又不大，可将校桩长设计得短一点，荷载大时桩长可设计得长些。

特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载
力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设汁要求，CFG桩复合地基则比较容易
实现。

2.2适应范围广
对基础形式而言，CFG桩即可适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基和
箱形基础。

就土性而言，CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土，既可用于挤
密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。

2.3刚性桩性状明显
对柔件桩，待别是散体桩，如碎石桩、砂石桩．它们主要是通过有限的桩长(6～10米)传递垂直荷载。

当桩长大于某数值后,桩传递荷载的作用已显著减小。

CFG桩则象刚性桩一样，可全桩长发挥侧阻，桩落在好的土层具有明显的端承作用。

2.4桩体排水作用
CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生
超孔隙水压力。

较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施下完的CFG桩
将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩体结硬为止。

这样的排水过程将延续几小时。

2.5桩体强度和承载力的关系
当桩体强度大于某一数值时，提高桩体标号对复合地基承载力没有影响。

因
此复合地基设计时，不必把桩体标号取得很高。

一般取桩顶应力的3倍即可。

2.6复合地基变形小
复合地基模量大、建筑物沉降量小是CFG桩复合地基重要特点之一。

大量工
程实践表明，建筑物沉降量一般在2～4cm。

对于上部和中间有软弱土层的地基，
用CFG桩穿越软土层，可以获得模量很高的复合地基，建筑物的沉降都不大。

3 CFG桩复合地基的设计计算
3.1承载力计算
复合地基是由桩间土和增强体(桩)共同承担荷载，综合考虑各方面因素，得
出以下计算公式：
....................①
式中:入—单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值；Rn—单桩竖向承载力
特征值(kN)；Ap—桩的截面积（m2) ；桩间土承载力发挥系数，可按地区经验
取值；m—面积置换率。

/2....................②
式中：Up—桩的周长；q sik—第i层土极限侧阻力标准值；h—第i 层土厚度；q pk—极限端阻力标准值；A p—桩截面积。

3.2复合地基设计
（1）桩径
一般桩径d设计成350～ 400mm，可用振动沉管打桩机或其他打桩设备。

（2）桩距
一般桩距取s=(3～6）d，桩距的大小取决于设汁要求的复合地基承载力，土
性及设工设备等。

一般设计要求的承载力大时s取小值，但必须考虑施工时新打
桩对已达桩的影响，就施工而言希望采用大桩距大桩长，因此s 大小应综合考虑。

（3）桩长
桩长L由①②式联合计算。

（4）垫层厚度
垫层厚度一般取10～30cm为宜，当桩距过大或根据需要．垫层厚度也可适
当加大。

垫层材料可用碎石、级配砂砾、粗砂、中砂。

4 CFG桩复合地基的施工
CFG桩多用振动沉管机施工，也可用螺旋钻机，有时是振动沉管机和螺旋钻
机联合使用。

选用哪一类成桩机和什么型号，要视工程具体情况来定。

远离城区
的场地多用振动沉管机；在城区对噪音污染严格限制的地方可用螺旋钻成孔制桩；对夹有硬土层地质条件的场地，可先用螺旋钻预引孔，然后再用振动沉管机制桩，以避免振动沉管制桩对已打桩引起大的振动．导致桩被震裂或震断。

5 CFG桩复合地基检测要求
（1）施工质量检验应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥
垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等；
（2）竣工验收时，水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力检验应采用复合地基
静载荷试验和单桩静载荷试验；
（3）承载力检验宜在施工结束28d后进行，其桩身强度应满足试验荷载条件；复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验的数量不应少于总桩数的1%，且每个
单体工程的复合地基静载荷试验的试验数量不应少于3点﹔
（4）采用低应变动力试验检测桩身完整性，检查数量不低于总桩数的10%。

6 CFG桩复合地基的地基处理工程实例
儋州市光村银滩度假区路网建设项目位于海南省儋州市光村镇银滩，共涉及1～19号路，道路等级为城市主、次干路，线全长约22.45km，其中2号路软土
层厚度为5～10m，埋深10～15m，对路基沉降影响较大。

本次设计拟采用CFG复
合地基进行处理，直径为A400mm，桩间距为1.5m，桩身混凝土采用C20砼，桩长11～16m。

海南省临高县金牌港内湾生态修复工程位于海南省临高县金牌港内湾，该项目设置2座水闸，水闸地基土液化砂土层厚度为5～6m，埋深10～13m。

本次设计拟采用CFG复合地基进行处理，直径为A400mm，桩间距为1.2m，桩身混凝土采用C20砼，桩长11～14m。

儋州市光村银滩度假区路网建设项目和海南省临高县金牌港内湾生态修复工程软土地基采用CFG复合地基处理后，地基承载力及沉降等均满足设计及规范要求，取得良好工程经济效果。

参考文献：
[1] 龚晓南.《地基处理手册》（2008年6月1日）.
[2]《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）.。