浅谈水泥粉煤灰碎石桩复合地基的设计
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பைடு நூலகம்
根据公式（2）~ 公式（4）反算桩距及修正后的复合地
fcu=4λRa/Ap[1+γm（d-0.5）/fspa]
（6）
基承载力特征值 fspa。
式中 ：fcu-（边长 150mm 立方体）桩体试块标准养护 28 天
Zi （m）
l/b
Zi/b
ai
Ziai （mm）
0
3.5
0.0
0.25
0.0
0.46
3.5
F=151200kN ，暂定 fspk=300kPa，基底的平均反力如下 [2]。 151200
Pk=F/A= 12× 24 =318kPa
fspa=320+1.0×18×（3.3-0.5）=370kPa ≥ Pk=300kPa， 满 足设计要求。
当复合地基承载力进行深度修正时，桩身强度应满足下 式 [1]。
n
m
¦ Ai ¦ Aj
Es
i1
j1
¦ ¦ n
Ai
m
Aj
i 1 Espi j 1 Esj
（8）
1.6m，桩长不小于 16m，桩端持力层为⑤粉质黏土层，共需 要 254 根。桩长范围内是粉质黏土层，桩径为 0.4m，根据当
0.1
0.2470
113.6
7.16
3.5
1.2
0.2285
1636.1
16
3.5
2.7
0.1787
2859.2
17
3.5
2.8
0.1758
2988.6
18
3.5
3.0
0.1703
3065.4
表 1 地基沉降计算表
（Ziai-Zi-1ai-1） （mm）
Esi （kPa）
113.6 1522.5 1223.1 129.4 76.8
1.5 筏板基础中心点 O 的最终沉降量
计算如下。已知 F1=124990kN，A=12m×42m，基础埋深 d=3.3m，γm=18kN/m3 根据公式（7）[2]。
¦ S
\SS\S
i1 n
P0 Esi
Sc
zi ai zi 1ai1
（7）
式中 ：S- 地基最终变形量（mm）；S'- 按分层总和法计算出
图 1 工程地质剖面图
已知 d=0.4m，Ap=3.14×（0.4/2）2=0.126m2，桩长为 16m， 桩端持力层为④粉质黏土层。单桩竖向承载力特征值 Ra 由 公式（1）计算。
Ra=3.14×0.4×（15×0.46+25×6.7+35×8.84）+1.0.×350×3.14× 0.22=631kN
已知 b=12m 沉降计算深度 Zn ：Zn=b（2.5-0.4lnb）=12×
Ap=0.1256m2，由公式（6）计算。
（2.5-0.4ln12）≈18m。
fcu
4
u 0.85u 631 0.1256
u
ª «1 ¬
18
u
3.3
370
0.5
º » ¼
19.4 kN/m3 d 20 kN/m3
式中 ：ηd- 深度修正系数 ；d- 深度（m）；γm- 基础底面以上 土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）。
已知 γm=18kN/m3，d=3.3m，因地基处理则 ηd=1.0，由公
求取桩距 s ：已知筏板板厚 h=800mm，基础底面处相应 式（5）计算。
于荷载的标准组合的竖向压力包括基础自重为
中图分类号 ：F 426
文献标志码 ：A
0 前言
随着社会的进步和发展，我国的基本建设和可用建设 的土地日益减少，需要地基处理的工程不断增加。地基处 理的设计和施工应做到安全适用，经济合理，保证其质量 前提下保护好环境。水泥粉煤灰碎石桩复合地基是地基处 理方法中的一种，其可适合处理粉土、黏性土、砂土和正 常固结的素填土等地基适用于条形基础、独立基础、箱基 及筏基等基础。根据现场实际情况及施工工艺，在节约资 源和保护环境的条件下，合理地选择好桩型，以便于保证 设计对地基承载力和变形的设计要求。
（4）
式中 ：fspk- 复合地基承载力特征值（kPa）；λ-CFG 的单桩承
载力发挥系数，一般 λ=0.8~0.9 按地区经验取；Ra-CFG 的单
桩竖向承载力特征值 ；m-CFG 的面积置换率 ；d 为桩身平均
粉质黏土
值（m）；de 为一根桩分担的处理等效圆直径 ；β-CFG 的桩 间土承载力发挥系数，无经验时可取 β=0.9~1.0，有经验可
P
F1
90720 | 180 kPa
A 12u 42
P0=P-Pcz=180-18×3.3=120.6 kPa 已知 fspk=320 kPa，fak=130kPa，ξ 值可按下式确定。
图2 复合地基基础局部局部构造详
的立方体抗压强度平均值（kPa）。
[ fspk
320 2.46
fak 130
已知 γm=18（kN/m3），d=3.3m，λ=0.85，Ra=631kN，fspa=370kPa，
解答如下。根据土的性质质及桩长范围处理的时粉质 黏土，复合地基 CFG 桩的施工采用长螺旋钻孔压灌桩成桩 工艺，已知 ：桩径 d=0.4m，桩长 16m，桩端的持力层为⑤ 粉质黏土层，暂定 CFG 桩采用 C20 混凝土。CFG 水泥粉 煤灰碎石桩的单桩竖向承载力特征值 Ra 的确定如下。
1.1 工程概况
12300 12300 14760 16730 15600 15600
Δsi´= 4EPs0i（（mZmia）i-Zi-1ai-1）
4.46 49.76 35.27 4.00 2.37
s'=∑si' （mm）
4.46 54.22 89.49 93.49 95.86
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工程技术
2022 NO.5（上） 中国新技术新产品
按地区取值 ；Ap- 桩的截面面积 ；fsk- 桩间土承载力特征值 （kPa）（处理后的），有经验可按当地取值，无经验可取天然
粉质黏土
地基承载力特征值。 已知：λ=0.85，Ra=631kN，β=0.95，fak=130kPa，Ap=0.1256m2，
由公式（2）计算。
300=0.85×m×631/0.1256+0.9×（1-m）×130
工程技术
2022 NO.5（上） 中国新技术新产品
浅谈水泥粉煤灰碎石桩复合地基的设计
张桂艳 （沈阳鼎信结构设计事务所有限公司，辽宁 沈阳 110000）
摘 要 ：水泥粉煤灰碎石桩是由粉煤灰、水泥、石屑、碎石或砂加水拌合形成的高黏结强度桩简称 CFG 桩 [1]。针对 CFG 桩复合地基在处理原有地基的承载力及原有地基的沉降等进行计算和分析，分析表明
深度修正后复合地基承载力特征值确定如下。
m=0.42/1.8082= 0.049×100%=4.9% 则通过公式（2）反算求
出实际复合地基承载力特征值 fspk=320kPa，满足承载力的要
求。
实际经深度修正后地基承载力特征值按式（5）计算 [2]。
fspa=fspk+ηd×γm×（d-0.5）
（5）
i =1
∑ Ra = µ q siqsilpi+apqpAp
n
（1）
式中 ：n- 桩长范围内所划分的土层数 ；qsi- 第 i 层土的侧 阻力特征值（kPa）；Lpi- 第 i 层土的厚度（桩长范围内）； ap- 桩端阻力发挥系数，按地区经验确定 ap=1.0 ；Ap- 桩的 截面面积；qp- 桩周第 i 层土的桩端阻力特征值（kPa），可
1 工程案例
长 16m，桩端的持力层为⑤粉质黏土层。工程地质剖面如 图 1 所示。
1.2 基础设计
由上述工程概况，单桩竖向承载力特征值 Ra 及实际修 正后的复合地基承载力特征值 fspa 的确定如下，暂定复合 地基承载力特征值为 fspk=300 kPa。
此次顶管采用 XTJ 顶管专用球墨铸铁管，采用 T 型接 口。整个顶进过程中，橡胶圈不受轴向力作用，很好的保 护了胶圈的水密性。当发射井将第一节球墨铸铁管顶进接 收井并露头 50cm 后，顶管施工完成。
3 结语
工前现场勘验细致，方案制定合理，施工措施得当，使此 次顶管施工顺利完成，现管道已正常供水，运行效果良好。 为水厂解决了新建管道穿越城市道路、地下危险障碍物的 施工难题，同时也为我们积累了宝贵的施工经验，为同行 在施工中解决该类问题提供借鉴。
CFG 桩采用 C20 满足设计要求。
取 Zn=18m， 查 规 范 [2]，b=12m ＞ 8m， 取 ΔZ=1m， 列 表计算见表 1.5.1。其中 0~0.46m，取 Esp=5×2.46=12.3 MPa ； 0.46 m~7.160 m， 取 Esp=6×2.46 ≈ 14.76 MPa，7.16m~16m， 取 Esp=6.8×2.46=16.73 MPa。基底划分为 4 个小矩形，小矩 形 l×b=21m×6m，ai取值见规范 [2]，具体见表 1。
的地基变形量（mm）；Ψs- 沉降计算经验系数 ；P0- 基础底 面处的附加压力（kPa），相当于荷载效应按准永久组合时计
算的。Esi- 土压缩模量（MPa），应取土的 Pc 至 Pc+P0 的压力 段计算（Pc- 自重压力 ；P0- 附加压力）相当于基底面下第 i 层的压缩模量。Zi-1，Zi- 基础底面至第 i-1 层土，第 i 层土 底面的距离。ai-1，ai - 基础底面计算点至第 i-1 层土，第 i 层土底面范围内平均附加应力系数。
管道掘进过程中应严格量测监控，进行信息化施工， 保证开挖掘进工作面的土体稳定，并控制顶进速度、挖土 和出土量，减少土体扰动和地层变形 [3]。所顶管道内径较 大，且安装了长度为 1m 的钢制承口顶管机头，在管内操 作较为方便，人工在钢制承口顶管机头内挖土，挖土深度 不要超过顶管机头前方 50cm。管内土方水平运输采用人工 推土斗，垂直运输采用电葫芦吊土，直接将土运至工作坑 外。
该工程是水厂首次进行大口径管道顶管施工，由于施
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中国新技术新产品 2022 NO.5（上）
工程技术
按地区经验确定。当采用单桩载荷试验时，Ra=Quk/2 ；Quk单桩竖向极限承载力。
λmRa fspk= Ap +β（1-m）fsk
（2）
m=d2/de2
（3）
粉质黏土
正方形布桩 de=1.13s
参考文献 [1] 中国工程建设标准化协会 . 给水排水工程顶管技术规程， CECS 246—2008[S]. 北京 ：中国计划出版社，2008 ：9. [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部 . 建筑基坑支护技术 规程，JGJ 120—2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012 ：4. [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部 . 给水排水管道工程 施工及验收规范，GB 50268-2008[S]. 北京 ：中国建筑工业 出版社，2009 ：5.
1.3 复合地基基础局部构造 构造如图 2 所示。1）褥垫层。在桩顶和基础之间应设
根据：Δsi/ ∑si' =2.37/95.86=0.0247 ＜ 0.025，满足设计要 求 [2]。
置褥垫层，褥垫层采用级配砂石，碎石最大粒径不应大于 30mm，褥垫层厚度 300mm，不应采用卵石，褥垫铺设采用 静力压实法，垫层压实系数不小于 0.94。2）桩布置。桩根 据结构竖向构件的布置及受力大小，桩距布置为小于等于
CFG 桩复合地基不仅能提高原有地基的承载力，还能减少原有地基的沉降。CFG 桩复合地基根据现场实
际情况，施工工艺选择不同的 CFG 桩型，适合处理黏性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基，被
广泛应用。该文就水泥粉煤灰碎石桩法在设计、施工及质量验收方面，提出一些建议。
关键词 ：水泥粉煤灰碎石桩 ；褥垫层 ；桩间土
m=0.036×100%=3.6%
计算出置换率大概为 m=3.6%，由公式（3）算出 de=1.87m
按正方形布桩，由公式（4）算出 s=1.65 m，该工程实际取
粉质黏土
s=1.6 m ＜ 1.65 m，则满足设计要求。
深度修正后复合地基承载力特征值 fspa 计算如下。 S=1.6m，根据公式（4）de=1.808m ；由公式（3）计算，
某 一 多 层 住 宅 采 用 筏 板 基 础， 基 础 埋 深 3.3m， 基 底 尺 寸 为 12m×42m， 地 下 水 位 在 地 面 下 3.9m， 基 础 底 面处相应于荷载的标准组合的竖向压力包括基础自重为 F=151200kN，准永久组合的竖向压力 F1=90720kN（包括 基础自重）筏板下采用 CFG 桩复合地基，桩径 d=0.4m，桩
根据公式（2）~ 公式（4）反算桩距及修正后的复合地
fcu=4λRa/Ap[1+γm（d-0.5）/fspa]
（6）
基承载力特征值 fspa。
式中 ：fcu-（边长 150mm 立方体）桩体试块标准养护 28 天
Zi （m）
l/b
Zi/b
ai
Ziai （mm）
0
3.5
0.0
0.25
0.0
0.46
3.5
F=151200kN ，暂定 fspk=300kPa，基底的平均反力如下 [2]。 151200
Pk=F/A= 12× 24 =318kPa
fspa=320+1.0×18×（3.3-0.5）=370kPa ≥ Pk=300kPa， 满 足设计要求。
当复合地基承载力进行深度修正时，桩身强度应满足下 式 [1]。
n
m
¦ Ai ¦ Aj
Es
i1
j1
¦ ¦ n
Ai
m
Aj
i 1 Espi j 1 Esj
（8）
1.6m，桩长不小于 16m，桩端持力层为⑤粉质黏土层，共需 要 254 根。桩长范围内是粉质黏土层，桩径为 0.4m，根据当
0.1
0.2470
113.6
7.16
3.5
1.2
0.2285
1636.1
16
3.5
2.7
0.1787
2859.2
17
3.5
2.8
0.1758
2988.6
18
3.5
3.0
0.1703
3065.4
表 1 地基沉降计算表
（Ziai-Zi-1ai-1） （mm）
Esi （kPa）
113.6 1522.5 1223.1 129.4 76.8
1.5 筏板基础中心点 O 的最终沉降量
计算如下。已知 F1=124990kN，A=12m×42m，基础埋深 d=3.3m，γm=18kN/m3 根据公式（7）[2]。
¦ S
\SS\S
i1 n
P0 Esi
Sc
zi ai zi 1ai1
（7）
式中 ：S- 地基最终变形量（mm）；S'- 按分层总和法计算出
图 1 工程地质剖面图
已知 d=0.4m，Ap=3.14×（0.4/2）2=0.126m2，桩长为 16m， 桩端持力层为④粉质黏土层。单桩竖向承载力特征值 Ra 由 公式（1）计算。
Ra=3.14×0.4×（15×0.46+25×6.7+35×8.84）+1.0.×350×3.14× 0.22=631kN
已知 b=12m 沉降计算深度 Zn ：Zn=b（2.5-0.4lnb）=12×
Ap=0.1256m2，由公式（6）计算。
（2.5-0.4ln12）≈18m。
fcu
4
u 0.85u 631 0.1256
u
ª «1 ¬
18
u
3.3
370
0.5
º » ¼
19.4 kN/m3 d 20 kN/m3
式中 ：ηd- 深度修正系数 ；d- 深度（m）；γm- 基础底面以上 土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）。
已知 γm=18kN/m3，d=3.3m，因地基处理则 ηd=1.0，由公
求取桩距 s ：已知筏板板厚 h=800mm，基础底面处相应 式（5）计算。
于荷载的标准组合的竖向压力包括基础自重为
中图分类号 ：F 426
文献标志码 ：A
0 前言
随着社会的进步和发展，我国的基本建设和可用建设 的土地日益减少，需要地基处理的工程不断增加。地基处 理的设计和施工应做到安全适用，经济合理，保证其质量 前提下保护好环境。水泥粉煤灰碎石桩复合地基是地基处 理方法中的一种，其可适合处理粉土、黏性土、砂土和正 常固结的素填土等地基适用于条形基础、独立基础、箱基 及筏基等基础。根据现场实际情况及施工工艺，在节约资 源和保护环境的条件下，合理地选择好桩型，以便于保证 设计对地基承载力和变形的设计要求。
（4）
式中 ：fspk- 复合地基承载力特征值（kPa）；λ-CFG 的单桩承
载力发挥系数，一般 λ=0.8~0.9 按地区经验取；Ra-CFG 的单
桩竖向承载力特征值 ；m-CFG 的面积置换率 ；d 为桩身平均
粉质黏土
值（m）；de 为一根桩分担的处理等效圆直径 ；β-CFG 的桩 间土承载力发挥系数，无经验时可取 β=0.9~1.0，有经验可
P
F1
90720 | 180 kPa
A 12u 42
P0=P-Pcz=180-18×3.3=120.6 kPa 已知 fspk=320 kPa，fak=130kPa，ξ 值可按下式确定。
图2 复合地基基础局部局部构造详
的立方体抗压强度平均值（kPa）。
[ fspk
320 2.46
fak 130
已知 γm=18（kN/m3），d=3.3m，λ=0.85，Ra=631kN，fspa=370kPa，
解答如下。根据土的性质质及桩长范围处理的时粉质 黏土，复合地基 CFG 桩的施工采用长螺旋钻孔压灌桩成桩 工艺，已知 ：桩径 d=0.4m，桩长 16m，桩端的持力层为⑤ 粉质黏土层，暂定 CFG 桩采用 C20 混凝土。CFG 水泥粉 煤灰碎石桩的单桩竖向承载力特征值 Ra 的确定如下。
1.1 工程概况
12300 12300 14760 16730 15600 15600
Δsi´= 4EPs0i（（mZmia）i-Zi-1ai-1）
4.46 49.76 35.27 4.00 2.37
s'=∑si' （mm）
4.46 54.22 89.49 93.49 95.86
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按地区取值 ；Ap- 桩的截面面积 ；fsk- 桩间土承载力特征值 （kPa）（处理后的），有经验可按当地取值，无经验可取天然
粉质黏土
地基承载力特征值。 已知：λ=0.85，Ra=631kN，β=0.95，fak=130kPa，Ap=0.1256m2，
由公式（2）计算。
300=0.85×m×631/0.1256+0.9×（1-m）×130
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浅谈水泥粉煤灰碎石桩复合地基的设计
张桂艳 （沈阳鼎信结构设计事务所有限公司，辽宁 沈阳 110000）
摘 要 ：水泥粉煤灰碎石桩是由粉煤灰、水泥、石屑、碎石或砂加水拌合形成的高黏结强度桩简称 CFG 桩 [1]。针对 CFG 桩复合地基在处理原有地基的承载力及原有地基的沉降等进行计算和分析，分析表明
深度修正后复合地基承载力特征值确定如下。
m=0.42/1.8082= 0.049×100%=4.9% 则通过公式（2）反算求
出实际复合地基承载力特征值 fspk=320kPa，满足承载力的要
求。
实际经深度修正后地基承载力特征值按式（5）计算 [2]。
fspa=fspk+ηd×γm×（d-0.5）
（5）
i =1
∑ Ra = µ q siqsilpi+apqpAp
n
（1）
式中 ：n- 桩长范围内所划分的土层数 ；qsi- 第 i 层土的侧 阻力特征值（kPa）；Lpi- 第 i 层土的厚度（桩长范围内）； ap- 桩端阻力发挥系数，按地区经验确定 ap=1.0 ；Ap- 桩的 截面面积；qp- 桩周第 i 层土的桩端阻力特征值（kPa），可
1 工程案例
长 16m，桩端的持力层为⑤粉质黏土层。工程地质剖面如 图 1 所示。
1.2 基础设计
由上述工程概况，单桩竖向承载力特征值 Ra 及实际修 正后的复合地基承载力特征值 fspa 的确定如下，暂定复合 地基承载力特征值为 fspk=300 kPa。
此次顶管采用 XTJ 顶管专用球墨铸铁管，采用 T 型接 口。整个顶进过程中，橡胶圈不受轴向力作用，很好的保 护了胶圈的水密性。当发射井将第一节球墨铸铁管顶进接 收井并露头 50cm 后，顶管施工完成。
3 结语
工前现场勘验细致，方案制定合理，施工措施得当，使此 次顶管施工顺利完成，现管道已正常供水，运行效果良好。 为水厂解决了新建管道穿越城市道路、地下危险障碍物的 施工难题，同时也为我们积累了宝贵的施工经验，为同行 在施工中解决该类问题提供借鉴。
CFG 桩采用 C20 满足设计要求。
取 Zn=18m， 查 规 范 [2]，b=12m ＞ 8m， 取 ΔZ=1m， 列 表计算见表 1.5.1。其中 0~0.46m，取 Esp=5×2.46=12.3 MPa ； 0.46 m~7.160 m， 取 Esp=6×2.46 ≈ 14.76 MPa，7.16m~16m， 取 Esp=6.8×2.46=16.73 MPa。基底划分为 4 个小矩形，小矩 形 l×b=21m×6m，ai取值见规范 [2]，具体见表 1。
的地基变形量（mm）；Ψs- 沉降计算经验系数 ；P0- 基础底 面处的附加压力（kPa），相当于荷载效应按准永久组合时计
算的。Esi- 土压缩模量（MPa），应取土的 Pc 至 Pc+P0 的压力 段计算（Pc- 自重压力 ；P0- 附加压力）相当于基底面下第 i 层的压缩模量。Zi-1，Zi- 基础底面至第 i-1 层土，第 i 层土 底面的距离。ai-1，ai - 基础底面计算点至第 i-1 层土，第 i 层土底面范围内平均附加应力系数。
管道掘进过程中应严格量测监控，进行信息化施工， 保证开挖掘进工作面的土体稳定，并控制顶进速度、挖土 和出土量，减少土体扰动和地层变形 [3]。所顶管道内径较 大，且安装了长度为 1m 的钢制承口顶管机头，在管内操 作较为方便，人工在钢制承口顶管机头内挖土，挖土深度 不要超过顶管机头前方 50cm。管内土方水平运输采用人工 推土斗，垂直运输采用电葫芦吊土，直接将土运至工作坑 外。
该工程是水厂首次进行大口径管道顶管施工，由于施
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工程技术
按地区经验确定。当采用单桩载荷试验时，Ra=Quk/2 ；Quk单桩竖向极限承载力。
λmRa fspk= Ap +β（1-m）fsk
（2）
m=d2/de2
（3）
粉质黏土
正方形布桩 de=1.13s
参考文献 [1] 中国工程建设标准化协会 . 给水排水工程顶管技术规程， CECS 246—2008[S]. 北京 ：中国计划出版社，2008 ：9. [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部 . 建筑基坑支护技术 规程，JGJ 120—2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012 ：4. [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部 . 给水排水管道工程 施工及验收规范，GB 50268-2008[S]. 北京 ：中国建筑工业 出版社，2009 ：5.
1.3 复合地基基础局部构造 构造如图 2 所示。1）褥垫层。在桩顶和基础之间应设
根据：Δsi/ ∑si' =2.37/95.86=0.0247 ＜ 0.025，满足设计要 求 [2]。
置褥垫层，褥垫层采用级配砂石，碎石最大粒径不应大于 30mm，褥垫层厚度 300mm，不应采用卵石，褥垫铺设采用 静力压实法，垫层压实系数不小于 0.94。2）桩布置。桩根 据结构竖向构件的布置及受力大小，桩距布置为小于等于
CFG 桩复合地基不仅能提高原有地基的承载力，还能减少原有地基的沉降。CFG 桩复合地基根据现场实
际情况，施工工艺选择不同的 CFG 桩型，适合处理黏性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基，被
广泛应用。该文就水泥粉煤灰碎石桩法在设计、施工及质量验收方面，提出一些建议。
关键词 ：水泥粉煤灰碎石桩 ；褥垫层 ；桩间土
m=0.036×100%=3.6%
计算出置换率大概为 m=3.6%，由公式（3）算出 de=1.87m
按正方形布桩，由公式（4）算出 s=1.65 m，该工程实际取
粉质黏土
s=1.6 m ＜ 1.65 m，则满足设计要求。
深度修正后复合地基承载力特征值 fspa 计算如下。 S=1.6m，根据公式（4）de=1.808m ；由公式（3）计算，
某 一 多 层 住 宅 采 用 筏 板 基 础， 基 础 埋 深 3.3m， 基 底 尺 寸 为 12m×42m， 地 下 水 位 在 地 面 下 3.9m， 基 础 底 面处相应于荷载的标准组合的竖向压力包括基础自重为 F=151200kN，准永久组合的竖向压力 F1=90720kN（包括 基础自重）筏板下采用 CFG 桩复合地基，桩径 d=0.4m，桩