CFG桩复合地基设计要点

CFG桩复合地基设计要点

任兆军

新疆创信检测有限公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830092

摘要：随着我国建筑工程的快速发展，在施工过程中CFG桩地基是一种新型技术，在建筑中有着十分广泛的应用。由于一些建筑地基状况不能满足上部结构承载力的要求，所以需要对地基进行加固处理。本文针CFG桩复合地基设计要点进行分析。

关键词：CFG桩；复合地基；承载力；变形；附加压力

引言

CFG桩复合地基即桩与桩间土共同作用复合地基承载力取决于单桩承载力和桩间土承载力单桩承载力和桩间土承载力越高复合地基承载力就越高。除提高承载力外CFG桩复合地基还可起到减小地基变形的作用。CFG桩复合地基是介于天然地基与桩基之间的一种地基处理方式。现从工程设计方面对CFG桩复合地基进行详细的论述。

1概述

CFG桩解释为水泥粉煤灰碎石桩，它主要以碎石、石屑、粉煤灰、砂等材料掺和水泥加水搅拌而成，是介于刚性桩和柔性桩之间的桩型。通过调节其水泥掺量配合比可以使CFG桩本身强度等级在C5～C20之间任意变化[1]。由于其造价低廉、承载能力较高、施工速度快以及施工质量容易控制等优点，在建筑中广泛运用于处理粉土、砂土、粘性土和固结的素填土等地基。但是在CFG桩设计时需要对其参数进行控制，以保证其质量。对于建筑结构设计来说，因为其本身的复杂性以及多样性，导致在实际工程中会遇到各种各样的问题，这就需要相关工作人员针对具体的结构设计问题进行必要的分析和处理。由中国建筑科学院建筑工程软件研究所开发的PKPM系列软件，有着全面完整的各种计算分析模块，在建筑CFG桩地基处理设计中得到广泛的运用。作为一名合格的结构设计人员，应该根据实际中结构受力特点，选择合适的力学模型分析软件来辅助工作，以保证计算结构更加趋于合理，建筑能够满足经济、实用、安全、美观的要求

2设计指标

2.1地基承载力计算

复合地基承载力由两部分组成，一部分是桩体或增强体承载力，另一部分是桩间土承载力，考虑单桩承载力发挥程度及桩间土发挥程度后，复合地基承载力特征值表达式为：aspkskp1RfmmfAλ=+−β（1）式中：fsk为桩间土承载力特征值；Ra为单桩承载力特征值；Ap为桩的截面积；m为置换率；β为桩间土承载力发挥系数；λ为单桩承载力发挥系数。其中桩间土承载力和褥垫层厚度与桩径之比相关。

2.2地基变形计算

CFG桩复合地基变形包括桩长范围内的变形量s1、下卧层变形量s2及褥垫层压缩量s3。褥垫层压缩量很小，且施工过程已基本完成，可忽略不计。故复合地基总变形为加固区变形s1及非加固区变形s2之和。目前非加固区变形大多采用规范推荐的分层总和法，附加应力按Boussinesq方法计算。加固区变形计算方法主要有复合模量法、应力修正法、桩身压缩量法、规范法或承载力比法等。规范法或承载力比法目前应用较多，本研究重点对其应用加以探讨。

2 CFG桩复合地基设计中容易忽略的问题

2.1基底标高问题

CFG桩复合地基设计文件中，看不到建筑物±0.00高程及基础埋深或基底高程，这就给设计审查工作带来了很多不便，甚至无法验算，同时现场施工也无据可依，尤其当基础埋深不一致时，更容易出现问题。

2.2基底土层问题

当确定基底标高后，可以确定基础直接坐落在什么土层上，当基底下土层固结状态较好时，CFG桩复合地基的作用机理可充分体现；但当基底下土层属于欠固结状态时，问题就是麻烦了，如果不先对这些欠固结填土进行处理就直接进行CFG桩复合地基设计，则桩土共同作用原理将会随着填土固结沉降而逐步减弱，最终CFG桩复合地基机理将被逐步破坏，从而给建筑物带来安全隐患；再者，在设计参数选用中，桩周围土承载力特征值的采用五花八门，缺乏依据，根据规范精神，应采用直接与基础接触的土层承载力特征值或选取处理土层范围内承载力特征值较低的土层，这样才是最可靠的选择。

3设计要点

3.1桩长、桩径设计

CFG复合桩一个重要的设计原则就是要求桩端落在土层上，这就需要对桩长进行一定的控制。在桩长设计时需要充分考虑建筑物对地基变形以及承载力的要求、建筑工程土质条件、施工设备等因素，一般情况下，CFG桩的长度不超过30m。CFG桩地基由于施工方法的不同，需要进行相应的桩径设计。在使用沉管法进行CFG桩施工时，其桩径根据桩管的大小来确定，常用的桩径一般为350～600mm。

3.2桩间距设计

在确定桩长和桩径之后，可以首先计算单桩承载力，在此基础上根据建筑地基的天然承载力和结构设计要求进一步计算桩间距。桩间距一般要求在3～5倍的桩径范围内，如果桩间距超过这个范围，则需要调整桩长使得桩间距符合要求。桩间距的大小一般取决于建筑地基土质条件、变形范围、设计要求的复合地基承载力以及施工机械。对于挤密性较好的砂土、粉土等，可以适当减小桩间距；单双排布桩的条形基础或者是面积不大的独立基础，在设计桩间距的时候，可以适当减小桩间距；相反，多排布桩的条形基础、筏形基础以及大面积布置的箱型基础，则需要适当增大桩间距，以保证桩体的承载能力，控制地基变形或者沉降；特别是对一些地下水位高且水量大的建筑场地，也需要适当增大桩距，来满足复合地基承载力设计要求。

3.3桩体强度、褥垫层设计

桩体抗压强度一般按进行计算，其中为边长150mm的桩体混合试块按标准养护28天的抗压强度平均值，Rk为单桩竖向承载力标准值，Ap为桩截面积。由于桩在承受垂直荷载作用时，桩的弹性模量远大于土体的弹性模量，为了保证桩与桩间土共同承受上部垂直荷载，需要在基础下设置一定厚度的褥垫层，以提高桩间土承载能力，降低复合土层沉降。其中，褥垫层的厚度一般控制在10～30cm左右，其材料可以选用最大粒径不超过20mm的粗砂、中砂等[4]。当CFG桩间距过大的时候，可以适当考虑加大褥垫层厚度，以保证其作用。

3.4 CFG桩配合比设计及材料要求

对于CFG桩来说，其材料的成分含量对混合材料的抗压强度以及和易性有着很大的影响。在进行配合比设计时，需要注意控制混合料中的石屑率、W/C、F/C等有关参数，并参考水泥混凝土的配合比设计适当加大2%～5%的用水量。CFG桩材料选用也作为设计的一个要点，需要进行控制。首先，需要掺入石屑以充满粒径处于20～50mm范围内的碎石，以保证其级配良好。其次，为了保证桩基的经济性、密实度以及和易性，需要选择适当等级的水泥。一般情况下选用32.5级的普通硅酸盐水泥。当水泥等级过高时，会影响桩的密实度以及和易性；当强度较低时，会造成材料浪费，影响工程桩基经济效益。再次，粉煤灰多用袋装II级或者III级的细集料，以增强桩体的后期强度。另外还需要添加一些常用的外加剂，如旱强剂等，以保证桩体的质量。总之，在CFG桩地基处理设计时，需要综合各方面的因素，才能保证在施工技艺合格的情况下满足结构荷载设计要求

结束语

CFG桩复合地基发展至今，其各项研究成果、计算理论、设计规范也日趋成熟。但设计过程仍会遇到各种问题，有些问题需要岩土工程师根据自身专业判断，如地下水水位对附加压力的影响，有些问题需要对规范深入理解，如附加压力取值、变形计算深度要求，还有些问题则需要工程实践的积累，如压缩模量提高系数、单桩承载力、变形计算经验系数等。因此设计过程既要有定量计算，也要有定性分析，重视概念设计及工程实践的积累。

参考文献

[1]王刚.碎石桩+CFG桩与粉喷桩在工程实例中的比较[J].山西建筑，2012（10）：101-102.

[2]李晓宏.CFG桩复合地基设计与施工技术[J].改革与开放，2009（7）：136.

[3]王飞，薛晓辉.CFG桩中桩体模量对桩身应力和变形的影响[J].安徽建筑，2010（3）：54-55，69.

[4]宋小红，韩随平.浅谈CFG桩复合地基技术及CFG桩施工常见问题[J].中国新技术新产品，2011（9）：36.