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摘要： CFG桩复合地基是刚性桩复合地基,较天然地基能更好的控制地基变形,但和桩基相比,复合地基一般沉降比较大,如何利用复合地基有效控制变形以满足工程需要,是学术界研究的一个重点。本文以都市花园实际工程为例，在总结有关文献及大量工程实践的基础上,以CFG桩进行软土地基处理的设计与应用为主线,分析了复合地基设计的基本原理及方法,并就CFG桩在地基处理中的技术经济特点,施工工艺进行了探讨。
关键词 CFG桩；复合地基；粉煤灰；褥垫层；
1、前言
随着技术的引进和我国在地基处理方面的自主开发研究，发展了复合地基理论，复合地基理论己广泛应用于碎石桩、灰土桩、粉喷桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、CFG桩等。随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。值得注意的是，严格地按照地基处理方法的作用机理进行分类是很困难的，不同的地基处理方法有着不同的处理效果。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基是我国建设部“七五”科研计划，于1988年立题进行试验研究，并应用于工程实践，1992年通过建设部组织的专家鉴定，一致认为该成果具有国际领先水平，同时，为了进一步推广这项新技术，国家投资对施工设备和施工工艺进行了专门研究，并列入“九五”国家重点攻关项目，于1999年通过了国家验收。现结合工程实例对地基加固所采取的措施以及处理后得到的不同的效果加以讨论。
2、CFG桩设计
2.1 工程概况
都市花园位于廊坊市广阳道南侧，第三大街北侧，西邻鼎兴公寓，东接吉祥小区，场地地形平坦。11#楼高18层，两层地下室，基础埋深4.7m，采用筏板基础形式。要求地基处理后，复合地基承载力特征值不小于170kPa。
2.2、场地工程地质条件
本场地地层分布较稳定，表面分布为素填土，11#基础持力层为4层粉土，其地基承载力特征值取130kPa。该场地地下水稳定水位3.5m，水位受季节性大气降水的影响。详见《岩土工程勘察报告》，编号0533。
2.3、地基处理方案选择
根据勘察资料分析表明，拟建的地基持力层承载力特征值，不能满足设计要求，需要进行地基加固处理。根据拟建物性质、场地工程地质及水文地质条件以及成都地区地基加固处理经验，本着技术可靠、施工可行和经济合理的原则，经多方比较，对该工程拟进行CFG地基加固处理方案设计。该工程采用液压步履式长螺旋钻机成孔，钻至设计深度后，由高压混凝土输送泵将碎石混凝土通过管道压入钻杆端部进入桩孔内，在提钻过程中形成桩柱。
2.4、设计计算
①桩径D-400mm，Ap=0.1256m2，Up=1.256m
②设计参数的确定
n
Ru=Up∑qsi·Li+qp·Ap
i=1
Fsp,k=mRa/Ap+β(1-m)fs
都市花园11#楼CFG桩设计按C15孔（标高14.10m）
单桩承载力载力设计参数一览表
注：高程控制点编号为BM3，水准点黄海高程14.7m。
n
Ru=Up∑qsi·hi+qp·Ap
i=1
=693.06kN
其中桩端持力层为第9层粉粘，桩端阻力qp=750 kPa
Ra=Ru/K=315KN……………………………………K取2.2
据公式：fsp,k=170kPa Ra=315kN fs =130kPa β取0.75
求得：m=0.03
据公式：de=√ d2/ m求得de =2.31m(采用矩形布桩1.9×1.8)
③混凝土强度等级采用C20
④褥垫层厚250mm，自然级配碎石或中粗砂，最大粒径不超过30mm，夯填度0.9。
2.5、复合地基验算
①复合地基承载力特征值
11#住宅楼，基础总面积约为607m2，共布桩207根，面积置换率0.043
fsp,k=mRa/Ap+β(1-m)fs
=0.043×315÷0.1256+0.75×(1-0.043) ×130
=197.7kPa>170kPa
2.6、变形计算
以C15、C16孔为准，计算拟建建筑物沿倾斜方向的整体倾斜，经计算C15孔总沉降值为120.3mm，C16孔总沉降值为122.1mm，平均沉降量为121.2mm；沉降差为Δs=1.80mm，孔向间距24.5m，其倾斜值0.0001，小于建筑物许可值0.003，同时满足平均沉降量小于200mm的要求。
2.7、计算结果分析
经验算，10#楼复合地基承载力特征值197.7kPa，承载力和变形均满足设计要求。
3、结语
目前,CFG桩复合地基的桩-土-垫层相互作用的机理研究,特别是对沉降变形有重大影响的桩土摩擦阻力的作用机制还很不成熟。本文将以桩-土-垫层之间的相互作用为重点,对以下问题进行了研究:1、CFG桩复合地基由桩一桩间土一褥垫层协同工作共同承担上部荷载。由于复合地基工作机理影响因素很多,其研究还有待于进一步深入。本文运用ANSYS有限元程序,分析了CFG桩复合地基竖向荷载下桩土应力比、桩身轴向应力、沉降等随荷载不同、垫层厚度不同、桩长不同等因素变化的分布规律;同时分析了桩间土对CFG桩所施加的负摩阻力对CFG桩轴向应力的影响以及上述各种因素对负摩阻力分布规律的影响,以便于更好的指导工程实践。2、本文改进了前人提出的一种考虑桩、土、垫层相互作用的计算方法,并结合工程实例计算,其计算结果与实际吻合较好。对这两种计算方法各自的优缺点进行了对比分析,认为桩、土、垫层相互作用的计算方法虽不如复合模量法准确,但能计算出桩土应力。
参考文献
⑴《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
⑵《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
⑶《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）
⑷《地基处理技术》（阎明礼主编）
⑸《都市花园岩土工程勘察报告》（工程编号：0533）
【作者简介】王作芳（1982-），男(汉)，河北廊坊人，助理工程师，2006年毕业于河北农业大学，获学士学位，现主要从事水利工程测量、规划设计和地质勘察工作。
关键词 CFG桩；复合地基；粉煤灰；褥垫层；
1、前言
随着技术的引进和我国在地基处理方面的自主开发研究，发展了复合地基理论，复合地基理论己广泛应用于碎石桩、灰土桩、粉喷桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、CFG桩等。随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。值得注意的是，严格地按照地基处理方法的作用机理进行分类是很困难的，不同的地基处理方法有着不同的处理效果。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基是我国建设部“七五”科研计划，于1988年立题进行试验研究，并应用于工程实践，1992年通过建设部组织的专家鉴定，一致认为该成果具有国际领先水平，同时，为了进一步推广这项新技术，国家投资对施工设备和施工工艺进行了专门研究，并列入“九五”国家重点攻关项目，于1999年通过了国家验收。现结合工程实例对地基加固所采取的措施以及处理后得到的不同的效果加以讨论。
2、CFG桩设计
2.1 工程概况
都市花园位于廊坊市广阳道南侧，第三大街北侧，西邻鼎兴公寓，东接吉祥小区，场地地形平坦。11#楼高18层，两层地下室，基础埋深4.7m，采用筏板基础形式。要求地基处理后，复合地基承载力特征值不小于170kPa。
2.2、场地工程地质条件
本场地地层分布较稳定，表面分布为素填土，11#基础持力层为4层粉土，其地基承载力特征值取130kPa。该场地地下水稳定水位3.5m，水位受季节性大气降水的影响。详见《岩土工程勘察报告》，编号0533。
2.3、地基处理方案选择
根据勘察资料分析表明，拟建的地基持力层承载力特征值，不能满足设计要求，需要进行地基加固处理。根据拟建物性质、场地工程地质及水文地质条件以及成都地区地基加固处理经验，本着技术可靠、施工可行和经济合理的原则，经多方比较，对该工程拟进行CFG地基加固处理方案设计。该工程采用液压步履式长螺旋钻机成孔，钻至设计深度后，由高压混凝土输送泵将碎石混凝土通过管道压入钻杆端部进入桩孔内，在提钻过程中形成桩柱。
2.4、设计计算
①桩径D-400mm，Ap=0.1256m2，Up=1.256m
②设计参数的确定
n
Ru=Up∑qsi·Li+qp·Ap
i=1
Fsp,k=mRa/Ap+β(1-m)fs
都市花园11#楼CFG桩设计按C15孔（标高14.10m）
单桩承载力载力设计参数一览表
注：高程控制点编号为BM3，水准点黄海高程14.7m。
n
Ru=Up∑qsi·hi+qp·Ap
i=1
=693.06kN
其中桩端持力层为第9层粉粘，桩端阻力qp=750 kPa
Ra=Ru/K=315KN……………………………………K取2.2
据公式：fsp,k=170kPa Ra=315kN fs =130kPa β取0.75
求得：m=0.03
据公式：de=√ d2/ m求得de =2.31m(采用矩形布桩1.9×1.8)
③混凝土强度等级采用C20
④褥垫层厚250mm，自然级配碎石或中粗砂，最大粒径不超过30mm，夯填度0.9。
2.5、复合地基验算
①复合地基承载力特征值
11#住宅楼，基础总面积约为607m2，共布桩207根，面积置换率0.043
fsp,k=mRa/Ap+β(1-m)fs
=0.043×315÷0.1256+0.75×(1-0.043) ×130
=197.7kPa>170kPa
2.6、变形计算
以C15、C16孔为准，计算拟建建筑物沿倾斜方向的整体倾斜，经计算C15孔总沉降值为120.3mm，C16孔总沉降值为122.1mm，平均沉降量为121.2mm；沉降差为Δs=1.80mm，孔向间距24.5m，其倾斜值0.0001，小于建筑物许可值0.003，同时满足平均沉降量小于200mm的要求。
2.7、计算结果分析
经验算，10#楼复合地基承载力特征值197.7kPa，承载力和变形均满足设计要求。
3、结语
目前,CFG桩复合地基的桩-土-垫层相互作用的机理研究,特别是对沉降变形有重大影响的桩土摩擦阻力的作用机制还很不成熟。本文将以桩-土-垫层之间的相互作用为重点,对以下问题进行了研究:1、CFG桩复合地基由桩一桩间土一褥垫层协同工作共同承担上部荷载。由于复合地基工作机理影响因素很多,其研究还有待于进一步深入。本文运用ANSYS有限元程序,分析了CFG桩复合地基竖向荷载下桩土应力比、桩身轴向应力、沉降等随荷载不同、垫层厚度不同、桩长不同等因素变化的分布规律;同时分析了桩间土对CFG桩所施加的负摩阻力对CFG桩轴向应力的影响以及上述各种因素对负摩阻力分布规律的影响,以便于更好的指导工程实践。2、本文改进了前人提出的一种考虑桩、土、垫层相互作用的计算方法,并结合工程实例计算,其计算结果与实际吻合较好。对这两种计算方法各自的优缺点进行了对比分析,认为桩、土、垫层相互作用的计算方法虽不如复合模量法准确,但能计算出桩土应力。
参考文献
⑴《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
⑵《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
⑶《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）
⑷《地基处理技术》（阎明礼主编）
⑸《都市花园岩土工程勘察报告》（工程编号：0533）
【作者简介】王作芳（1982-），男(汉)，河北廊坊人，助理工程师，2006年毕业于河北农业大学，获学士学位，现主要从事水利工程测量、规划设计和地质勘察工作。