论文部分内容阅读
摘要：根据CFG桩复合地的承载机理和特性，结合霸王（中国）饮料工业园生产综合车间1复合地工程实例，介绍了CFG桩的设计、施工及褥垫层的设置和应用，指出了CFG桩复合地基在设计和施工中应注意的问题。
关键词：CFG桩复合地基；地基处理；褥垫层；应用
Abstract: according to the CFG pile composite ground bearing mechanism and properties, with the overlord (China) beverage industry park production of comprehensive workshop 1 composite ground engineering example, the paper introduces the design, construction of CFG pile and the setting and application serveral problems, and points out that the CFG pile composite foundation in the design and construction in the problem that should notice.
Keywords: CFG pile composite foundation; Foundation treatment; Serveral problems; application
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A文章编号：
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，CFG桩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、相对低廉的工程造价和工期较短等特点越来越被广泛的应用。本工程应用CFG桩复合地基，充分发挥了CFG桩的高承载力性能，并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力。
1 基本原理
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。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即cement fIying-ash gravel pile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基［1］。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
2 设计计算
2.1工程概况
霸王（中国）饮料工业园生产综合车间1高4层，结构为框架结构。地基采用CFG桩复合地基进行加固处理，桩总桩数约为1316根，有效桩长约18m，桩径450mm，桩距为1350mm×1350mm。基础采用独立基础，复合地基承载力特征值400kPa。CFG桩采用长螺旋钻机成孔，桩身强度为20MPa；褥垫层厚度为280mm，采用级配砂石，砂石比例为3：7，选用中粗砂，碎石粒径不应大于20mm，灌水振实至250mm，且密度不小于95%，宽度超出基础边缘200mm，CFG桩桩顶入砂石褥垫层50 mm。
2.2工程地质条件
本厂房场地原地貌为准冲积平原，场地原为山沟，现已填土整平，场地较平整。
根据岩土工程勘察资料，本工程场地地层结构按其成因类型自上而下可分为：人工填土（Qml ）、第四系冲积层（Qal）、第四系残积土层（Qel）及石炭系基岩（C）等四大层。
其工程地质条件如表1所示。
本场地不良地质作用主要表现为岩溶（或土洞），岩层面起伏较大，从基岩面等高线图可以看出，场地的北西与南东部位的基岩面埋藏较浅，岩面埋深一般在20m内，场地中间近呈东西方向形成一个溶蚀凹槽地带，岩面埋深一般在30m以上。工勘施工钻孔中，见溶洞率11.87%，见土洞率6.84%。
生产综合车间1单柱最大荷载为9000kN。天然地基不能满足建筑物对地基的要求，需对地基土进行CFG桩复合地基加固处理。CFG桩以④3中风化灰岩或④4微风化灰岩作为持力层。
各岩土层力学性质指标表1
2.3单桩承载力
根据本场地岩土工程勘察资料及《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）［2］，确定各岩土层的摩阻力特征值、端阻力特征值、土层厚度的取值，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）［3］9.2.6式计算单桩承载力Ra：
式中：qsi—第i土层桩侧的摩阻力特征值（kPa）；qp—桩端持力层阻力特征值（kPa）；Up—桩身截面周长(m)；li—第i土层的厚度(m)；Ap—桩身截面面积(m2)。n—桩长范围内土层数。
计算单桩承载力特征值Ra（表2）。综合以上计算，单桩承载力取Ra=550kPa
單桩承载力计算表 表2
2.4复合地基承载力特征值
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）9.2.5式计算：
式中：—复合地基承载力特征值（kPa）；—桩间土承载力特征值（kPa）； —CFG桩的面积置换率，经计算=0.0969；—CFG桩桩间土承载力折减系数，取=0.8。
经计算，= 400kPa
2.5桩体强度确定
=3×550÷0.1590=10377kPa≈10.4MPa，砼抗压强度达到10.3MPa时，即满足桩体砼强度要求。施工时取CFG桩桩体砼强度等级为C20。
2.6地基变形计算
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）规定，最终变形按下式计算：
式中：—地基最终沉降量（㎜）；—按分层总和法计算出的地基沉降量（㎜）；—沉降计算经验系数，取=1.0；—地基沉降计算深度范围内划分的土层数；—对应于荷载标准值时的基础底面的附加力（kPa）；—基础底面下第i层土的压缩模量，按实际应力范围取值（MPa）；、—基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）；、—基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
⑴地基沉降计算深度
据本工程岩土勘察报告，CFG桩桩深为17.1～18.5m，平均为18m，取18m以内土体为压缩层计算，划分1个土层；Zi为18m，按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）表k.0.1-2取值：=0.1044。
⑵复合地基压缩模量
模量提高系数为：=/=400/90=4.44
=5.88×4.44=26.1MPa
⑶基底处附加应力：=900-17.0×1.5=874.5kPa
式中：—设计上部结构荷载值，为900 kPa；—人工填土容重，取=17.0kN/m3；—基础埋深，按1.50m取值。⑷计算沉降量=874.5÷26.1×(17.0×0.1044)=59.466㎜。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）表5.3.5沉降计算经验系数结合场地实际地质情况(取0.2)计算最终沉降量：
最终沉降量为：==0.2×59.466=11.89㎜
计算结果满足设计要求。
3 施工
⑴施工前应按设计要求由实验室进行配合比试验，确定配合比，施工时严格按配合比配制混合料。
⑵施工前进行试桩。确定提升速度等参数并检测试桩效果。
⑶施工主要步骤：
①测量放线：根据业主提供的施工测量控制网，在不受施工振动影响和土体变形影响的部位设置轴线控制点，再按CFG桩桩位平面布置图进行放样和地面标高测量，打入桩位标记；
②桩机就位：根据桩位，使桩机对中，调平桩机，桩机钻杆与地面水平面垂直。允许误差范围：桩位偏差为≯150㎜，垂直度偏差为≯1%；
③长螺旋钻进：钻至设计深度后，拔管速度控制在1.2～1.5m/min,遇到淤泥或淤泥质土等软弱地层时，适当放慢拔管速度，同时要考虑地泵泵送能力调整拔管速度。可参考试桩数据；
④灌注混合料（砼）：拔管的同时开始灌注砼，灌注至高出设计桩顶标高不少于0.5m时停止灌注。本工程砼由粤花混凝土搅拌站提供；
⑤移至下一施工桩位。
⑷桩体强度达到设计要求后，采用机械＋人工的施工方法破除设计桩顶标高以上的桩头。
4 检测
施工结束28d后，按国家有关规定进行复合地基检测。结复合地基静载试验，所检测桩的总沉降量为5.65～8.32㎜,s—lgt曲线呈平行排列，Q—S曲线平缓，复合地基承载力特征值满足设计要求。
5 结语
设计及施工應注意的问题：
⑴在本工程中，基岩为灰岩，岩面起伏较大，应根据当地的实际情况和成功的案例进行设计，合理选取桩端持力层尤其重要。
⑵因岩面起伏大，所选用的持力层不尽相同，在设计时要选择好褥垫层的厚度，使桩体上有足够的空间，确保基础、桩和桩间土的协调作用。
⑶施工前必须仔细认真审图，选取能满足施工要求的施工工艺，严格按有关规范规定施工操作。
⑷根据工程场地周边环境、场地岩土层的不同特性，选择合适的施工工艺和施工方法。本工程砂层厚，施工时采用“跳打法”施工，防止了串孔而影响成桩质量。
⑸本工程处于灰岩地区，溶洞发育，土洞发育，当成桩过程中，遇到以上不良地质现象时，必须先灌注土（溶）洞，再成桩施工，同时注意拔管速度，防止塌孔。若土（溶）洞较大，不能一次性注满时，可采用间歇灌注即分多次灌注的方法，直至注满土（溶）洞为止。
⑹褥垫层铺设必须按规定选择材料、夯实、控制厚度和范围，并保证桩头入褥垫层不少于50㎜。
⑺做到施工信息化管理。及时做好资料整理和信息收集，在施工过程中若遇到与设计时提供的资料不符时，应及时与相关部门、单位沟通，做出相应的设计变更。
参考文献：
［1］常士骠，张苏民主编，工程地质手册[M]。北京：中国建筑工业出版社，2007，931
［2］建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S]。北京：中国建筑工业出版社，2002，27
［3］建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S]。北京：中国建筑工业出版社，2002，41
关键词：CFG桩复合地基；地基处理；褥垫层；应用
Abstract: according to the CFG pile composite ground bearing mechanism and properties, with the overlord (China) beverage industry park production of comprehensive workshop 1 composite ground engineering example, the paper introduces the design, construction of CFG pile and the setting and application serveral problems, and points out that the CFG pile composite foundation in the design and construction in the problem that should notice.
Keywords: CFG pile composite foundation; Foundation treatment; Serveral problems; application
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A文章编号：
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，CFG桩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、相对低廉的工程造价和工期较短等特点越来越被广泛的应用。本工程应用CFG桩复合地基，充分发挥了CFG桩的高承载力性能，并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力。
1 基本原理
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。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即cement fIying-ash gravel pile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基［1］。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
2 设计计算
2.1工程概况
霸王（中国）饮料工业园生产综合车间1高4层，结构为框架结构。地基采用CFG桩复合地基进行加固处理，桩总桩数约为1316根，有效桩长约18m，桩径450mm，桩距为1350mm×1350mm。基础采用独立基础，复合地基承载力特征值400kPa。CFG桩采用长螺旋钻机成孔，桩身强度为20MPa；褥垫层厚度为280mm，采用级配砂石，砂石比例为3：7，选用中粗砂，碎石粒径不应大于20mm，灌水振实至250mm，且密度不小于95%，宽度超出基础边缘200mm，CFG桩桩顶入砂石褥垫层50 mm。
2.2工程地质条件
本厂房场地原地貌为准冲积平原，场地原为山沟，现已填土整平，场地较平整。
根据岩土工程勘察资料，本工程场地地层结构按其成因类型自上而下可分为：人工填土（Qml ）、第四系冲积层（Qal）、第四系残积土层（Qel）及石炭系基岩（C）等四大层。
其工程地质条件如表1所示。
本场地不良地质作用主要表现为岩溶（或土洞），岩层面起伏较大，从基岩面等高线图可以看出，场地的北西与南东部位的基岩面埋藏较浅，岩面埋深一般在20m内，场地中间近呈东西方向形成一个溶蚀凹槽地带，岩面埋深一般在30m以上。工勘施工钻孔中，见溶洞率11.87%，见土洞率6.84%。
生产综合车间1单柱最大荷载为9000kN。天然地基不能满足建筑物对地基的要求，需对地基土进行CFG桩复合地基加固处理。CFG桩以④3中风化灰岩或④4微风化灰岩作为持力层。
各岩土层力学性质指标表1
2.3单桩承载力
根据本场地岩土工程勘察资料及《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）［2］，确定各岩土层的摩阻力特征值、端阻力特征值、土层厚度的取值，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）［3］9.2.6式计算单桩承载力Ra：
式中：qsi—第i土层桩侧的摩阻力特征值（kPa）；qp—桩端持力层阻力特征值（kPa）；Up—桩身截面周长(m)；li—第i土层的厚度(m)；Ap—桩身截面面积(m2)。n—桩长范围内土层数。
计算单桩承载力特征值Ra（表2）。综合以上计算，单桩承载力取Ra=550kPa
單桩承载力计算表 表2
2.4复合地基承载力特征值
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）9.2.5式计算：
式中：—复合地基承载力特征值（kPa）；—桩间土承载力特征值（kPa）； —CFG桩的面积置换率，经计算=0.0969；—CFG桩桩间土承载力折减系数，取=0.8。
经计算，= 400kPa
2.5桩体强度确定
=3×550÷0.1590=10377kPa≈10.4MPa，砼抗压强度达到10.3MPa时，即满足桩体砼强度要求。施工时取CFG桩桩体砼强度等级为C20。
2.6地基变形计算
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）规定，最终变形按下式计算：
式中：—地基最终沉降量（㎜）；—按分层总和法计算出的地基沉降量（㎜）；—沉降计算经验系数，取=1.0；—地基沉降计算深度范围内划分的土层数；—对应于荷载标准值时的基础底面的附加力（kPa）；—基础底面下第i层土的压缩模量，按实际应力范围取值（MPa）；、—基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）；、—基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
⑴地基沉降计算深度
据本工程岩土勘察报告，CFG桩桩深为17.1～18.5m，平均为18m，取18m以内土体为压缩层计算，划分1个土层；Zi为18m，按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）表k.0.1-2取值：=0.1044。
⑵复合地基压缩模量
模量提高系数为：=/=400/90=4.44
=5.88×4.44=26.1MPa
⑶基底处附加应力：=900-17.0×1.5=874.5kPa
式中：—设计上部结构荷载值，为900 kPa；—人工填土容重，取=17.0kN/m3；—基础埋深，按1.50m取值。⑷计算沉降量=874.5÷26.1×(17.0×0.1044)=59.466㎜。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）表5.3.5沉降计算经验系数结合场地实际地质情况(取0.2)计算最终沉降量：
最终沉降量为：==0.2×59.466=11.89㎜
计算结果满足设计要求。
3 施工
⑴施工前应按设计要求由实验室进行配合比试验，确定配合比，施工时严格按配合比配制混合料。
⑵施工前进行试桩。确定提升速度等参数并检测试桩效果。
⑶施工主要步骤：
①测量放线：根据业主提供的施工测量控制网，在不受施工振动影响和土体变形影响的部位设置轴线控制点，再按CFG桩桩位平面布置图进行放样和地面标高测量，打入桩位标记；
②桩机就位：根据桩位，使桩机对中，调平桩机，桩机钻杆与地面水平面垂直。允许误差范围：桩位偏差为≯150㎜，垂直度偏差为≯1%；
③长螺旋钻进：钻至设计深度后，拔管速度控制在1.2～1.5m/min,遇到淤泥或淤泥质土等软弱地层时，适当放慢拔管速度，同时要考虑地泵泵送能力调整拔管速度。可参考试桩数据；
④灌注混合料（砼）：拔管的同时开始灌注砼，灌注至高出设计桩顶标高不少于0.5m时停止灌注。本工程砼由粤花混凝土搅拌站提供；
⑤移至下一施工桩位。
⑷桩体强度达到设计要求后，采用机械＋人工的施工方法破除设计桩顶标高以上的桩头。
4 检测
施工结束28d后，按国家有关规定进行复合地基检测。结复合地基静载试验，所检测桩的总沉降量为5.65～8.32㎜,s—lgt曲线呈平行排列，Q—S曲线平缓，复合地基承载力特征值满足设计要求。
5 结语
设计及施工應注意的问题：
⑴在本工程中，基岩为灰岩，岩面起伏较大，应根据当地的实际情况和成功的案例进行设计，合理选取桩端持力层尤其重要。
⑵因岩面起伏大，所选用的持力层不尽相同，在设计时要选择好褥垫层的厚度，使桩体上有足够的空间，确保基础、桩和桩间土的协调作用。
⑶施工前必须仔细认真审图，选取能满足施工要求的施工工艺，严格按有关规范规定施工操作。
⑷根据工程场地周边环境、场地岩土层的不同特性，选择合适的施工工艺和施工方法。本工程砂层厚，施工时采用“跳打法”施工，防止了串孔而影响成桩质量。
⑸本工程处于灰岩地区，溶洞发育，土洞发育，当成桩过程中，遇到以上不良地质现象时，必须先灌注土（溶）洞，再成桩施工，同时注意拔管速度，防止塌孔。若土（溶）洞较大，不能一次性注满时，可采用间歇灌注即分多次灌注的方法，直至注满土（溶）洞为止。
⑹褥垫层铺设必须按规定选择材料、夯实、控制厚度和范围，并保证桩头入褥垫层不少于50㎜。
⑺做到施工信息化管理。及时做好资料整理和信息收集，在施工过程中若遇到与设计时提供的资料不符时，应及时与相关部门、单位沟通，做出相应的设计变更。
参考文献：
［1］常士骠，张苏民主编，工程地质手册[M]。北京：中国建筑工业出版社，2007，931
［2］建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S]。北京：中国建筑工业出版社，2002，27
［3］建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）[S]。北京：中国建筑工业出版社，2002，41