CFG桩的应用

CFG桩复合地基在郑州市区地基中的应用

秦继英

(河南省建筑工程学校，郑州 450007)

摘要：本文对CFG桩复合地基在郑州市区工程建设中设计、施工、检测等问题进行了探讨，为类似工程提供了一些实践经验。    

关键词：复合地基；褥垫层；边载; 比例界限    

中图分类号：TU47 文献标识码：A

CFG Pile Compound Foundation Applied in Zhengzhou 

Urban District's Ground

Qin Jiying 

(Henan Architectural Engineering School, Zhengzhou 450007,China)

Abstract: The essay mainly discusses some problems of the CFG pile compound foudation used in designing, constructing and checking in engineering construction in Zhengzhou urban district. It provides somepractical experience for similar projections.    

Key words：compound foundation；bedding layer；edge bearing；proportion limit

1 引 言 

随着郑州市经济的日益发展，小高层(10～20余层)建筑占了很大的比重，CFG桩这种新型的复合地基技术也得以推广和利用。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结强度桩，桩、桩间土和褥垫层—起形成复合地基。CFG桩可全桩长发挥侧阻，桩端在好的土层时可很好地发挥端阻，置换作用很强，挤密效果也很好，组成的复合地基承载力提高幅度大，复合模量高，地基变形小等特点。和桩基相比，由于桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋及充分发挥桩间土的承载能力，且造价仅为桩基的40％～60％，为高压旋喷桩的20%～30％，因此在全国得以广泛应用和推广，经济和社会效益也是非常巨大的。 

2 郑州市区工程地质单元划分 

郑州市位于华北平原西南部的边缘地带，地形平坦，起伏不大，地势由西南向东北倾斜。构造上属纬向构造体系与新华夏系第二沉降带的复合部位。基底为一自西南向东北倾伏的单斜构造。地表基本上均为第四纪松散堆积物覆盖。岩性有中更新世含钙质结核粉质粘土、上更新世黄土状粉土、全新世粉土和粉砂。在巨厚的松散堆积物中，埋藏有丰富的地下水，与工程建设密切相关的是孔隙潜水，它埋藏于地面下60m范围内，地下水位埋藏主要受地形控制，从西南向东北由深到浅。流向与地形一致，总的流向是由西南到东北，水力坡度一般为1‰～2‰，水化学类型属低矿化重碳酸钙型水。市区西南部属洪积岗丘和冲洪积台地，含水层由上更新世～中更新世黄土状粉土、粉质粘土裂隙类钙质结核层、砂砾石透镜体和砂层组成，水量一般不大，单位涌水量3～10m3／(h·m)，地下水位埋深12～40m；市区东北部为泛滥平原，含水层由全新世～上更新世粉土、粉细砂、中细砂、粗砂组成，分布稳定，厚25～30m，局部地段大于30m，水量丰富，单位涌水量20～50m3／(h·m)，地下水位埋深一般小于5m，局部小于2m。根据以上特征，大致可以将郑州市区划分为两个工程地质单元。 

2.1 黄土工程地质单元 

其范围主要指市区内京广铁路以西，东西大街郑汴路以南的广大地区，地质构造上位于荥巩背斜的北翼，地域上为嵩山古陆的一部分。60m深度范围内，除下更新世地层受喜山运行影响缺失外，其主要发育着：全新世粉土及粉质粘土、上更新世粉土、中更新世粉质粘土、上第三纪泥灰岩，均为硬质土类。地基土具有色黄、大孔隙发育、含碳酸盐类等的特点，属黄土类土。除个别地方有轻微湿陷性外，一般浅层地基土工程特性都不错，是较好的建筑场地。 

2.2 泛滥平原工程地质单元 

其范围主要位于京广铁路以东，东西大街、郑汴路以北的地区。地表浅层土体为全新世黄河泛滥堆积物，具典型的“二元”结构，上部地层主要为：①全新世上段（Q43）冲洪积稍密粉土、软～流塑的粉质粘土；②全新世中段（Q42）冲湖积稍～中密粉土、软～可塑粉质粘土，色暗，富含有机质，有机质含量3～8％；③全新世下段（Q41）冲积粉细砂。全新世上段（Q43）、全新世中段（Q42）的土多为软弱土，天然含水量高，一般均接近或大于25％，近液限；天然孔隙比一般在0.8～0.95之间，属高压缩性，承载力一般为70—110kPa左右，且土层不均匀，夹层互层较多，又地下水埋藏一般小于5m，局部小于2m，所以此区的地基土工程性质较差。 

本区需要特别说明的是，全新世下段（Q41）冲积粉细砂中的水，并不是单纯的潜水类型，具备微承压水的性质，其工程特性与一般的潜水类型也有所不同，设计和施工时要注意其影响。 

3 CFG桩复合地基设计 

3．1 荷载传递机理 

CFG桩复合地基，当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形。桩的强度及模量远比桩间土的大，桩的变形远比桩间土的变形小。但由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩体除向下刺入外，还可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层材料的流动补偿使之不断调整

补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与共同工作。 

基础受力示意图 

当CFG桩复合地基承受水平荷载时，由于一定厚度的褥垫层的存在，作用在桩顶和桩间土上的剪应力相差不大，桩顶受的剪力占水平荷载的比例大体与面积置换率m相当，即此时桩受的水平荷载很小，水平荷载主要由桩间土承担。试验表明，褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。基础具体的受力情况详见基础受力示意图。 

3．2 设计参数的确定 

3.2.1 桩长 

CFG桩要求桩端落在较好的土层上，桩长是CFG桩复合地基设计时首先要确定的参数，它取决于建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和设备能力等因素。设计时要根据岩土工程勘察报告中提供的各岩土层的具体工程特性，确定桩端持力层及桩长，按下式计算单桩承载力Ra：  

式中：up——桩周长（m）； 

qsik、qpk——与土性和施工工艺有关的桩周第i层土的极限侧阻力、桩端极限端阻力特征值（kPa），无地区经验，可按现行桩基规范确定； 

li——第i层土的厚度（m）； 

n——桩长范围内所划分的土层数； 

Ap——桩的截面积（m2）； 

K——安全系数，取2.0。 

3.2.2 桩径d 

取决于所采用的成桩设备，一般设计桩径为350～600mm。 

3.2.3 桩间距s 

取决于设计要求的复合地基承载力、变形、土性与施工设备等综合因素。由下式先计算出面积置换率m：  

式中：fsp.k——复合地基承载力特征值（kPa）； 

β——桩间土承载力折减系数，一般取0．75～0．95；  

fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），一般可取天然地基承载力特征值。

  然后根据采用的布桩形式(正方形或三角形)，计算桩间距s。 

桩长l、桩间距s、桩径d初步确定后，需按规范要求验算上述三个参数是否能满足复合地基变形要求。 

在各类使用的变形计算方法中，往往把复合地基变形分为两个部分：加固区的变形量、下卧层的变形量，褥垫层的变形一般可忽略不计，地基应力场近似按天然地基进行计算，但基底荷载应采用传到基础底面上的长期效应组合荷载，不应计入风荷载和地震荷载。变形计算结果若不满足要求，则需调整桩长l或桩间距s；若满足要求，则可以确定设计的第四个参数——桩体强度。 

3.2.4 桩体强度 

原则上，桩体配比按桩体强度控制，主要是桩体的抗压强度，应满足下式要求：  

式中：fcu——桩体抗压强度平均值(kPa)。 

3.2.5 褥垫层厚度及材料 

厚度一般取10～30cm为宜。当桩径d、桩间距s过大或建筑物上部结构刚度大且对地基沉降值要求不很严，可适当加大其厚度，这样有利于提高桩土共同工作的效率。但若褥垫层厚度过大，会导致桩、土应力比等于或接近1，这样设计的复合地基承载力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大，此时实际上复合地基中桩的设置已失去了意义。

材料可用粗、中砂、碎石、级配砂石或碎石，最大粒径不宜大于30mm。 

4 设计施工检测中的几个问题 

4.1 复合地基承载力的修正 

在CFG桩复合地基中，随着荷载的增加，桩间土分担的荷载增加，桩间土应力在不同深度产生的附加应力，使桩周围正应力有较大的增量，桩侧阻力相应增大。桩间土应力产生的附加应力，也使桩端处垂直应力加大，即所谓的边载效应。但边载对复合地基中单桩承载力影响不大，复合地基承载力的提高，主要是边载使桩间土承载力提高所致。 

由于边载对复合地基承载力的影响，对复合地基承载力应进行修正。地基处理规范规定宽度修正系数为0，深度修正系数为1.0。对东北部泛滥平原工程地质单元的土，实际工程中发现用地基处理规范规定进行修正是可行的。但对西南部黄土工程地质单元的土来说，多个工程实际出现复合地基载荷试验值比计算值大较多，经过工程对比，我们认为对强度较高的土，宽度修正系数为0，深度修正系数应按地基设计规范提供的天然地基的修正系数选用比较适宜。 

4.2 施工 

对西南部黄土工程地质单元来说，只要严格按照程序，一般都会达到设计要求。 

但对东北部泛滥平原地质单元，情况就大不一样。其土的含水量一般大于或接近25％，且主要为松散饱和粉土、粉细砂，一般采用长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩工艺，加上钻进过程叶片剪切作用，极易使饱和粉土、粉细砂发生液化，引发“窜孔”，引起丢桩，甚至影响周围建筑的安全。 

因此，在本区施工时，要注意与周围建筑的静间距；提钻前我们认为应先泵送，预防Q41砂层中超孔隙水作用使阀门打不开；充盈系数一般取1.4左右；桩长也相应要加长一些。而且施工完成后，需通过低应变检测或静载荷试验进一步测或静载试验进一步确定其桩身完整性和承载力是否受到影响。 

4.3 检测 

-CFG桩复合地基的载荷试验方法直接影响对复合地基承载力的评价。试验时要严格按地基处理规范规定执行。 

同时，还应注意褥垫层的厚度与铺设方法，除垫层的底标高与桩顶设计标高相同，铺设面积与承压板面积相同外，褥垫层周围要求有原状土约束：当p—s曲线不存在极限荷载时，可取s—lgt曲线上为直线和曲线的两级荷载均值为复合地基比例界限值，即为CFG桩复合地基的承载力，或按相对变形值确定，取s／b=0.01对应的荷载作为CFG桩复合地基承载力。 

5 结语 

通过以上分析，CFG桩复合地基在郑州市区的运用还是大有前途的。但东北部泛滥平原工程地质单元的运用，还应该慎重，不要只看规范，要多收集一些地区经验，使我们的设计更加深入合理、效果更好、更经济。 

由于对CFG桩复合地基的理解不深，文中某些观点可能不成熟或错误，请同行老师点拨指正。 

参考文献： 

［1］ JGJ79-2002．《建筑地基处理技术规范》． 

［2］ 闫明礼，李春灵．《有边载条件下CFG桩复合地基新性状》，1996． 

收稿日期：2004-05-18

作者简介：秦继英（1970-），女，河南省郑州市，主要从事建筑教学及其研究工作。

(责任编辑 张智勇)

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