软弱地基加固中CFG桩的应

摘  要：本文通过采用CFG桩加固软弱地基的工程实例，对该方法加固的设计、施工以及加固后的效果检验进行的论述。证明用该方法加固软弱地基技术的可行性，是值得推广应用的地基加固技术。

关键词：CFG桩   软弱地基   地基加固

1.前言

拟建北流市某综合楼工程占地面积420m2，楼高八层，框架结构，工程总造价约268万元。

场地位于圭江河流阶地地貌单元上，主要地基土层为素填土、粉质粘土和粉砂，土质软弱，地基承载力低，压缩性高，均匀性差，工程性质不良，且厚度较大、分布极不均匀，仅依靠天然地基不能满足设计要求。原基础方案有两种：（1）采用桩基础；（2）地基加固处理后采用基础。因粉土和粉砂层含水量丰富，成孔困难，不宜采用人工挖孔桩；钻孔灌注桩存在大量泥浆排放和造价过高等问题，振动（锤击）沉管灌注桩造价也偏高，因此桩基础方案没有被采用。后经多次方案论证，确定对软弱地基进行加固处理，以提高地基承载力，减少不均匀沉降。地基加固方案中拟选用深层搅拌法、振冲碎石桩和CFG桩。经过技术性和经济性研究，最后确定采用CFG桩，不仅节约了投资，而且施工工期提前15天完成。

2.场地工程地质概况

场地处于河流II级阶地上，经人工回填2.30～3.00m素填土至现地面，比场地前面道路路面低1.50m左右。场地普遍存在地下水，为主要贮存于素填土中的上层滞水和粉砂、圆砾层中的潜水，水位升降受大气降雨影响。地基主要土层软弱、强度低，地基承载力50～130kPa，软弱土层厚度11.25～12.88m。土层主要特征自上而下简述如下：

2.1 素填土：黄色，主要由粉土、粉砂组成，土层松散，层厚：2.30～3.00m，fk=50kPa。

2.2 粉质粘土：灰褐色，含少量腐植质，软塑～流塑状态，层厚：0.40～1.20m，fk=90kPa，Es=4.0Mpa，qs=8kPa。

2.3 粘土：黄褐色，含少量铁锰氧化物，硬塑～可塑状态，层厚：0.70～1.80m，fk=200kPa，Es=8.6Mpa，qs=30kPa。

2.4 粉砂：灰黄色，稍密，饱和状态，层厚：1.50～5.10m，fk=120kPa，Es=4.0Mpa，qs=15kPa。

2.5 圆砾：灰色，中密，饱和，级配良好，层厚：1.50～5.30m，fk=500kPa，qs=50kPa，qp=1100kPa。

2.6 花岗岩风化残积土，灰色，灰黄色，层面埋深：11.65～13.78m，该层未揭穿，根据区域地质资料，其厚度大于10m。fk=300kPa，qs=35kPa，qp=1000kPa。

3.CFG桩复合地基设计

CFG桩（Cement  Fly-ask  Gravel  piles）是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是近年来发展起来的一种新型的地基处理方法，目前已作为国家重点科研成果向全国推广。

CFG桩是由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动（锤击）沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种低标号的桩体，其主要用来加固地基，和被挤密的桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同承担上部荷载。

该工程设计基础底面标高基本与现地面标高一致。根据地质勘察资料，其地基承载力fs,k=50kPa，要求处理后的复合地基承载力fsp,k≥300kPa。根据地基承载力的要求，结合柱基对地基土进行分析、计算，确定需要加固的软弱地基土层为素填土、粉质粘土、粘土和粉砂。考虑土的性质及施工方法等因素，选定桩径d为400mm；由于本工程地基土层软弱、饱和、压缩性高、含水量大、渗透性好，且要求复合地基承载力较大，根据我们的经验，桩距S采用1.20m。

3.1 单桩承载力

Rk=ηp（лdΣqsiLi+qpAp）    （1）

式中Rk：单桩承载力标准值（KN）；ηp：承载力折减系数（ηp一般取    0.8）；Ap：桩断面面积（m2）。

3.2 复合地基承载力

fsp,k=[1+m(nβ-1)]β·fs,k    （2）

式中m：CFG桩面积置换率；nβ：桩土应力比；β：桩间土强度发挥系数（β通常取0.9～0.95）。                    

利用（2）式即得出桩土应力比   nβ，则桩顶应力：σp=nβ·β·fsk（3）   桩顶承受的集中力                Pp=nβ·β·fs,k·Ap         （4）

再由(4)式中的Pp值和(1)式，即可计算桩长L0桩体配比按标号控制，最低标号按不小于3倍桩顶应力σp确定。

综上分析、计算，该工程CFG桩设计有效桩长12.70m或桩端进入圆砾层不小于0.5m，桩径400mm，桩的平面布置按正方形布桩，桩距1.20m，即面积置置换率m为8.7%。CFG桩桩身强度按C10配比，粉煤灰混凝土坍落度3～5cm，桩顶与基础之间设置30cm厚级配砂石褥垫层。

4.CFG桩施工

CFG桩的施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，本工程采用Φ377mm振动沉管打桩机，将带有预制钢筋混凝土桩尖的钢管沉入土中，然后浇筑混合料边振动边拔管而成。制桩共计330根，进尺深度共计4268.78延长米，工期15天。主要采取了以下措施确保工程质量。

4.1 严格控制拔管速度

拔管速度太快可能造成缩径或断桩，太慢有可能造成桩端一段范围的桩体水泥含量较少，桩体强度降低。适宜的拔管速度为1.0～1.2m/min。每上拔1米要停一下振动5秒，沉管下端未露出地面不得停振，不允许快速拔管。

4.2 施打顺序

连续施打可能造成的缺陷是桩径被挤扁或缩径，我们采取了隔桩跳打。

4.3 保证粉煤灰混凝土质量

控制配合比，坍落度控制在3～5cm，砾石直径不得超过4cm，以防止造成空洞和断桩。

4.4 控制粉煤灰混凝土灌入量

按设计充盈系数K≥1.1计算的CFG桩体体积一次性灌足，不足时应从沉管上端上料口补足，边填料边振动，直至拌和料表面出浆为止。当沉管拔出后，若发现投料不足，严禁再向桩孔内二次倒料，其不足部分应待开挖基坑时，凿出新桩，用模具接桩。

4.5 严格控制最后1～2min的贯入度

如果贯入度未达到要求，则桩端未达到设计的深度上，在振动和桩身自重的作用下，可能会造成桩孔内粉煤灰混凝土再度下沉，造成缩径和断桩。

4.6 快速静压

由于本工程地基土层软弱，要求处理后地基承载力较大，在施工过程中，我们对新打完的桩进行快速静压，将可能断裂并脱开的桩连接起来，从而保证了桩头的质量。这一技术对保证复合地基中桩很好地传递垂直荷载是很有意义的。

5.效果检验

CFG桩施工15天后，采用轻便触探（N10）试验、开挖检查对地基加固效果进行检验。

5.1 桩间土轻便触探（N10）试验

在地基加固前和加固后，我们在现场（主要是素填土）分别在不同地点做了26点轻便触探试验。加固前，N10平均值6.6击，变异系数0.396。加固后，N10平均值13.78击，变异系数0.085。说明桩间土的挤密效果是显著的。

5.2 桩身检查

为检验CFG桩的施工质量，我们随机开挖的6根桩体进行观察和取样，结果表明：桩体的外观比较匀称、致密、坚硬，桩身上下连续，无断桩和严重缩径现象。在6根桩体中随机抽取了12组芯样，测得其无侧限单轴抗压强度为   12.78～16.43Mpa，满足桩身设计强度10Mpa的要求。

6.结论

6.1 CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大、变形模量大、沉降变形小的特点，用于建筑物对地基承载力和变形要求高的地基是比较理想的。

6.2 CFG桩用振动沉管打桩机成桩，由于不放钢筋笼，施工速度快，工期短，质量容易控制。

6.3 CFG桩不配筋，并能利用工业废料（粉煤灰），变废为宝，经济实用，比一般振动（锤击）沉管灌注桩和钻孔灌注桩造价都低得多，以本工程（± 0.000m以下决算）为例：                

CFG桩复合地基工程造价：          45.78万元；

振动（锤击）沉管灌注桩工程造价：58.97万元；                       

 钻孔灌注桩工程造价：66.98万元。                                    

从以上资料可以看出：CFG桩复合地基工程造价分别比振动（锤击）沉管灌注桩号钻孔灌注桩低22.36%和    31.65%。

6.4  根据以上工程实例和工程经济比较表明：采用CFG桩加固软弱地基在技术上是可行的，加固效果十分明显，经济效益显著，是值得推广应用的地基加固技术。

 参考文献

1.《建筑地基处理技术规范》（JGJ  79-91）中国计划出版社1992

2.《地基处理手册》地基处理手册编写委员会  中国建筑工业出版社1994

3.《地基处理技术》  闫明礼主编   环境科学出版社1995

（作者单位：广西北流市建筑设计院）