摘 要：根据CFG桩复合地基承载机理和特点，通过现场原位试验，说明了桩间土具有很大的承载潜力，利用桩、土协调工作的特点，可有效的降低工程造价。
关键词：CFG桩；复合地基；承载机理；原位试验
1.CFG桩复合地基
1.1 CFG桩复合地基简介
水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩）是指在碎石中掺入一定量的石屑、粉煤灰和少量水泥，拌合成一种具有一定粘结强度的非柔性桩。CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层三部分构成。CFG桩法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基，对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。
1.2 加固机理
简单说，褥垫层是将上部基础传来的基底压力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力。同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。
褥垫层作用：保证桩与土共同承担荷载，调整桩与桩间土之间竖向荷载及水平荷载的分担比例。桩的作用：承担基础传来的竖向、水平荷载，地基土产生一定的挤密作用，同时具有作用、预震作用。桩间土的作用：承担竖向、水平荷载，对桩体进行约束，保证桩体正常工作。
1.3特点
预制混凝土桩具有较高的承载力，但造价较高；碎石桩的造价较低，但却满足不了高层建筑对地基承载力的要求；而CFG桩则具备了上述两类桩的优点，既造价低廉且承载力高。进行设计时，可通过改变CFG桩的桩长、桩距等来达到不同的复合地基承载力。通过改变桩长、桩径、桩距等设计参数，可使地基承载力大幅提高，其提高的幅度在2.5～3倍，对软弱地基承载力提高很大。变形稳定，沉降量小，如将CFG桩落在较硬的图层上，其地基沉降量可控制在一定的范围内（在10mm以内）。工艺性好，由于大量采用粉煤灰，桩体材料具有较好的流动性，灌注方便易于控制施工质量，同时节约大量水泥、钢材，利用工业废料粉煤灰降低工程费用，与预制钢筋混凝土桩相比，可节约投资30%-40%。
2.CFG桩复合地基的工程应用
2.1工程概况及地质条件
正在兴建的潢川县苏湾安置楼位于潢川县312国道南侧，紧邻苏湾大桥东岸。拟建建筑楼高10层，地下室一层，框架结构，基桩型式为CFG桩。该场地地貌属于小潢河冲洪积平原，场地地形平坦。依据野外钻孔描述、室内土工试验指标综合分析，该场地基土自上而下共分3个工程地质单元层：
第11层素填土（Q4al）：杂色，稍湿，松散，主要由粘性土组成，结构松散，质地不均，欠固结。第22层粉质粘土（Q4al）：黄褐色-褐色，硬塑状，下部偏可塑状，切面稍光滑，具油质光泽，粉性感强，摇振无反应。局部表现为粘土，其力学性能指标差异不大。第33层粗砂：黄褐色。饱和，稍密-中密，主要成分为石英、长石。级配较好，局部夹杂泥质薄层，厚约40cm左右。
本工程试验桩采用CFG桩，有效桩长为10.4m，桩径为400mm，总桩数为652根，面积置换率m=0.057，桩间距1.6m，复合地基承载力特征值为240kPa。设计CFG桩桩身强度为C15，桩体材料为碎石（料径20mm）、中粗砂、P.O32.5 水泥、Ⅱ级粉煤灰、泵送剂和水。本工程共布设CFG桩470根。CFG桩施工完毕后，在桩顶铺设300mm厚砂石褥垫层，最大料径不宜大于30mm，褥垫层铺设宜采用静力压实法，要求夯填度不得大于0.9。
2.2 CFG 桩复合地基承载力理论计算
CFG桩单桩竖向承载力特征值可按下列两式计算，并取其中小值：
Ra1=13·fcuAp（1）Ra=up∑ni=1qsili+qpAp （2）
式中：fcu—桩体砼试块（边长150mm 立方体）标准养护 28d 立方体抗压强度平均值（kPa）；Ra—单桩承载力特征值（kN）；Ap—桩的截面积，Ap=0.1256m2；up—桩的周长，up=1.256m；qsi—桩侧第i层土的侧阻力特征值（kPa），根据岩土工程勘察报告提供数据取值；qp—桩的端力特征值（kPa），qp=600kPa；li—第i层土的厚度（m）
代入以上数据，结果如下：
Ra1=628（kN） （3）Ra2=339（kN）（4）
所以设计时单桩承载力特征值取330KN。复合地基承载力特征值可按下式计算：
fspk=mRaAp+β（1-m）fsk （5）式中：fspk—CFG桩复合地基承载力特征值（kPa）；m—面积置换率，m=0.057；Ra—单桩竖向承载力特征值；Ap—桩的截面积（m2），Ap=0.1256m2；β—桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时，可取0.75～0.95之间，天然地基承载力较高时取大值，本工取β=0.9；fsk—处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按地区经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，fsk=110kPa。
所以：fspk=243kPa>240kPa （6） 满足设计要求。
2.3 CFG复合地基承载力原位检测
加载方式：采用慢速维持荷载法。试验日期：2012年3月28日～2012年4月5日。压板尺寸：面积为2.25㎡正方形刚性承压板。反力装置：采用锚桩反力装置。
试验按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）复合地基载荷试验，加载等级分8～12级，最大加载压力不应少于设计要求压力值的2倍。本次工程4点复合地基载荷试验最大加载压力为480kPa，均分为8级，级差60kpa。
3.结论与展望
通过原位试验所测得单桩承载力与理论计算值对比分析可得，二者非常接近，均能满足设计的要求，说明CFG桩复合地基承载力能够满足设计要求。
CFG桩复合地基使得承载力提高幅度大，可调性强。CFG桩桩长可以从几米到二十多米，并可全长发挥桩的侧阻力。当地基土承载力较好时，荷载又不大，可将桩长设计的短一些；荷载大时，桩长可以长一些。特别是天然地基承载力较低，而设计要求的承载力较高，用散体材料难以满足设计院要求时，则 CFG桩复合地基比较容易实现。
通过合理的设计及严格的施工控制，CFG桩复合地基受力可靠，施工速度快，充分挖掘桩间土承载潜力，利用桩、土共同协调工作的特点，有效的降低工程造价，具有广阔的发展前景。（作者单位：郑州大学土木工程学院）
参考文献
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