CFG桩在埋藏古沟槽沉积地层处理中的应用

曹江涛

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，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，又因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，故而在地基处理工程中得到广泛的应用。

1 工程概况

某住宅楼工程，设计高度42.0 m，地上14层，地下1层，楼长49.76 m，宽16.96 m，采用异形柱结构、筏板基础，基础埋深为自然地坪下3.40 m。根据上部结构设计要求，基础底面地基承载力特征值需达280 kPa，地基沉降量小于80 mm，而该工程岩土工程勘察结果显示:基础持力层——第②层新近代沉积粉质黏土和第⑤层粉土，其承载力特征值分别为120 kPa，150 kPa，均不能满足设计要求，且天然地基沉降变形较大，亦不能满足设计对变形的要求，需进行地基加固处理。

2 地质情况

拟建场地的地貌类型为山前冲洪积平原，场地平整，在场地内埋藏着一条古沟槽，其范围约占整个拟建场地的2/3，其内沉积第②层～第④层，为新近代地层，古沟槽南北向延伸，切割(或冲蚀)第四系全新统冲洪积地层——⑤层粉土、⑥层粉质黏土及部分⑦层粉质黏土。本场地的稳定水位埋深为15.40 m～15.70 m，属潜水。

本场地地质条件较为复杂，因埋藏古沟槽内土层沉积时间短、物理力学性质差、土层的厚度、范围及层底起伏变化等情况，导致整个地层不稳定、工程性能差。

场地开挖后，第①层杂填土被全部挖除，基坑底部揭露土层为:第②层新近代沉积粉质黏土(Q1al+pl4)，层厚为0.60 m～2.40 m，承载力特征值 fak=120 kPa;第⑤层粉土(Qal+pl4)，层厚为 1.00 m～2.10 m，承载力特征值fak=150 kPa。由此可见，该场地地基持力层承载力大小不一，厚度变化较大，为不均匀地基，且③层、⑤层土的承载力特征值均不能满足上部结构的设计要求，需进行地基处理。

3 CFG桩复合地基设计方案

根据场地工程地质及水文地质条件，以及设计对地基承载力和变形的要求，通过对多种处理方案的分析、比较，决定对该埋藏古沟槽采用CFG桩复合地基进行加固处理。

由于本工程整个基础坐落在埋藏古沟槽与正常沉积两种不同的地层上，故以埋藏古沟槽与正常沉积地层的分界线划分出两种不同的地质单元，分别进行设计计算。

3.1 单桩竖向承载力Rk和面积置换率m的计算

依据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范及JGJ 94-94建筑桩基技术规范中公式:

CFG桩单桩竖向承载力特征值按下式计算:

其中，Rk为单桩竖向承载力特征值，kN;Up为桩的周长，m;qsik为桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa;Li为第i层土的厚度，m;qpk为桩端端阻力特征值，kPa;Ap为桩截面面积，m2。

面积置换率按下式计算:

其中，β为桩间土强度发挥系数;fspk为复合地基承载力特征值，kPa;m为面积置换率;fak为桩间土天然地基承载力特征值，kPa。

1)以埋藏古沟槽沉积地层中最不利的断面进行计算:设计参数为桩径 400 mm，设计桩长8.50 m(保护桩长为 0.50 m)，有效桩长为8.00 m，桩端落在第⑨层中砂层。求得 Rk=317 kN，考虑桩以侧摩阻力为主，取Rk=310 kN/根。

埋藏古沟槽沉积地层桩间土的强度发挥系数取值为0.75。经计算:当 m≥8.0%时，复合地基承载力特征值 fspk≥280 kPa。

按正方形布桩，依据面积置换率 m计算可得:桩间距 d=1.25 m。

2)以正常沉积地层中最不利的断面进行计算:设计参数为桩径400 mm，设计桩长8.00 m(保护桩长为0.50 m)，有效桩长为7.50 m，桩端落在第⑨层中砂层。

求得 Rk=328 kN，考虑桩以侧摩阻力为主，取 Rk=320 kN/根。

正常沉积地层桩间土的强度发挥系数取值为0.90。

经计算:当 m≥6.0%时，复合地基承载力特征值 fspk≥280 kPa。

按正方形布桩，依据面积置换率 m计算可得:桩间距 d=1.45 m。

3.2 建筑物沉降计算

采用复合模量法计算复合地基变形，复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍。

最终总沉降量:

其中，p0为对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力，kPa;Esi为基础底面下第i层土的压缩模量，MPa;zi，zi-1分别为基础底面至第 i层土、第 i-1层土底面的距离，m;αi，αi-1分别为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;ζ为加固区土的压缩模量提高系数，ζ=fspk/fka;Ψ为沉降计算修正系数，根据地区沉降观测资料及经验确定。

根据上式进行计算，正常沉积地层地基沉降量为28.54 mm＜80 mm，古沟槽沉积地层地基沉降量为39.36 mm＜80 mm，均满足设计要求，通过以上计算分析，拟建住宅楼经CFG复合地基加固处理后最终沉降量及变形满足设计要求。

3.3 布桩

本工程采用筏板基础，可按满堂红形式布桩。具体布置如下:

1)埋藏古沟槽沉积地层内:设计桩径400 mm，设计桩长8.50 m，有效桩长为8.00 m，桩间距为1.25 m。2)正常沉积地层内:设计桩长为8.00 m，有效桩长为7.50 m，桩间距为1.45 m。3)由于拟建建筑物基础坐落在埋藏古沟槽与正常沉积两种不同的地层上，为使CFG桩在两种不同的地层上平缓过渡，故在与古沟槽相邻的正常沉积内地层布置第一排桩，纵向间距为1.25 m，横向间距为1.45 m，设计桩长8.50 m;第二排桩，纵向间距为1.25 m，横向间距为1.45 m，设计桩长7.50 m;从第三排桩开始，按正常沉积地层内桩间距布置。4)本工程共布置CFG桩605根，埋藏古沟槽与正常沉积地层的实际面积置换率分别为8.2%，6.2%，经计算，CFG桩的桩体强度为C15。

4 完成工作量及质量检测

4.1 工作量

本工程采用长螺旋钻机钻孔，管内泵压混凝土的施工工艺。实际完成CFG桩605根，其中，设计桩长为8.50 m的443根，设计桩长为8.00 m的162根，总延米数为5 061.5 m，混凝土636 m3。

4.2 质量检测

1)按规范要求，随机抽取总桩数20%的桩进行低应变动力试验，检测结果表明桩体完整，均为Ⅰ，Ⅱ类桩，施工质量合格。2)根据相关规范要求，按总桩数的0.5%～1%进行复合地基静载荷试验，随机抽取6根桩进行试验，复合地基承载力及变形均满足设计要求，地基土变形基本均匀。静载荷试验结果见表1。

表1 静载荷试验结果表

5 结语

1)对埋藏古沟槽沉积地层采用CFG桩进行加固处理，以安全、经济、满足设计要求为指导方针。在古沟槽沉积地层和正常沉积地层内各自采用了不同的面积置换率、桩长、桩间距，取得了理想的加固效果，在提高地基承载力、减小地基变形的同时，也消除了地基土不均匀性的隐患。2)地基处理完毕后，建议上部结构施工时应在正常沉积地层与古沟槽沉积地层分界处设立沉降缝。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[2] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[3] 吴志刚，刘景生.CFG桩地基处理及最优化设计[J].山西建筑，2008，34(1):124-125.