用CFG桩复合地基处理水利工程中软土地基的应用

王 谊 陈邱云 常 俊

（1、长江勘测规划设计研究院上海分院 上海 200439；2、交通运输部东海救助局 上海 200090）

水泥粉煤灰碎石桩 （以下简称CFG桩）是近年发展的一种新桩型，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成黏结强度较高的桩体，它和桩间土、褥垫层一起形成复合地基［1］。CFG桩复合地基法吸收了振冲碎石桩法、砂桩法和水泥搅拌桩法的优点，具有以下优点：1）施工简单；2）水泥用量少，便于就地取材，能够有效利用工业废渣；3）成桩质量较水泥搅拌桩受地层影响小［5］。

我国在二十世纪80年代开始CFG桩技术的试验研究，二十世纪90年代被列为建设部全国重点推广技术［1］。近年来，CFG桩在高层建筑、工业与民用建筑和高速公路等地基处理方面得到了广泛应用，取得了良好的经济和社会效益。CFG桩复合地基处理水利工程建筑物中的软土地基应用相对较少，本文以安徽省无为经济开发区煤化工基地长安大河排涝泵站地基处理为例，介绍了CFG桩在此工程中设计方案、技术参数、检测评价等，为在软土地基上应用CFG桩处理水利工程建筑物基础提供了一个成功的案例。

1 工程概述

根据煤化工基地的规划要求，基地内的涝水经各内河汇入长安大河后，由长安大河泵站将涝水抽入裕溪河。泵站布置在堤外坡码头的上游侧 （南侧）。泵站中轴线走向NE45°，与该处的裕溪河河堤基本垂直。泵站设计排涝标准为100年一遇，设计排水量为20m3／s，设计总装机容量2840kW×4台。工程主要建设内容包括新建泵站厂房、站前节制闸、前池、压力水箱、排涝出水涵及防洪闸、变电所、管理处等。本文仅介绍CFG桩复合地基应用于泵室基础处理的情况。

2 工程地质条件

2.1 泵室地基情况

泵站所在场地地形较平坦，地貌单元属于长江河漫滩。场地内的地层分布情况如下。

①层素填土 （Q4ml）：灰黄、灰白色，松散，稍湿～湿，主要由粘性土组成，层厚约0.90～6.00m。该层在场地内分布普遍。

②层淤泥质壤土夹淤泥 （Q4al）：灰青、灰黑等色，流塑状态，含少量Fe、Mn质结核氧化物，偶夹小贝壳等杂物，层顶埋深0.00～6.00m，层厚22.10～25.80m，层顶高程2.20～5.64m。该层在场地内分布普遍。

③细砂 （Q4al）：灰色、青灰色，上部较松散，中下部为稍密状，饱和。层顶高程－18.56～－20.95m。该层在场地内分布普遍。

④层细砂 （Q4al）：青灰、灰黄色，中密～密实状，饱和。层顶高程－28.02～－29.20m。该层在场地内分布普遍。

⑤层圆砾 （Q4al）：灰黄、褐黄等色，湿，颗粒形状呈次圆，圆形。呈密实状，夹有粗砂。层顶埋深44.30～52.90m，层厚1.70～2.30m，层顶高程－41.15～－42.40。该层在场地内分布普遍。

⑥层卵石夹砾砂 （Q4al）：灰黄、灰青、黄褐色，饱和，颗粒形状多为圆形，次圆形。呈中密状，充填物为砾砂，粗砂。母岩成分主要为石英岩、闪长岩等。该层未揭穿，在场地内分布普遍。

2.2 泵室基底应力和沉降情况

下表为各工况下泵室抗滑稳定及地基应力计算结果。

表1 泵房抗滑稳定和地基应力计算结果表

根据地质报告，泵室座落在②层淤泥质壤土夹淤泥层上，该层土处于流塑态，含粉细砂，淤泥质土、朽木等，极为软弱，承载力特征值仅为50kPa。基底压应力不均匀系数容许值η在基本荷载下取1.5，在特殊荷载组合取2.00。

另一方面，经计算，完建期泵室底板的最大沉降量291.2mm，最小沉降量137.2mm。最大沉降量和沉降差均偏大，表明泵室基础地基软弱，压缩性大。

3 技术参数和设计方案

由于站址处淤泥质土层深达20m，不适合采用水泥土搅拌桩进行地基处理。根据工程实践及同类地基处理成功经验，通过对CFG桩、灌注桩、钢筋混凝土预制桩三种基础处理方案进行比较，最终采用CFG桩复合地基形式。

3.1 CFG桩布置

CFG桩采用正方形块状布置，均匀布满泵室底板。桩端持力层选用③层细砂，该层地基承载力特征值（fak）为80kPa。因此，确定桩长为20m，桩底进入粉细砂层（中的）1～2m。桩径取决于设计时所选用的施工设备：采用长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺，确定桩径为0.4m。在桩长、桩径确定后，根据天然地基承载力和设计要求的复合地基承载力求桩间距。桩间距一般要求在（3～5）d范围内。在桩径选定的情况下，桩长和桩间距是确定CFG桩复合地基承载力及估算加固区和下卧层变形量的重要参数［1］。经计算不同桩间距复合地基承载力标准值，如图1所示。从图中可知，当桩间距小于等于1.55m时，复合地基承载力均能满足设计要求，考虑造价及施工过程中的诸多不确定因素，确定桩距为1.5m，总共布置桩数637根，面积置换率5.58%。

图1 复合地基承载力和桩间距的关系

3.2 CFG桩复合地基承载力计算

泵室底板基底标高为－3.50m，坐落在②层淤泥质壤土夹淤泥层上，该层承载力特征值为50kPa。桩周土侧阻力特征值建议如下：②层为4kPa，③层为12kPa，桩端落在细砂③层，极限端阻力标准值取1500kPa。单桩竖向承载力特征值为223.57kN；复合地基承载力为134.77kPa。

由计算结果可知，处理后的复合地基承载力标准值已大于泵室基底平均应力，且复合地基承载力标准值的1.2倍（为162kPa）也超过泵室基底的最大应力（158.3kPa），满足要求。

处理后的复合地基已相当于中等坚实地基，其允许基底压应力不均匀系数在基本荷载下可达2.0，在特殊荷载下可达2.5，对照表1，可知基底压应力不均匀系数也已满足要求。

3.3 加固后泵房沉降量计算

复合地基承受上部结构传递的垂直荷载后，所产生的沉降是由桩土复合层本身的沉降和桩土复合层底面以下土的沉降量组成。经CFG桩处理后，完建期泵室底板的最大沉降量98.3mm，最小沉降量48.9mm，最大沉降量和沉降差均已满足设计要求。

4 CFG桩复合地基加固效果及其评价

CFG桩施工完毕后，由有检测资质的单位进行施工质量检测。

在本次检测中，共对3根CFG单桩和3台单桩复合地基静载荷进行了试验检测。

图2 单桩载荷试验Q－s曲线

图3 单桩载荷试验s－lgt曲线

4.1 CFG单桩静载荷试验检测

3根CFG单桩Q－s曲线和s－lgt曲线如图2～3所示。

从单桩静载荷试验数据和关系曲线分析，其结果统计如下表2。

表2 单桩静载荷试验结果统计表

3～50＃单桩承载力特征值可取240kN，4－81＃、5～110＃两根单桩承载力特征值可取300kN；场地单桩竖向抗压极限承载力统计值为580kN，场地单桩竖向抗压承载力特征值为280kN。而在CFG桩复合地基设计时，计算的CFG单桩极限承载力为223.75kN，比实测值小，说明施工质量已得到保证，计算值偏于安全。

4.2 单桩复合地基静载试验检测

3台CFG单桩复合地基静载试验p－s曲线如图4所示。

图4 单桩复合地基载荷试验p－s曲线

从p－s曲线可以看出，复合地基载荷试验曲线是渐进型的光滑曲线，不存在极限荷载，取s／b＝0.015对应的荷载作为CFG桩复合地基承载力。3根单桩处单桩复合地基承载力分别为（见表3）：3～50＃桩处194kPa，4～81＃桩处202kPa，5～110＃桩处188kPa，场地单桩复合地基承载力特征值为192.7kPa。

表3 单桩复合地基承载力静载荷试验结果统计表

4.3 结论

从检测结果看，加固后单桩及单桩复合地基承载力特征值和沉降变形均能满足设计要求。

5 结语

长安大河排涝泵站工程已经建成，经过静载试验检测，CFG桩复合地基承载力满足设计地基承载力要求，至今运行已有两年多，泵室的沉降量在设计范围内。在软土地基上施工水利工程建筑物，地基处理至关重要，必须认真调查地质情况，综合分析各种地基处理方法，通过论证，确认优化的处理方法保证其达到设计要求。CFG桩具有刚性桩的性状特征，具有明显的端承和侧阻作用，可大幅增强地基承载力，减少地基变形沉降，适用于多种土层施工。该工程利用CFG桩处理软土地基的成功实践，为今后类似工程提供了一个成功的实例。

1 闫礼明；张东纲.CFG桩复合地基技术及工程实践.2006

2 GB 50007－2001.建筑地基基础设计规范

3 袁志明.CFG桩在水利工程软基处理中的应用 .水利规划与设计.2009（6）：51－53

4 郑俊杰。张建平.CFG桩与石灰桩联合处理不均匀地基施工技术.2000（9）：31－32

5 高峰.CFG桩软土地基应用与分析［J］.山西建筑，2008，34（36）：99－100