CFG桩在软土地基加固中的应用

刘鼎坤

（山西省第二建筑设计院 山西长治 046000）

1 工程概况

某建筑工程位于山西省长治市境内，地质情况较为复杂，通过对地质情况进行分析，软土较多，需要对地基进行加固处理。对加固方案进行综合比较后，决定在该建筑范围内某部分地区采用CFG桩进行加固处理，持力层作用在黏土层之上，地基承载力为300kPa，要求CFG桩地基承载力不能低于500kPa。

2 CFG桩加固机理

CFG桩是由石屑、粉煤灰、水泥、碎石和水均匀搅拌后形成的具有高粘度和高结强度的桩间，形成具有桩间士和褥垫层的复合形成的地基。CFG桩复合地基，是经过褥垫层与地基的相互连接，在桩端构建坚硬土层，以保证CFG桩间土始终能够参与工作。因为桩体的强度和模量度大桩间土，所以在荷载的作用下，桩顶的应力就一定会大于桩间土表面的应力。与此同时，桩所受到的承载力，通过土层传递给深土层，以此降低桩间土所承受的荷载。通过这样的原理，桩的承载力和复合地基的基承载力获得提高，而相应的CFG桩体积获得缩小，另外加上CFG桩不需要配筋，并且桩体可以通过工业废料或粉煤灰作为混合料，所以在很大程度上缩减了工程成本。

CFG桩具有很高的粘结强度，在上部荷载的作用下，为充分满足下桩身压缩性小于周围土体的特性，在案例工程施工建设中，采用了C15～C25混凝土强度。从CFG桩的结构特性而言，其属于刚性桩，可促使桩和桩土形成一个有机整体，从而进一步提升地基的承载力。

3 CFG桩在软土地理加固处理中的应用

3.1 CFG桩地基设计

3.1.1 桩型和桩径的选择

就案例工程而言，CFG桩设计和桩基础工程施工设计中，采用了长螺旋钻管中内压桩基础工程，实现对地基加固处理。根据地质勘探结果和该建筑工程对荷载的要求，选择了桩径为450mmCFG桩进行施工，混凝土强度等级为C25。

3.1.2 CFG桩承载力标准值和相关参数的选择

CFG桩地基承载力标准值主要通过现场复合地基荷载试验来得到，主要计算公式为：

fspk=λ.m·Ra/AP+β（1-m）fsk

此公式中fspk表示该建筑工程地基加固以后，CFG桩复合地基的承载力特征值，单位为kPa；λ表示CFG桩单桩的承载力发挥系数，在计算过程中，其取值一般为1.0；m表示CFG桩面积置换率；β表示CFG桩间土承载力的折减系数，取值范围在0.75～0.95之间。Ra表示单根CFG桩的竖向承载力特征值，单位kN；Ap表示CFG桩的截面积，单位为m2；fsk表示原地基加固处理以后，桩间土的承载力特征值，但为kPa。

根据案例工程地质勘探的结果，要求经过CFG桩加固处理后地基承载力特征值不能低于500kPa，单桩竖向承载力的特征值不能低于1000kN，面积置换率为4.89%，因此，为满足上述要求，CFG桩长为18m。

3.1.3 桩间距和桩数的确定

由于该工程CFG桩施工中，面积置换率为4.89%，桩长为18m，因此，采用了正方形布置CFG桩的方法，间距为1800mm，在基础基底中分别布置2排CFG桩，总共布置642根CFG桩。

3.1.4 充填料配合比

在填充料配比中，通过多次试验最终确定了该工程CFG桩中的填充料的配合比：每立方米CFG桩充填料，需要水180kg、水泥324kg、中砂780kg、碎石1020kg、减水剂4.25kg、粉煤灰50kg，采用此种配比，填充料的坍落度在150～180mm之间，可有效实际要求。

3.1.5 褥垫层

为最大限度上提升CFG桩施工质量，确保地基基础的承载力能满足实际需求，褥垫层的厚度为200mm，超出边缘基础150～200mm，选择粒径为5～14mm的破碎碎石作为褥垫层铺设的主要材料，并进行全方位夯实处理。

3.2 CFG桩在软土地基加固设计过程中需要注意的事项

（1）在CFG桩设计时，其宽度的参考系数取值±0，深度的参考系数取+1至0。采用这种取值方式，能够避免在计算地基的各项数值时，进行反复的参考对比修正。

（2）在CFG桩设计时，需要在计算荷载力的时候，充分考虑CFG桩在理论中的设计参数与实际的CFG桩数据存在的误差，防止在计算过程中出现数值不准确的现象发生。

（3）在CFG桩设计时，地基内的土层结构条件、结构刚度强度，都是需要在设计梁板式筏基梁情况下，所需要进行考虑的因素。

（4）在CFG桩设计时，出现地基出现非线性状况，如果在这样的情况下继续采用CFG桩复合地基的原设计，那么在实际的施工过程中，就会因为地基的实际压力大于理论的地基压力，而导致CFG桩复合地基出现安全隐患。

（5）在CFG桩设计时，桩距和褥垫层不能过小或过厚，因为在桩距过小的情况下，非常容易出现窜孔状况。另外，褥垫层只有在一定的厚度范围内，才能够发挥其承载力的优化作用。而在过厚的情况下，不仅影响褥垫层发挥作用，而且还造成原材料的浪费。还有一点就是，褥垫层不需要在斜坡处设计。在斜坡处设计褥垫层是不合理以及错误的考虑。

（6）在CFG桩设计时，因为在理论设计阶段对CFG桩复合地基的所有计算数值皆为极限数值，这样的设计数值可以衡量施工原料的使用基数和施工成本。不过，在对CFG桩复合地基的实际施工作业中，如果完全按照设计数值来使用建筑材料，那么建筑的承载力就会出现偏低现象，造成安全隐患。

（7）在CFG桩设计中的布桩设计，需要根据施工环境的具体地质条件，进行因地制宜的布桩设计。具体分析是，需要注意桩间与桩侧产生的相互作用力。在对建筑外强开始布桩时，需要考虑独立基础、箱型基础边缘的最小间距。在不均匀的荷载情况下，布桩设计需要计算变桩桩距和变桩桩长。变桩长度的出现，主要是因为布桩设计时，桩的基础深度不足造成。这种情况下是在考虑主楼设计的同时，也要考虑裙楼对基底的影响因素。

3.3 CFG复合地基检测

3.3.1 CFG桩身完整性检测

根据CFG桩施工相关的检测规范和标准，对CFG桩进行完整性检测，就案例工程后，抽检了75根CFG桩，进行低应变反射波法检测，检测结果显示，75根CFG桩全部为Ⅰ类桩，质量、强度、硬度、规格、尺寸等都满足实际要求。

3.3.2 地基承载力检测

通过桩基检测技术和规范的要求，当地基基础施工完成以后，同时进行复合地基承载力检测，选择5个CFG桩单桩进行全面检测，检测结果显示，所有复合地基的承载力特征值都在580kPa以上，有效满足了实际需要。

3.4 CFG桩质量控制措施

3.4.1 根据环境和地质实际情况，选择合理的成桩工艺

CFG桩在应用过程中，成桩施工工艺是重中之重，任何一个细微的环节控制不当，都会引发严重的质量通病。不同地质结构和不同的环境条件，所适用的成桩施工工艺也不尽相同。因此，要想确保成桩施工工艺选择的合理性，就必须确保地质勘探结果的准确性。

3.4.2 严格控制褥垫层质量

褥垫层的主要作用是保护CFG桩，并和CFG桩一起承担在上部荷载，从而提升桩间土的承载力，以便更好的满足施工要求。在褥垫层施工时，要尽量采用中砂、粗砂、级配砂等质地相对坚硬的材料，严禁采用卵石，并且最大粒径不能超过3cm，褥垫层的厚度应当为桩径的40～60%，虚铺完成后，再进行静力压实处理，以便最大限度保证褥垫层铺设的均匀性。

3.4.3 严格控制提钻时间和拔管速率

大量CFG桩施工实例表明，如果拔管速率过慢，则容易造成水泥浆液分布不均匀，而拔管速率过快，则会引发桩径过小或者缩颈断桩的现象发生。通常情况下，拔管速率控制在1.2～1.5m/min即可满足实际需求。在进行长螺旋钻灌桩成孔操作时，要确保混合料泵送和拔管速率的一致性，严格杜绝泵送混合料前就进行提拔钻杆。

4 结束语

综上所述，水泥粉煤灰碎石桩（CFG）在软土地理中加固中的应用，虽然具有造价低、承载力高等特点，但是对施工质量的要求很高，要求地质调查做到准确无误，要做好相应的检测工作和质量控制措施，才能有效达到预期的要求。经检测，本工程完工后质量完全达到了预期的要求，有效的提高了软土地基的稳定性，值得进一步推广和应用。