某工程CFG桩复合地基与工程设计

南充某工程CFG桩复合地基与工程设计摘要：针对南充某工程实际应用，结合CFG桩复合地基原理，按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》对其质量进行检测。分析其CFG桩复合地基的承载力和变形值，得出场地地质变化所带来的工程问题，并解决该类问题。关键字：复合地基CFG桩承载力变形质量控制南充1、引言CFG桩(CementFly2ashGravelpile)复合地基1985年由中国建筑科学研究院地基研究所开发，1994年被建设部列为全国重点推广项目，并在全国二十多个省、市区进行推广应用。特别是近年来，复合地基理论的研究和现状发展很快，一批新的桩型、施工设备和施工工艺应运而生，一些设计思想也给人耳目一新的感觉。CFG桩复合地基做为一门新的技术，正在被国家广泛推广使用，2005年3月7日，中华人民共和国建设部进一步把CFG桩复合地基作为94年以来建筑业10项新技术之一并签令进一步推广。2008年编制完成的四川省地方标准《地基与基础工程施工工艺规程》中对四川地区CFG桩的成桩工艺进行了归纳。列入本规程的成桩工艺有:振动沉管灌注成桩工艺、长螺旋钻孔灌注成桩工艺、短螺旋钻孔灌注成桩工艺、简易成孔机成桩工艺等。其中短螺旋钻孔灌注成桩工艺、简易成孔机成桩工艺颇具四川特色，在不少工程中已成功地被应用。2、CFG桩复合地基原理原理CFG桩是是水泥粉煤灰碎石桩的简称[1]。它采用一定的成孔机械或设备形成桩孔，然后将水泥、粉煤灰及碎石拌成的混合料投入孔内，构成密实的桩体而成的。CFG桩适用于适用于处理黏性土、粉土、砂土、已自重固结的素填土和粒径较小的卵石层地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层三部分构成（图1），其加固机理可以简单的说是建筑物荷载产生的基底压力通过褥垫层适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使两者共同受力，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，两者共同工作，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。3、复合地基设计计算《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)对复合地基承载力给出了确定原则，即复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)同样强调复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时可按式（1）估算：fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk（1）式中:fspk——为复合地基承载力特征值(kPa)；m—面积置换率；Ra—单桩竖向承载力特征值(kN)；Ap—桩的截面积(m2)；β—为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，天然地基承载力较高时取大值，fsk——为处理后桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。单桩竖向承载力特征值Ra的取值,应符合下列规定:(1)当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2；(2)当无单桩载荷试验资料时，则（2）按中的公式估算：nippisipaAqlquR1（2）式中：up——桩的周长；n—桩长范围内所划分的土层数；qsi、qp—桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值（kPa），可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007）有关规定确定；li—第i层土的厚度（m）；桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求：fcu≥3Ra/Ap（3）式中：fcu—桩体混合料试块(边长150mm立方体)标准养28d立方体抗压强度平均值(kPa)4、工程实例应用4.1工程地质概况南充市某工程场地自上而下土层分布如下：耕土或填土厚约0.5~1.0m；粉质粘土厚约2.0~4.0m；部分地段分布；粉土厚约1.0~4.0m，顶面埋深约0~2m，部分地段分布；中砂厚约0.5~2.0m，顶面埋深约3.0~4.0m；稍密卵石层厚度较大，顶面埋深为3.5-6.0m。4.2地基处理方案的选择地基基础方案采用CFG桩符合地基，桩径取0.35m，桩距取1.1m，按正方形布置，以取稍密卵石层为持力层，预计桩长5m，初步设计符合地基承载力450kPa。由于地质条件的差异，桩长在一些地段变短，根据地基施工记录，最短为1.5~2.5m。4.3CFG桩设计计算4.3.1承载力设计计算(1)设计桩径φ=350mm，桩端进入稍密卵石层≥500mm。(2)fsk区地基处理后的承载力特征值取120kPa，桩间土承载力折减系数取0.892(3)根据地勘报告，桩端端阻力特征值可取3500kPa，稍密卵石层侧阻力特征值取30kPa，填土或耕土侧阻力特征值取5~8kPa，粘性土侧阻力特征值可取12~15kPa，桩径取350mm，桩距取1.1m，桩间土承载力特征值fsk=120kpa，不满足设计要求，与载荷承载实验结果差异很大。究其原因：成孔后先填上卵石，用重锤夯实，形成夯扩载体，使得桩端的直径大大增加，根据现场施工情况，桩端直径可以取D=0.5m；每次填料，用重锤夯击5~10次，使得桩径大于孔径，根据实际施工情况，桩身直径可以取d=0.4m；另外，根据场地《岩土工程勘察报告》粉土标贯入击数标准值Nk=5击，取fsk=145kpa。该复合地基的承载力特征值通过公式初步计算和根据场地复合地基载荷实验资料综合确定。根据工程施工实际情况，综上修正参数，各项计算如下：①单桩承载力特征值Ra=[3.14*0.4*(30*0.5+5.2*0.6+12*0.4)+0.892*(3.14*0.252)*3500]/2=[28.7852+0.175055*3500]/2=641.4777/2=320.74②桩的面积置换率m的确定m=22/edd式中：m——桩的面积置换率d——桩的平均直径（m）de——根桩分担的处理地基面积的等效圆直径对于该工程实例选择的是正方形布桩，则de=1.13sS——为桩间距m=0.42/(1.13*1.1)2=0.1036③复合地基承载力skpaskpfmARmf)1(skpf=0.1036*320.74/(3.14*0.22)+0.892*（1-0.1036）*145=347.299+116.98=464.28kPa450kPa满足设计要求。④CFG桩承载机理以上内容，是选取最短的桩来计算的，其复合地基承载力特征值满足其设计要求，那么其他地段的桩更长，其复合地基承载力特征值就更加能满足其设计要求。在桩长较短时，复合地基承受的荷载接近承载力特征值，桩端承载力接近充分发挥，荷载向桩间土转移，荷载由桩土共同承担荷载，其承载机理没有改变。4.3.2变形设计计算《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)规定加固区（复合地基）变形计算时把天然土层的压缩模量乘以系数。其值可以按下式确定[4]：akpksff/式中：fak——基础底面下天然地基承载力特征值（kPa）变形计算经验系数s根据当地的沉降观测资料及经验确定，如没有沉降观测资料，可以采用下表数值：变形计算经验系数表E(MPa)2.5471520s1.110.70.40.2根据计算，该地基变形特征满足建筑物正常使用要求。4.4CFG桩质量控制4.4.1加强地质核查地质核查是地基处理工程中最重要的一项工作，通常设计勘探点的深度及间距也难以满足施工需要，必须根据现场实际情况，按设计提供的地质分层柱状图，分层提钻，留取土样鉴别核对，然后立即灌注成桩。重点核对持力层及下软弱土层埋藏深度、厚度、性状及地下水位、水的腐蚀性。另外，根据现场提供的土样进行室内试验，测定相关的物理力学指标。4.4.2设计交底核实开工前要认真核实设计文件,坚持设计交底制度。（1)明确设计目的，是解决地基承载力问题、变形问题，还是液化问题。（2)明确设计桩型、结构参数加固机理及力的传递特征。（3)明确施工设备、工艺要求及检测标准。（4)核对场地周围环境，特别是防排水措施及环保事宜。4.4.3基施工质量的过程控制（1）桩长L的控制《验标》第4.14.10条，施工前测量钻杆长度，施工中检查是否达到设计深度标志。我们在施工中主要是通过量钻杆长度，并在塔身用油漆。两面标志，半米一短横，整米一长横。用眼观察桩长误差不超过15cm。计算出空孔长度，用实际钻孔深度减去空孔长度即为有效桩长。（2）桩径D的控制CFG桩施工时的拔管速率在影响桩身质量方面，是一个重要的控制要素，拔管过快将可能产生缩颈断桩或桩径偏小而达不到设计要求；拔管过慢又会造成水泥浆分布不均，桩顶浮浆过多或形成混合料离析现象，导致桩身强度不足。按照以往的施工经验我们采取长螺旋钻一般为2.0m/min~2.5m/min，但同时还要与混凝土泵送量相匹配。（3）桩间距S的控制一般S为3倍~5倍的桩径，具体间距因工点而异，施工必须严格按照放线、定点、标位、清土、对位的顺序施工，确保桩间距S满足设计要求。4.4.4桩体强度控制（1)及时调整施工配合比。工地施工配合比必须按照当天的天气情况及原材料的含水量及时进行调整。（2)坍落度是CFG桩质量控制中一个重要的组成部分，是一个关键控制要素。《验标》中第4.14.6条坍落度的控制，一般情况混合料用罐车运输到现场检查坍落度都在17cm~18.5cm之间。（3)加强现场监测，控制成桩质量。5结论场地工程地质条件变化，CFG桩复合地基是否满足工程要求，要从承载力和变形两个方面分析；在计算中参数的设置要根据实际情况合理选定，最大限量的缩小误差。这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩、砂桩和水泥搅拌桩的优点。可见利用该桩型进地基加固具有较大的社会经济效益和广阔的市场前景。参考文献：[1]叶书麟.地基处理工程实例应用手册（第一版）.北京.中国建筑工业出版社,1998年.[2]JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S][3]GB5007-2002建筑地基处理技术规范[S][4]常士骠,张苏民.工程地质手册（第四版）.北京.中国建筑工业出版社,2007年。