CFG桩复合地基设计窥探

时间：2024-07-28

周志新

（唐山学院，河北唐山 063000）

CFG 桩是近年才出现的一种地基处理方法，是由粉煤灰、水泥、碎石、砂加水搅拌，形成的高强度桩，复合地基是由三个重要的物质组成的，他们分别是桩、桩间土和褥垫层，这三个内容之间的关系非常密切，并且相互作用。其具体的关系就是：褥垫层在最靠近地表的位置，所以上边的路基、覆盖土的压力等，都压在它身上，导致褥垫层发生变形，下边的桩和桩间土为了支撑它，就会把受力平分。

1 CFG 桩和复合地基简述

在碎石桩里添加一定量的水泥、砂、煤粉灰、添加剂等，加入水搅拌以后，用机械制成一种高强度和粘度的桩体，就是CFG 桩。CFG 桩的添加料可以是工业废料，所以在造价上可以节省很多成本，而且CFG 桩的施工速度非常快，在各种建筑项目的基底处理中，被广泛的运用。CFG 的复合地基由点褥垫层、CFG 桩和桩间土构成，下面是该复合地基的示意图：

通过图示我们可以发现，褥垫层在接收到上层传来的压力产生变形之后，把这些荷载按照一定的比例分摊给CFG 桩和桩间土；桩间土接受到来自褥垫层和CFG 桩的挤压力，而提高了自身的密度和承载力；而桩体受到桩间土的侧应力，所以受力性能得到改善[1]。

1.1 CFG 桩的加固机理

1.1.1 桩体置换作用

在进行CFG 桩制作的过程中，我们需要添加水、水泥、粉煤灰等物质，这些物质在进行反应之后，可以生成稳定的结晶化合物，从而使碎石的空隙被填满，让填入的材料紧密的粘结在一起，使桩体的强度得到了增加。

1.1.2 对桩间土的挤密作用

CFG 桩在对塑性较低的黏性土地基进行处理时，采用排土和挤密工艺，提高了桩间土的强度，并且通过侧应力提高了CFG 桩的承载力，复合地基的承载力也随之得到了提高。

1.2 CFG 桩的特点及适用范围

CFG 桩在进行配比上，采用了是写、碎石、粉煤灰等，可以优化桩体的级配，提高桩体强度，并且它经济性强，施工技术简单、操作效率高、环保无污染。由于CFG 桩能够大幅度提高地基承载力，复合地基变形小，所以在很多情况下都能用，从基础形式上来看，一般的基础形都适用。而从地基处理的土性上来说，又适用于处理砂土、淤泥质土、饱和及非饱和粘性土等地基。

2 CFG 桩复合地基设计过程

在进行CFG 桩复合地基的设计的过程中，主要包括以下三个内容：

2.1 褥垫层的设置

褥垫层是CFG 桩复合地基的重要部分,设置好褥垫层的厚度，能够保证桩和桩间土共同承担荷载，使得整个复合地基承载能力得到提升。褥垫层厚度的改变，可以影响压力的承受情况，这就好比我们小时候做过的一个实验，在鸡蛋上盖上东西，然后用手去砸，盖的越厚鸡蛋越不容易碎。而对于CFG 桩来说，褥垫层设计的越厚，它受到的荷载就越小。因此，在计算和确定褥垫层的厚度值的时候，我们首先要进行反复的测量和分析，根据施工现场的地质条件，结合施工项目的具体要求，得出最合理的褥垫层设计方案。在和建筑地基相关的技术规定中，对于处理规范有明确的要求，对于褥垫层的厚度标准确定在150 到300 左右，当桩距比较大的时候，我们选择的褥垫层厚度也应该随之升高，以减少CFG 桩的受力。铺设褥垫层的材料应该粗砂、中砂、碎石或等级配砂石，且最大粒径不宜大于30毫米。

2.2 CFG 桩复合地基承载力设计

CFG 桩复合地基的承载力，是由桩间土和CFG 桩共同承担荷载的，而桩和桩间土的承载力都与变形有关。根据《建筑地基处理技术规范》，复合地基的设计公式为：

在这个公式中，fspk复合地基承载力特征值（kPa）；m 为桩土面积置换率，m=d2/d02；Ra单桩竖向承载力特征值（kN）；Ap桩的截面积（m2）；β桩间土承载力折减系数；fsk处理后桩间土承载力特征值（kPa）[2]。

Up是桩周（m）；n 桩长范围内的土层数；qsi第i 层土的侧阻力，qp桩端阻力特征值（kPa）；li第i 层土的厚度（m）。

2.3 CFG 桩复合地基的沉降计算

在进行复合地基的沉降计算的时候，我们一般还是采用经验公式进行计算，即沉降总量s 的计算公式为：

s1加固范围的压缩变形量；s2是下卧层变形量；n1是加固区分层；n 是总分层；Esi是i层土的压缩模量（MPa）;□P0i是第i层土上荷载P0产生的平均附加应力（KPa）；hi第i 层土的分层厚度；ξ模量提高系数，ξ=a[1+m（n-1）]，其中的m 是面积置换率，n 是桩土应力比；ψ是沉降计算经验修正系数。

CFG 桩复合地基的变形计算公式为：

s 为地基最终沉降量；Sc 为按分层总和法计算的地基沉降量；ψs 是沉降计算经验系数；n 为地基计算深度范围内划分的土层数；P0 为基础底面处的附加压力值；zi、zi-1 为基础底面至层土底的距离；αi、αi-1 为基础底面计算点到1 层土底面平均附加应力系数；Esi 为第i 层土的压缩模量；fak 为基础底面下天然地基承载力特征值；复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍。