CFG桩复合地基在兰州新区适用性的浅析

2022-04-07张全成

四川水泥 2022年3期

张全成

（甘肃省建设投资（控股）集团有限公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

复合地基主要是指处理地基的时候，将局部的土体置换，或在原有基础上通过加筋材料来实现。加固区包括基体与增强体，其中基体指的是天然或被改良的天然地基土体。在地基承受外载荷时，地基与加强层共同受力。

CFG桩是英文Cement Fly-ash Gravel的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩。该碎石桩主要由石屑、砂、碎石、粉煤灰这几种材料，加入水泥后加水拌和，然后采用成桩机加工，得到强度较高的可变强度桩。水泥粉煤灰碎石桩与褥垫层及桩间土共同形成复合地基。

1 CFG桩复合地基的构成及原理

CFG桩复合地基的构成及其作用原理现有研究已经比较成熟，在此只作简单介绍。CFG桩加固软土地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成复合地基，如图1所示。其加固软土地基主要有四种作用：桩体直接承担基础应力作用，褥垫层分散基础集中应力作用，CFG桩对桩间土加速固结和挤密。

图1 CFG桩复合地基构造示意图

2 兰州新区的地质概况

在地区构造上，秦王川盆地属于永登-河口洼陷中的次级构造，属于中隐伏的基底凸起带。盆地以冲积平原为主，存在由南、北向平缓的隆岗残丘群。平原上沉积了10m～57m厚的第四系冲洪积砂、碎石层，并覆盖了一薄层粉土，盆地的底部是由新世泥岩和砂砾岩构成，厚度在400m～500m，部分地区为白垩纪杂色泥岩。

兰州新区2014年开工建设了某大型项目，该项目拟建场地范围内地层结构较复杂，呈现为典型洪积堆积成因，沉积韵律交错混杂，水平及垂直方向规律性较差，层续连续性较差。依据岩性、颗粒组成、成因、综合原位测试等指标，将勘察勘探深度范围内地基土划分为素填土，角砾、黄土状粉土，细砂、角砾、粉质黏土，角砾及新近系泥岩等5个主要地层。根据场地黄土状粉土的分布情况，场地湿陷性一般以Ⅰ级轻微和Ⅱ级中等（非自重）为主，局部为Ⅱ级自重。本项目采用CFG桩复合地基处理，部分工程采用传统的混凝土灌注桩。由于该湿陷性黄土场地桩基负摩阻力较大，混凝土灌注桩的桩长普遍大于32m。根据《建筑桩基规范》推荐的计算中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值的经验公式是：

当填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层产生固结和地下水位降低时：

当地面分布有大面积荷载时：

3 试验检测分析

在软土地基中，由于地基土自身承载力较弱且存在一定的负摩阻力，因此采用传统的混凝土灌注桩成本普遍较高，且承载力效果不佳。按委托方以及设计要求，根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2011）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）以及《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）的有关条文规定，该项目不同工程分别进行了单桩竖向抗压静载荷试验、CFG桩复合地基载荷试验、桩基动测试验（低应变法）。

该项目X号仓储厂房采用了传统的混凝土灌注桩基础，试验检测内容如下（见图2～图5）：X号仓储厂房共有608根桩，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ1062014）的有关条文规定，单桩竖向抗压静载荷试验数量为7根桩、基桩低应变检测全检，数量为608根桩。低应变检测中：I类桩548根，II类桩58根，III类桩2根。

图2 I类桩低应变检测波形图

图3 II类桩低应变检测波形图

图4 III类桩低应变检测波形图

图5 单桩竖向抗压承载力Q-s曲线

结合基桩检测结果分析，X号仓储厂房桩基础质量一般，低应变检测中发现2根III类桩（有明显的缺陷反射波，桩身承载力受到一定影响）；单桩竖向抗压静载荷试验中发现，7组静载试验桩承载力特征值虽然都能达到设计要求，单桩竖向抗压承载力特征值Ra=3200kN，但其沉降量偏大，总体质量一般。

Y号配套公寓楼采用CFG桩复合地基，该工程共有238根桩，根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2011）以及《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的有关条文规定，CFG桩复合地基载荷试验，数量为3组；基桩低应变检测抽检10%，数量为24根桩；单桩竖向抗压静载荷试验，数量为3根。低应变检测中：I类桩24根，无II类桩、III类桩。

图6 I类桩低应变检测波形图

图7 CFG桩复合地基载荷试验P-s曲线

图8 单桩竖向抗压承载力Q-s曲线

结合CFG桩复合地基检测结果分析，Y号配套公寓楼CFG桩复合地基经试验检测质量较好，低应变检测抽检中全部为I类桩；CFG桩复合地基载荷试验中发现，3组静载试验桩承载力特征值都能达到设计要求，CFG桩复合地基承载力特征值为fak=220kPa，且沉降量不大；3组静载试验桩承载力特征值都能达到设计要求，单桩竖向抗压承载力特征值Ra=2400kN，沉降量不大，CFG桩复合地基总体质量较好。

4 混凝土灌注桩基础和CFG桩复合地基对比分析

该项目中同时采用了传统的混凝土灌注桩基础和CFG桩复合地基，经试验检测发现：采用CFG桩复合地基工程的地基质量明显高于采用传统混凝土灌注桩基础的质量。CFG桩作为一种新型的复合地基，可以充分利用其优势，大大提高承载能力，减少基础变形发生几率，有效地控制地基变形。由于CFG桩中加入一定数量的粉煤灰，不需要加筋，并能充分利用桩间土体的承载力，从而达到与普通混凝土桩相似的效果。整体优势表现为承载力高、变形小、稳定、容易快速施工、造价成本低。此外，加设15cm厚的褥垫层后，CFG桩复合地基的受力与变形更加合理，使CFG桩与挤密后的桩间土承载力都得到良好发挥，对提高CFG桩复合地基的承载力与有效控制变形都非常有利。总之，CFG桩复合地基有着重要的应用价值、经济价值和社会效益。