CFG桩在实际工程中的设计与施工

2015-12-19刘静

西部探矿工程 2015年8期

关键词：特征值承载力深度

刘静

（河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南郑州 450016）

CFG桩在实际工程中的设计与施工

刘静*

（河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南郑州 450016）

根据CFG桩复合地基的承载机理和特性，实际工程中的应用，通过现场原位试验，证明了它的应用价值。

CFG桩；设计；施工

当前，随着城市建设的飞速发展，施工中地基处理手段也逐渐多样化，复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。特别是CFG桩复合地基，充分发挥了CFG桩的高承载力性能和抗变形性能，并通过褥垫层的设置充分发挥桩间土的承载力。

CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。

1 工程概况

安阳市某小区住宅楼，设计地上21层（地下2层），塔楼2层，总高度64.2m，钢筋混凝土剪力墙结构，筏板基础，基底压力380kPa。设计基底埋深-9.20m（自然地面以下7.50m)。

1.1 工程地质条件

①素填土；层底深度0.50～1.00m,层厚 0.50～1.00m；

②非自重湿陷性粉土；层底深度2.1～4.4m,层厚2.90～3.70m,承载力特征值为125kPa；

③黄土状粉质粘土；层底深度3.0～7.6m,层厚1.50～3.20m,承载力特征值为180kPa；

④黄土状粉质粘土；层底深度7.0～9.5m,层厚1.60～2.40m,承载力特征值为155kPa；

⑤粉质粘土；层底深度9.0～11.6m,层厚1.20～3.20m,承载力特征值为170kPa；

⑥粉质粘土；层底深度11.1～13.5m,层厚1.50～4.00m,承载力特征值为180kPa；

⑦粉土；层底深度15.2～15.5m,层厚0.50～0.80m,承载力特征值为190kPa；

⑧粉质粘土；层底深度15.8～16.4m,层厚0.60～1.1m,承载力特征值为180kPa；

⑨粉土；层底深度20.9～21.8m,层厚4.50～5.40m,承载力特征值为200kPa；

⑩卵石；层底深度32.2～34.1m,层厚10.7～12.0m；承载力特征值为430kPa。

1.2 水文地质条件

勘探深度内未见地下水。

1.3 地基处理方案的选择

根据上部结构的设计要求，要求地基持力层承载力特征值不小于380kPa，由于基础底面座落于层④黄土状粉质粘土层中，承载力特征值为155kPa，因此天然地基不能满足设计要求。由建设、勘察、设计及其他有关工程技术人员，一起研究探讨地基处理方案，经过对多种方案的计算对比，确定采用CFG桩复合地基较为经济可行。

2 CFG桩的设计

2.1 设计计算参数

加固范围：基础边缘外扩300mm。

桩径：d=400mm，有效桩长L=15m（桩端须进入层⑩卵石层大于0.50m），砼强度等级C20，处理面积约1100m2。

要求采用长螺旋钻成孔，泵压混凝土成桩的施工工艺。

桩施工完后剔除桩头后做300mm厚碎石（粒径5～10mm）垫层，要求夯实度小于0.90。垫层宽出基础外缘300mm。

2.2 单桩承载力特征值的确定

单桩承载力特征值按下式计算：

式中：Ra——单桩竖向承载力特征值，kN；

up——桩周长，1.256m；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值，取26kPa；Lpi——桩长范围内第i层土的厚度，m；

αp——桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定；

qp——桩端阻力特征值，430kPa；

Ap——桩的截面积，0.126m2。

经计算Ra=540kN。

2.3 桩面积置换率

式中：fspk——复合地基承载力特征值，380 kPa；λ——单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值；m——面积置换率；

β——桩间土折减系数，取0.85；

fsk——天然地基土承载力特征值，155kPa。经计算m=6.0%。

2.4 桩间距

桩按正方形布置，经计算桩距S=1.40m，总桩数为482根。

2.5 桩体材料

严格按照安阳市建设工程质量检测站依计强度等级和施工具体要求出具的配合比进行配比。具体为水泥∶砂∶碎石（10～20mm）∶水∶粉煤灰=1∶2.28∶3.16∶1.66∶0.007（质量比）。

3 施工工序

成孔—验证孔深—拌合混合料—灌注—移至下一孔。

4 复合地基检测

4.1 复合地基静载荷试验

试验有3组复合地基静载荷试验，试验的详细情况见表1、图1。

表1 复合地基静载荷试验概况表

图1 复合地基静载荷试验曲线（P—S)

从P-S压力—沉降曲线可以看出，复合地基静载荷试验曲线基本属于平缓的光滑曲线，看不出明显的拐点。相邻两级压力所对应的沉降量之比亦无一定规律，即从曲线上无法确定其极限荷载，并且曲线亦无明显的比例界线，相对变形值s/b=0.006所对应的压力均大于380kPa。综合分析3个测试点均可取最大加载压力的一半，作为该CFG桩复合地基承载力特征值。即CFG桩复合地基承载力特征值≥380kPa，满足设计要求。

4.2 基桩低应变动力检测

本工程对所有的CFG桩低应变检测CFG桩全部482根桩。所测的482根桩中，418根均属于Ⅰ类桩，占检测桩总数的86.7%，Ⅱ类桩64根，占检测桩总数的13.3%，无Ⅲ类及Ⅳ类桩，属完整或基本完整桩，均没有影响正常使用的桩。

4.3 沉降观测结果

从基础到主体施工过程中，对建筑物进行了沉降观测，沉降观测结果表明，其最大沉降为12mm，最大沉

[1]GB5007-2011建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社，2011.

[2]JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].中国建筑工业出版社，2008.

[3]张森安.第三系风化砂岩的强度与变形特征[M].大连理工大学出版社，1995.

[4]张森安.第三系风化砂岩地基的评价[J].工程勘察,1995（6）：11.降差值仅为2mm，说明地基沉降量不大，沉降差很小。