摘要：CFG桩复合地基处理方案经设计及相关承载力验算, 满足该建筑物上部荷载要求，通过本复合地基处理方案, 说明了CFG桩地基处理方法具有具有可靠的技术性和经济性。
关键词：CFG桩；地基处理；设计
1.工程概况
工程场地位于西安市碑林区，雁塔北路与友谊东路交叉口东南侧，包括高层主体及裙楼，主楼建筑面积为
。高层主体地下3层，地上25层；裙楼地下3层，地上8层。框架结构。
2.工程地质概况
场地土类别为Ⅱ类,地下水位深度 7.5 ～ 10.3m, 地下水对混凝土及钢筋具有微腐蚀性,不存在地震液化问题。地基土各层承载力特征值见表1。
表1 地基土承载力特征值一览表
3.CFG桩地基处理方案设计
根据本工程原始资料及建筑物上部荷载, 设计要求该工程基底荷载标准值为550kPa，由于地基土第5层 (即⑤号土层)承载力特征值为140kPa，经深宽修正后不能满足上部结构承载力的要求。为满足强度和变形要求，从建筑物的稳定性、地基土的强度、控制不均匀沉降及工程造价等多方面综合考虑,探讨使用CFG桩地基处理技术进行处理。
3.1.1 CFG桩加固原理
CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基，此处的褥垫层不是基础施工时通常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。由于CFG桩属于高粘结强度桩，褥垫层是桩和桩间土形成复合地基的必要条件，亦即褥垫层是CFG桩复合地基不可缺少的一部分。
其加固软弱地基主要有三种作用：
（1）桩体作用
CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。在载荷作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。
（2）挤密作用
CFG桩采用振动沉管法施工，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密，当CFG桩作用于挤密效果差的土层时，相当于置换相应部分的软土，主要为桩体作用，南京造纸厂地基采用CFG桩加固，经加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小；重度，压缩模量均有所增加，说明经加固后桩间土已挤密。
（3）褥垫层作用
由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下几种作用：
（1）保证桩、土共同承担荷载，若基础下面不设褥垫层，基础直接与桩和桩间土接触，在垂直荷载作用下承载特性和桩基差不多。在基础下一定厚度的褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在土层上，至少可以提供上部刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。
（2）减少基础底面的应力集中。
调整桩、土荷载分担比，荷载一定时，褥垫层越厚，土承担的荷载越多。荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载百分比越大。
3.1.2 设计计算
①桩长
CFG 桩设计时要求桩端落在强度较高、压缩性较小的土层上，根据场地地层情况，设计时将桩端落在粉质粘土⑧层中，桩长16m。
②桩径
CFG桩一般采用螺旋钻孔机成孔，故取桩径为400mm 。
③确定复合地基承载力特征值
根据
，
式中
=(18.2×3.1＋15.4×3.4+17.0×4.7＋17.6×3.5＋19.1×2.6)÷17.3＝17.3kPa,
基础埋深承载力修正系数
=1.0,基础埋深17.3m，得:
≧
-1.0×17.3×(17.3-0.5)=259.4kPa,取
≧270kPa 。
④计算单桩竖向承载力特征值
＝812.3kPa
⑤确定桩体强度
桩体试块抗压强度平均值应该满足下式要求：
—桩体混合材料试块标准养护28d，立方体抗压强度平均值。
带入
，
得：
。
查混凝土规范得C30混凝土轴心抗压强度标准值达到20100kPa，可满足工程要求，故桩体强度为C30。
⑥确定面积置换率
由
得：
—单桩承载力发挥系数，取
；
—桩间土承载力系数，取
。
⑦确定桩间距
采用正方形布桩，则由
可得
取
初步确定桩间距为1.9m，此时的复合地基承载力特征值
。
⑧确定褥垫层厚度
根据规范要求，褥垫层厚度宜取（0.4～0.6）倍桩径，确定褥垫层厚度为200mm。
⑨布桩
根据等间距进行布桩，确定理论布数
根。
⑩沉降计算
沉降量按《建筑地基基础设计规范》中下式计算：
根据当地沉降观测资料及当地经验，沉降计算经验系数 取0.4，
总沉降量：S＝0.4×167.25＝66.9mm。
4.施工设备
长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系，本工程采用2台ZKL800BB 型步履式长螺旋钻机、1台 HBT60型砼输送泵、1台 JS500型砼搅拌机。
5.施工工艺
①测量定位：采用打孔灌石灰的方法，即先在桩位上用φ30 的钢管打孔 300mm 深，灌入石灰粉，再插入钢筋复核桩位，所有桩孔一次定位完成。
②钻机就位：钻机就位前检查场地情况，如果场地较软，应增加支腿接地面积。若场地坡度＞30°应加垫枕木，钻机就位后必须平衡，启动四支腿油缸调整钻机水平，确保钻塔垂直度≤1%，对位偏差≤20mm，钻机开钻前必须检查钻头上楔形出料活门是否闭合。
③钻进成孔：钻进过程中根据地层变化和动力头工作电流值对钻压、转速和钻进速度进行合理调整，钻进采用间歇式钻进方法，即钻进—空钻—钻进，钻进至设计深度后空车 30~60s，待电流稳定确认桩长满足要求后终孔停钻。
④砼搅拌及泵送：砼搅拌严格按配合比配料，控制好进场原材质量，每盘搅拌时间<90s，经常检查砼的和易性及坍落度，控制好砼的搅拌质量。
⑤每桩灌砼结束后，应及时进行封顶以保护桩头。
⑥施工中遇到地下障碍使桩位偏移时应及时处理后再次就位，并对砼泵送中遇到输料管堵塞或钻进中出现的异常问题及时正确处理。
6.结语
建筑场地经过水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法处理后地基承载力为288.1kPa，大于259.4kPa的最低要求，地基沉降量为66.9mm。
参考文献
[1]叶观宝、高彦斌.地基处理（第三版），中国建筑工业出版社，2009年.
[2]孙小杰.CFC桩和碎石桩复合处理液化土层的设计与施工[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2007,(04):3-5.
[3]建筑地基基础设计规范(GB50007一2002)，北京:中国建筑工业出版社，2002.
[4]王恩远、吴迈.工程实用地基处理手册，中国建材工业出版社，2005.
论文作者:任芳芳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/16
标签：地基论文; 褥垫论文; 荷载论文; 承载力论文; 钻机论文; 特征值论文; 土层论文; 《基层建设》2018年第30期论文;