中建三局基础设施工程有限公司成都分公司 四川 610000
摘要：CFG桩复合地基加固高等级公路软基就是一种新引入的软基处理方法，具有施工周期短、工后沉降小、无噪音、无振动、不排污、节约钢材等特点而得到广泛的应用。但是由于自身的复杂性和多样性，致使群桩相互作用机理及其承载力的计算一直没有得到令人满意的研究成果。文章对CFG桩各个组成部分进行了详细的分析，介绍了复合地基各个参数的合理取值范围，在此基础上结合相关试验进行了承载力计算公式的推演。
关键词：水泥粉煤灰碎石桩、复合地基、软基处理、工程特性、计算参数、承载力计算
0 引言
CFG桩即为水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成的竖向增强体。
碎石桩复合地基，处理后承载力提高系数一般在1.2~1.6之间。而在同样的地质条件下，CFG桩复合地基的承载力提高系数可以高达2倍以上。CFG桩具有刚性桩特点，可全桩长发挥侧阻力，桩落在好的土层上还具有明显的端承作用。这样就可以通过增加桩长或改变桩端持力层的方式，使桩进入较坚硬的土层来提高复合地基整体的承载力，以满足不同的设计要求。
同其他刚性桩一样，CFG桩体的刚度及变形量远大于桩间土。在通常情况下，在桩顶和基底间设置褥垫层有效调节了桩与桩间土在荷载作用下的变形，从而确保了桩与桩间土的共同工作，这充分显示出CFG桩复合地基的柔性桩特征。CFG桩的沉降远小于桩间土的沉降，桩体上部形成负摩擦区，致使CFG桩的实际受力与基桩有着很大的区别，其计算方法和取值也就区别于传统的基桩。
1 CFG桩复合地基结构分析
1.1 褥垫层
褥垫层技术是复合地基的核心技术，CFG桩只有通过褥垫层才能够构成桩土复合地基。褥垫层厚度如果过小，桩顶时将产生非常明显的应力集中，桩间土的承载作用无法得到充分的发挥。
图1 褥垫层结构
褥垫层厚度如果过大，桩土的应力比值会接近1，这样桩基就失去了在CFG复合地基中存在的意义。所以，褥垫层厚度一般设计为10~30cm，特殊情况为50cm。褥垫层材料采用粒径为30~80mm的碎石。不仅技术可靠，经济上也比较合理。
1.2 桩基
1.2.1 桩径
水泥粉煤灰碎石桩常采用振动沉管法施工，其桩径根据施工设备的桩管决定，一般设计桩径为300mm~600mm。当用螺旋转机或其他设备施工时，可根据设备情况及需要确定桩的直径。
1.2.2 桩距
桩距LP大小取决于设计要求的复合地基的承载力、布桩形式、土质与施工机具等。桩距选择原则：承载力要求高，桩距应下限，但必须考虑施工时桩体之间的相互影响。就施工而言，桩距的选择应综合多种因素进行设计，一般桩距：
。
1.2.2 桩长
CFG桩的长度几乎跟单桩承载力成正比。桩径不变的情况下，适当提高桩长可以提高复合地基承载力特征值Ra。但提高桩长，会增加施工的成本。确定桩长时，应考虑以下几个关键点：
1）计算整个复合地基的承载力时，以较薄弱地层的钻孔为准，不能取平均钻孔深度。
2）选取Ra最小的钻孔作为桩长确定的依据。
3）分区确定桩长，采用长短桩布置。
1.3 桩间土
桩间土在CFG桩复合地基中将承担上部传来的部分竖向、水平向荷载。
图2 桩、土应力分布
复合地基中的桩间土和天然地基的承载特性不同。分析原因，主要由于桩和褥垫层的参与，一般认为有两个方面：
1）桩的约束作用：复合地基中桩的存在，使桩间土的侧向变形受到限制，从而使土的竖向变形减小。桩对桩间土的约束作用同桩的数量和置换率有关。单桩复合地基，桩的约束作用最小，群桩复合地基，桩数越多，置换率越大，则约束作用越大。
2）负摩擦区的影响：由于褥垫层的设置，复合地基中，桩存在负摩擦区，如图所示。在该区，桩给桩间土一个向上的作用力，其作用是阻止桩间土的变形。
图4 复合地基中单桩与自由单桩的荷载-沉降曲线
将复合地基荷载试验时测得的桩间土表面平均应力和土表面的变形（复合地基中桩对土产生的荷载未能表示出来），与相同荷载下天然地基的土表面变形进行对比，如下图所示。
图5 复合地基桩间土与天然地基的荷载-沉降曲线
可以看出，复合地基中桩间土承载力特征值大于天然地基承载力特征值。此外，由于复合地基中负摩擦区的存在，当桩间土荷载较小时，桩间土的变形都小于天然地基的变形；随着荷载的增加，桩对土产生的应力使得两者的变形相等，之后则有桩间土的变形大于天然地基的变形。
利用公式（26）计算上述模型试验CFG桩复合地基承载力特征值。4桩复合地基中单桩承载力特征值Ra=34kN，桩间土承载力特征值fsk=150kPa，面积置换率m=0.064，β取1，计算得复合地基承载力特征值为263kPa；载荷试验确定的4桩复合地基承载力特征值为300kPa。
可见根据公式（26）估算的复合地基承载力特征值，计算结果一般小于荷载试验结果。
当通过现场复合地基荷载试验确定复合地基承载力特征值时，应注意复合地基载荷试验要准确模拟工程实际条件。除了考虑地基土特性外，特别注意施工工艺对地基土的影响。复合地基施工工艺可分为两类：一是挤土成桩工艺，即对桩间土产生扰动或挤密，如振动沉管打桩机成孔制桩；二是非挤土成桩工艺，即对桩间土不扰动和挤密作用，如长螺旋钻钻孔灌注成桩工艺。
由上述分析可以看出，利用载荷试验确定复合地基承载力特征值时，要结合工程实际情况，充分考虑场地地基土特性和施工工艺对地基土的影响，合理选择载荷试验方案。
参考文献
[1]龚晓南. 复合地基设计和施工指南[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[2]龚晓南. 复合地基理论及工程应用[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007.
[3]于富华.CFG桩复合地基承载力计算方法的比较[J].岩土工程界,2002(11):47-50.
[4]张秋野. 水泥粉煤灰碎石桩在高等级公路软基处理中的应用研究[D].河海大学,2004.
[5]高大钊. 软土地基的极限承载力[A]. 中国土木工程学会.中国土木工程学会第七届土力学及基础工程学术会议论文集[C].中国土木工程学会:,1994:5.
[6]张永谋,闫强刚.复合地基稳定分析中一个公式的推导[J].甘肃科技,2010,26(10):107-108+140.
论文作者:王玉换,孙荣,胡雄
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/3
标签：地基论文; 承载力论文; 褥垫论文; 荷载论文; 特征值论文; 碎石论文; 应力论文; 《基层建设》2018年第33期论文;