中铁二十局集团有限公司 陕西 西安 710016
【摘 要】根据CFG水泥粉煤灰碎石桩和素土挤密桩的承载机理和特性，提出了将两者结合应用的复合地基。结合工程实例，通过现场试验，证明了它的应用价值。
【关键词】CFG水泥粉煤灰碎石桩；素土挤密桩；复合地基
随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，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。本工程应用CFG桩和素土挤密桩复合地基，充分发挥了CFG桩的高承载力性能和素土挤密桩的抗变形性能。
1、工程概况
本工程为兴平基地金城路10号楼工程，总建筑面积为12315m2，地上26层，地下1层。工程采用剪力墙结构，建筑高度为81.45m，标准层高3m。
本工程复合地基所采用的桩的类型有两种：素土挤密桩及CFG桩。布桩时考虑桩受力的合理性，尽量利用桩间土应力σs产生的附加应力对桩侧阻力的增大作用。通常σs越大，作用在桩上的水平力越大，桩的侧阻力越大。此复合地基采用素土挤密桩与CFG桩成排间隔布置。CFG桩有效桩长17m，素土挤密桩有效桩长6m，桩径均为0.4m。CFG桩复合地基的设置，不仅可以大幅度的提高地基承载力，而且具有很好的排水作用，这就无需其它的排水措施。素土挤密桩体具有很高的模量，因此，用素土挤密桩加固的复合地基比原地基变形模量会有较大增长，抗变形能力有明显提高。
2、基本原理
素土挤密桩原理：素土挤密桩法是通过成孔设备所产生的横向挤压作用形成桩孔，桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，然后将备好的素土分层填入桩孔内，并分层夯实至设计标高。挤密的桩间土和密实的桩体土二者共同组合成复合地基，共同承受基础的上部荷载，达到消除地基土湿陷性的目的。
CFG水泥粉煤灰碎石桩施工原理：CFG桩全称为水泥粉煤灰碎石桩，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，和桩间士、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，桩顶应力比桩间士表面应力大。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。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
由基体（天然地基土体）和两种增强体三部分组成的人工地基，既能发挥CFG桩高承载力和良好的排水作用的特点，又因CFG桩的插入而使素土挤密桩的侧限约束作用得到增强。同时，由于设置了素土挤密桩，地基土的变形能力可得到有效的改善，并同时提高了土体的抗剪强度，亦可使CFG桩避免产生刺入破坏的可能。
3、素土挤密桩及CFG水泥粉煤灰碎石桩施工工艺
3.1 素土挤密桩施工工艺
采用沉管法成孔，偏心轮夹杆式夯实机夯填素土。挤密成孔和夯填素土的顺序均按照先里后外，隔行隔排，同一排间隔1～2孔跳打。成孔结束后，及时检查桩孔的直径、深度和垂直度以及桩孔内有无缩颈、回淤等现象。凡符合设计要求的桩孔，立即进行夯填素土，以防止邻孔之间互相挤压或振动坍塌。工艺流程：场地平整→测量放线→挤密成孔→桩孔夯填→表层处理。
3.2 CFG水泥粉煤灰碎石桩施工工艺
本工程采用长螺旋钻内泵压混合料进行CFG桩施工，成孔直径400mm，管内泵压混凝土成桩，成桩施工时，混凝土的塌落度控制在18～20cm。施工钻至设计深度后，进行提拔钻，混凝土泵送量应与拔管速度箱配合。工艺流程：确定桩位→钻机就位→钻进成孔→灌注及拔管→移机→桩头处理。
4、试验结果分析
4.1复合地基静载荷试验
试验采用对不同桩型单桩复合地基承载力按单桩处理面积加权平均的办法评价CFG桩和素土挤密桩混合地基承载力。试验有两组复合地基试验，每组试验各有一个CFG桩与一个素土挤密桩复合地基试验点。第一组为CFG-156#和STJ-243#，第二组为CFG-381#和STJ-469#。从P-S曲线可以看出，复合地基静载荷试验曲线基本属于渐进型的光滑曲线，不存在陡降点。极限荷载值超过最大加荷量的一半，因此取最大加荷量的一半作为CFG桩、素土挤密桩的单桩复合地基承载力设计值。即CFG桩单桩复合地基承载力设计值大于550kpa，素土挤密桩单桩复合地基承载力设计值大于200kpa，对两组值进行加权平均后，可知CFG桩与素土挤密桩混合桩型复合地基承载力不小于375kpa，复合地基承载力提高一倍，满足设计要求。分别对两组中的CFG桩及素土挤密桩的试验曲线作比较，两组复合地基的承载力相差不大，说明主楼部分的地基土质分布比较均匀，基底持力层的承载力和压缩模量差别不大。
STJ-469# P-S曲线
4.2单桩竖向抗压静载荷试验结果
试验进行了两根CFG桩单桩静荷试验，Q-S曲线如图1、2所示。CFG桩单桩极限承载力不小于1100KN，地基承载力大幅提高，满足设计要求。从曲线可以看出，桩的总沉降都小于20mm，远小于规范要求，且沉降随时间、荷载的变化都是均匀的，基本上是弹性的。由此可以看出，当Q=1000KN时，CFG桩还没有达到极限承载力状态。单桩复合地基承载力偏高。说明桩间土的作用明显，压板下桩土协调作用效果良好。
CFG桩-381#单桩静载荷Q-S曲线
4.3轻便触探试验
为对比加固前后桩间土承载力的变化，完工后，布置了5个轻便触探点进行试验。综合分析桩间土测试结果可知，经素土挤密桩与CFG桩处理后浅层桩间土的承载力基本值不低于120kpa，比地基处理前的桩间土承载力有所提高。
4.4桩身完整性检测
本工程低应变检测CFG桩桩身完整性421根桩，检测比例约为30%。所测的421根CFG均属于完整桩。
5、结论
（1）以复合地基静压结果数据看，本工程所采用的组合型复合地基的应用，可最大限度地发挥这两种桩的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。
（2）复合地基中由于CFG桩桩体材料掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，工程造价一般为桩基的1/3～1/2，经济效益和社会效益非常显著。
（3）素土挤密桩处理地基是一种效果明显的处理方法，用素土挤密桩加固后的复合地基比原地基变形模量会有较大增长，抗变形能力有明显提高。
（4）设置褥垫层以及垫层的材料和厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥，合理的垫层厚度对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利的。
（5）由该工程证明此种地基处理方案，质量易控制，造价低，经济、社会、环境效益明显，有极大的发展潜力。
参考文献：
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[4]韩应明.CFG桩复合地基承载力及施工检测，[J].济南：科技信息，2009.23
论文作者:扈国强
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/8/30
标签：地基论文; 褥垫论文; 承载力论文; 荷载论文; 碎石论文; 工程论文; 地基承载力论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;