CFG桩与强夯碎石桩复合地基主要影响因素分析

吕玮

河北省地球物理勘查院河北廊坊065000

摘要：随着建筑业的不断发展，面对的复杂地形越来越多，对地基的要求也越来越高，单一的加固方式难以满足实际工程需要，为解决这一问题，近年来出现了多桩型复合地基，即多种不同类型桩组合形成的复合地基。单一型桩局限性大，适用性较为狭窄，难以兼顾各方面需求，利用不同桩的特性进行优势互补，组合形成的多桩型复合地基逐渐成了一种新的加固方式。本文以昆明某仓库CFG桩与强夯碎石桩复合地基处理工程为例，验证多桩型复合地基的可行性，探讨此类地基的主要影响因素，并优化设计方案。

关键词：CFG桩与强夯碎石桩；复合地基；影响因素

1加固机理

强夯碎石桩即通过强夯法与置换法相结合，将碎石料、矿渣等强度高、透水性好的材料夯入土中，夯出柱状桩体，与地基土形成复合式地基，主要作用为置换与排水固结，对于填土、软土还有一定的振密作用，有效地消除砂土液化，保护碎石桩桩体。适用于黏土、粉土、杂填土、饱和土等地基，减少沉降，提高强度，但处理后复合地基承载力依旧相对较低，同时处理深度有限，一般不超过8m范围。

CFG桩是英文CementFly-ashGravel的缩写，全称为水泥粉煤灰碎石桩，主要由水泥、粉煤灰、碎石、砂等材料拌水制作的一种介于刚性桩与柔性桩之间的高黏结可变强度桩，强度等级可达到C5~C25之间，CFG桩主要通过桩体效应，挤密效应达到提高承载力，减小变形、沉降的目的，且桩身材料凝固成一个整体，可以发挥全桩长的侧阻作用，有效地将荷载传递到桩底，多用于对于承载力与沉降要求高的建筑。适用于黏土、粉土、杂填土、软土等地基。

综合两种桩的原理与应用范围，这两种桩可以组合应用，既满足承载力与沉降的要求，又可以充分发挥碎石桩排水、挤密的功能，加速固结。同时强夯置换法加强了表层土土体强度，加大了桩间土的密度，为碎石桩提供更大的侧向附加应力，保护碎石桩桩体不因膨胀而破坏。若地下土层存在一定深度的淤泥质土，易发生较大沉降，要求CFG必须穿透软土层，将上部荷载传递到软土层以下坚硬土层中，增强下卧层的抗变形强度。

2工程实例分析

2.1工程参数

昆明某仓库总占地面积118900.58m2，其中1号库占地面积12096.04m2，选用CFG桩与强夯碎石桩复合地基加固土层，根据场地勘察报告，地层主要是：填土，为场地整平时回填，成分主要由黏性土夹含碎石、角砾及砂土等组成，部分为基坑开挖弃土，结构松散，填埋时间短；黏土层，冲洪积成因，状态较好，力学强度及抗变形能力一般，黏土，力学强度及状态均较好，抗变形能力稍好，黏土层，力学强度及状态均一般，抗变形能力稍好。勘察期间经量测，所有钻孔均观测到稳定地下水，测得钻孔地下水位初见水位在1.60~4.50m之间，稳定水位在2.00-5.50m之间。

2.2设计方案

强夯碎石桩与CFG桩组合桩的复合地基方案，具体方案如下：1）选用直径1.4m的强夯碎石桩，冲击成孔直径0.8~1.0m，成桩直径约1.4m，桩点间距4m×4m，按正方形网格状布点，填碎石料，粒径≤30cm，桩头褥垫层500mm。强夯能量1500kN·m，每米夯击3击，桩长以穿透填土层1m控制。2）选用桩径400mm的CFG桩，C20灌注，CFG桩点在强夯碎石桩桩点之间呈梅花状插入，桩点间距2.4m，正方形网格布点，桩长以穿过泥炭质土1m控制，库中间最长25m，库四周最短20m。3）长短桩交替布置，最后冲击碾压，场地整平。充分发挥桩间土的承载能力，提高整体强度。

2.3沉降影响规律及优化设计

2.3.1CFG桩桩长变化分析

保持模型其他参数不变，仅变化CFG桩桩长，依次取15m到27m，间隔1m。经模拟分析，以“沿模型长边方向距短边中点的长度”为X轴，单位为m，并选取31个监测点。以“沉降”为Y轴，单位为m。当CFG桩桩长从16~17m变化时，复合地基沉降变化幅度很大；当桩长从17~21m变化时，复合地基沉降变化幅度有大范围减少，但依旧有一定沉降产生；当桩长从21~27m变化时，复合地基沉降变化幅度已经很小。故当CFG桩桩长少于17m时，即桩身未穿过软弱地层，由软土层引起的沉降幅度很大，所以设计复合地基时，若地下有软弱土层，桩身一定要穿透软土层，并进入下卧层一定深度；当桩长在17~21m时，可根据具体沉降要求以线型方式选择适合的CFG桩长度；当复合地基中CFG桩桩长达到21m时，此时桩长已经到了一个临界点，再增加桩长对减小复合地基沉降量效果不大。

2.3.2CFG桩直径变化分析

保持模型其他参数不变，仅变化CFG桩直径，依次取200mm到900mm，间隔100mm。经模拟分析，以“沿模型长边方向距短边中点的长度”为X轴，单位为m，并选取31个监测点。以“深度”为Y轴，单位为m。当直径为200~300mm时，复合地基沉降变化幅度很大，桩径太小难以提供足够的侧摩阻力与端阻力；当直径为400~900mm时，桩径的变化对复合地基沉降影响已经不大，从经济考虑来说，直径400mm较为合适。

2.3.3碎石桩桩长变化分析

保持模型其他参数不变，仅变化碎石桩桩长，依次取1m到8m，间隔1m。经模拟分析，以“沿模型长边方向距短边中点的长度”为X轴，单位为m，并选取31个监测点。以“深度”为Y轴，单位为m。当碎石桩桩长从1~2m变化时，复合地基沉降变化幅度较大，桩长过短，对土层的作用较小，难以增强土层的整体强度；当碎石桩桩长从3~8m变化时，对于沉降的影响较小，说明3m的桩长对加固土层已经起到了足够的作用，但若是水位较深，需要考虑排水固结作用，可考虑加长碎石桩的长度。

结论

原设计地基处理为水振冲碎石桩，根据优化组合，大胆尝试新的施工工艺，成功采用了CFG桩及干冲碎石桩相结合施工方法，通过经济分析对比，该工程比原设计地基处理方案，节约总投资170万元左右。条形基础下采用CFG桩提高了地基承载力，使用干冲碎石桩提高了桩间土承载力和降低液化指标，两种桩混合使用达到了降本增效，缩短工期的目的。

参考文献：

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