CFG桩复合地基技术研究

张嘉麟1王宁3耿一帆2徐翔宇2

1.华北理工大学建筑工程学院河北唐山063210；2.华北理工大学以升创新教育基地河北唐山063210；3.华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

摘要：CFG桩复合地基技术是地基设计中一种经济实用、应用性广的大地基处理的有效方法，是这几年来在水泥粉煤灰碎石桩地基的基础上发展起来的一种地基处理技术。现在，CFG桩复合地基技术正正渐渐应用到道路公路建设中，而且在高速公路地基处理中具有良好的发展前景。这篇文章主要讲述了一些CFG桩的基本的简单概念，CFG桩复合地基的承载和变形特性，CFG桩复合地基的设计计算方法，CFG桩施工工艺和施工质量控制，而且分析了CFG桩复合地基的工作机理，面积应力比公式以及复合地基承载力的计算方法。并结合CFG桩复合地基施工技术的发展状况，分析了几种施工方法和施工工艺的特点以及应用前景和状况。最后结合唐津高速公路的地质状况，确定采用CFG桩复合地基处理方案可行然后确定设计了相关的CFG桩复合地基的参数。

关键词：CFG桩；复合地基；施工技术与工艺

0引言

由于工程建筑范围的不断扩展,对原有地基承载力的可行性提出来了愈来愈高的要求。大多数的状况下,常常需要对天然土层举行人为地加固处置为满足地基的强度、及抗震等要求变形。地基处理后，人工地基大致可分为均质地基、多层基础和复合地基三大类。

复合地基是指自然地基在地基处置过程当中部份土体获得增强,有的被置换,有的在天然地基中设立加筋材料,加强区是由基体和加强体两个部分组成的人工地基。复合地基可以分为水平向加强体复合地基和竖向加强体复合地基，这是根据地基中的加强体的方向划分的。水平方向加强体复合地基是由各种各样的加筋材料,例如工土聚合物、金属原材料等等构成的复合地基。在竖向加固的习惯中，竖向钢筋的复合地基常被称为桩土复合地基[1]。

CFG桩，也是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是由石屑、碎石、砂和粉煤灰加入适当的水泥并且加水拌合，然后用各种各样的成桩机械在地基中制成的强度等级为C5到C25的桩。这种处置的办法是经过在碎石桩体中添加胶结材料（水泥是主要的），加入粉煤灰是为了增加混合料的易和性并且可以降低水泥的强度，而且还加入适当的石屑为了改善其级配，将桩身胶结强度和从材料桩成桩具有高粘结强度的柔性特性的桩、桩土和垫层一起构成复合地基。

1.研究与应用现状

中国建筑科学研究院地基所在二十世纪八十年代末开发的水泥粉煤灰碎石桩复合地基处理技术拥有国内外先进水准。经过多年的科研和工程实践，水泥粉煤灰碎石桩复合地基处理技术从最开始被应用于多层建筑，然后被普遍应用于高层和超高层建筑地基处理中，逐渐的成了有些地区应用最广泛的地基处理方法之一。但是因为缺少对公路地基的水泥粉煤灰碎石桩设计的规范和标准，道路桥梁施工中水泥粉煤灰碎石桩的施工和设计大多借鉴建筑地基工程的设计实例，所以设计方案有许多不合理的地方。因为水泥粉煤灰碎石桩地基处理技术具有许多特别的优点，所以其在公路工程地基处理中具有特别好的发展前途。

由于水泥粉煤灰碎石桩复合地基处理技术在全国很多地区内被广泛的普及，所以水泥粉煤灰碎石桩复合地基也是飞速的发展，30年的研究成果大概概括为以下几点：

（1）采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基桩材料的室内配比试验对水泥粉煤灰碎石桩体材料特性的实验研究，得到桩身材料强度不同比例的变化规律。

（2）对于水泥粉煤灰碎石桩复合地基的设计方面，发展出了通过控制沉降量和承载力来对CFG桩复合地基进行两重控制，而且创立了水泥粉煤灰碎石桩复合地基半无限约束的模型。

（3）水泥粉煤灰碎石桩复合地基工程特性方面，在进行了许许多多的试验工作后，概括了它的工程所具有的特点。

（4）对于复合地基垫层效用的研究，选用了有限元数值的分析方法，对水泥粉煤灰碎石桩单桩带台复合地基褥垫层的作用举行了剖析，而且发表了少许的看法。

（5）在CFG桩复合地基承载里的研究上，我们进行了许许多多的研究试验，经过对工程上比较软弱的土层举行复合地基处置后的静荷载试验成果后，CFG桩复合地基进行分析并与单桩承载特性的结果相比，桩土复合桩基试验，结果表明，CFG桩的后期强度高[2]。

2.发展前景

水泥粉煤灰碎石桩复合地基是一种出现在这些年的一种技术。,因为该技术的成本低、施工简便、高强度复合地基,拥有显眼的社会效益和经济效益,因此它为人们在工程建设方面提供了一个多的选择。近年来,随着我国经济建设的快速发展,对公路建设的需求,尤其是高速公路已经出现。因为大型道路负载,重心高,地基强度和变形要求非常高。当天然地基的承载力达不到要求的时候,我们可以采选用的桩基础或者箱基础,但需要花费巨大的钢铁、水泥、建筑成本是非常高的。地基土如果有一定的强度，CFG桩复合地基和CFG桩使用工业废料,粉煤灰,并且可以完全发挥桩间土的承载力,施工速度快,施工时间短,质量易于控制,比传统桩基础拥有有醒目的优点,能获得巨大的经济的效益和社会效益[3]。所以,水泥粉煤灰碎石桩复合地基是一种地基处理方法可以提升,拥有良好的应用前景。

3.CFG桩复合地基概述

CFG桩复合地基工程特性主要表现在:

3.1桩体作用

因为桩体材料比天然地基高,当受到荷载作用时,水泥粉煤灰碎石桩当然显明比桩间土的压缩性低的多,所以由基础传给复合地基的应力,由于地层的变形，而逐步集中到了桩体上,进而应力集中的现象就发生了。荷载由桩承载，桩间土应力明显减小，复合地基承载力明显高于自然基础。

3.2垫层作用

水泥粉煤灰碎石桩和与桩间土,经过褥垫层的作用从而形成CFG桩复合地基。正是由于褥垫层的存在，CFG桩得以向上刺入,然后由于流缓冲材料的供应,使桩之间的土壤和桩的基础永远保持联系。在桩土相互作用下,地基土的强度必须施加,进而降低了桩上的承载力需求[4]。

3.3加速排水固结作用

水泥粉煤灰碎石桩在饱和粉砂和砂施工,因为桩和振动效应,土体中会产生超孔隙水压力。刚施工完的CFG桩为一个良好的排水通道,孔隙水沿桩体向上排出,直到CFG桩体变硬为止。这样的排水过程还包括水泥粉煤灰碎石桩坍落度小,含水量很小的硷类材料水解吸水的过程。可以查阅相关的资料，这一切一切的排水作用特别有利于降低孔压造成的黏性土层的凸起与砂型土层的沉降,而且对提高桩间土的密实度和对复合地基承载力的增加有极大的益处[5]。

3.4振动挤密作用

水泥粉煤灰桩如果选用振动沉管法施工工艺的话,因为振动和挤密作用从而使桩间土得到挤密,特别显著的是在砂土层。沙质土壤在高频振动下,发生液化和重新排列密度,和堆粗骨料进入土壤后填写,使土壤相对密度增加,孔隙度和内摩擦角(晚上会增加,改善土壤物理性质,液化强度增加[6]。

4.小结

本文主要介绍了CFG桩以及CFG桩复合地基的现状和发展前景，对课题来源进行了介绍，总结了CFG桩的概况。

参考文献

[1]朱炳寅，娄宇.《建筑地基基础设计方法》.中国建筑工业出版社，2013.1.

[2]龚晓南.《地基处理技术发展展望.地基处理》[M].2000,03.

[3]GBJ7-89，《建筑地基基础设计规范》[S].北京:中国建筑工业出版社.

[4]JGJ79-2002(J220-2002)，《建筑地基处理技术规范》[S].北京:中国建筑工业出版社.

[5]赵明华.《土力学与基础工程》[M].武汉工业大学出版社，2000,07.

[6]闰明礼，张东刚.《CFG桩复合地基技术及工程实践》.中国水利水电出版社，2000.