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摘要：本文阐述了CFG桩复合地基的原理，介绍了CFG桩复合地基桩、桩周土以及褥垫层的作用。
关键词：CFG桩；复合地基；工程应用
中图分类号：TU47文献标识码： A 文章编号：
引言：
伴随着地基处理技术的不断发展和进步,复合地基技术的在工程中得到了越来越多的广泛应用。特别是近年来出现的CFG桩复合地基这种新型的地基加固技术,因其费用低、施工方便、承载力高和适应性强等优点使其在工程中得到广泛的推广和应用。其桩体材料是由少量的水泥、粉煤灰、石屑及碎石等材料加水拌合而成,可采用螺旋钻机、振动沉管桩机等设备进行成孔,是一种具有较高粘结强度的刚性桩,强度等级为C5—C30。桩体与周围土体及褥垫层三部分构成了承载力较高的复合地基。它适用于粘性土、粉质土、粉细砂、淤泥质土等地基的加固,对软土地基更为有效。
一、CFG桩复合地基的基本原理
CFG桩复合地基是复合地基的代表，目前多用于高層建筑中。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度的桩，和板间土，褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层和基础连接，上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩周土和褥垫层共同承担的。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，在荷载的作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩顶的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土，以保证在任意荷载下桩和桩间土始终参与工作；由于CFG桩桩体材料可以调整，可避免散体材料及低强度桩的限制而使荷载传递深度有限的缺陷；CFG桩不配钢筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为搀和料，降低了从工程的成本。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的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，对复合地基影响受力很大。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，桩间土承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，使桩土共同承担荷载。以下分别对CFG桩复合地基中桩、桩间土、褥垫层的作用进行分析。
1、桩的加固作用
1.1对地基土具有一定的挤密作用。对于散填土，松散粉细沙，粉土，由于振动沉管CFG桩的振动和侧向挤压作用使桩间土孔隙比较小，含水量降低，土的干密度和内磨擦角有所增加，土的物理力学性质得到改善，同时提高桩间土的承载力。
1.2桩体的排水作用。CFG桩复合地基在成桩初期，因桩孔内和周边充填过滤性较好的粗粒填料，在地基中就形成了渗透性能良好的人工竖向排水和减压的通道，使孔隙中的水沿柱体向上排出，可以有效的消散和防止振冲产生的超孔隙水压的增高，加快地基的排水，这种排水作用不但不会降低桩体的强度，而且可以使土体强度恢复并超出原土体的天然承载力。
1.3 预振效应。CFG桩复合地基形成过程中，振冲器以一定的振动频率或冲击水平向加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预振。提高沙土抗液化能力。
1.4 桩的置换作用。CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及粉煤灰的凝结反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，它能使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高，所以在负载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小。因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现了应力集中现象，大部分荷载将有桩周和桩端承受，桩间土应力比原有地基承载力有所提高。
1.5对桩周土的约束作用。在无侧向约束的土体，受荷后其侧向变形比有侧向约束的大，从而使垂直应力集中，由于CFG桩对桩周土体侧向变形限制，使侧向变形减小，相应的也减小了垂直变形。
2、桩间土的作用
2.1承担竖向、水平荷载。
2.2对桩具有约束的作用，可以提高桩的承载力。有试验表明 ：桩顶荷载相同时，复合地基中单桩的沉降量要大于自由单桩。其原因是：桩间土所承担的荷载使桩间土产生沉降，而桩的端阻和侧摩阻都需依靠桩和土的相对位移来共同承担．桩间土的沉降加大了复合地基桩的沉降量；另一方面，桩身一定范围的负摩阻力以及群桩效应，也增大了复合地基桩的沉降量。同时，复合地基中单桩的承载力要高于自由单桩。复合地基由于桩问土承受荷载，产生的正向压力，增大丁桩周的摩阻力；从而桩端处围压增加，桩承受荷载的能力增加。
3、褥垫层的作用
3.1 减小和减缓基础底面的应力集中。当桩顶与基础不设置褥垫层时，桩顶与基础直接接触，CFG桩对基础的应力集中和钢筋混凝土对承台或桩上基础应力集中现象类似。设计时需要考虑桩对基础的冲切破坏。造成基础尺寸的增加，如果设置一定厚度的褥垫层，由于褥垫层产生的应力扩散作用，使得基底的应力扩散范围增大，相应的应力集中减小，有实验表明，桩对基础的冲切相当明显，随着褥垫层厚度的增加，CFG桩对基础的冲切逐渐减小，当厚度大于300mm时应力集中已经很小，设计时不考虑桩对基础的集中应力。
3.2 调整桩，土荷载分担比。调整竖向荷载在桩，土的分担比：当褥垫层厚度增加，桩土应力比减小，即桩间土承载力发挥的水平增高。当褥垫层厚度为零时，桩土应力比最大，受力状况与桩基相同，但当厚度很大时，受力状况与天然地基的受力状况一致。通过改变褥垫层的厚度，可以调整和改善水平荷载在桩，土的分担比；调整水平荷载在桩，土的分担比：CFG桩复合地基由于褥垫层的作用，桩体本身与承载板没有连接，基础受水平荷载作用力由基础底面抗力，侧摩阻力及基底摩擦阻力来平衡，当基础受到一定荷载时，桩顶和桩间土分别承受荷载，并导致桩顶产生一水平位移，褥垫层的厚度对桩顶水平位移的影响，当基础承受垂直荷载，基础埋深，置换率都相同的情况下，垫层越厚，桩顶的水平位移越小，反之，桩顶水平位移越大。
3.3 保证CFG桩共同承担荷载。在CFG桩复合地基中，由于基础是通过褥垫层与桩和桩周土进行联系，故当基础承受负荷时先传给褥垫层，通过褥垫层再传给桩和桩周土，由于褥垫层的存在，桩可以向上刺入，桩顶上的垫层材料在受压的同时会挤向周围的桩间土，以保证在任一荷载下桩与桩间土始终参与工作，桩间土首先承受较多的荷载并发生沉降变形。随着桩周土沉降的增大，桩周土会不断的将荷载桩侧摩擦阻力传递给桩。因此褥垫层能保证桩间土在任意荷载作用下都始终参与工作，并最大限度的发挥其承载力。
二、CFG桩基在工程中的应用
CFG桩复合地基设计主要依据场地工程地质条件及复合地基承载力标准值要求，确定桩长、桩径、桩间距、桩体材料强度等有关参数极为重要，试用西安国际陆港梦想公社一期工程作如下阐述：
1、工程概况
西安国际陆港梦想公社一期工程由1＃楼18层、2＃楼19层及地下车库组成，总建筑面积6万m2，主体为框架剪力墙结构。
２、工程地质条件
西安国际陆港梦想公社项目一期工程在勘察深度范围内，地层由上到 下可分为：⑴耕土，⑵黄土状粉质粘土，承载力为150kPa；⑶中砂，承载力为200kPa；⑷圆砾，承载力为300kPa；⑸卵石，承载力为350kPa；⑹粉质粘土，承载力为200kPa；⑺粗砂，承载力为230kPa；⑻粉质粘土，承载力为200kPa；⑼粗砂，承载力为230kPa；⑽粉质粘土，承载力为200kPa；⑾粗砂，承载力为230kPa；⑿粉质粘土，承载力为200kPa等12层。
3、地基处理方案选择和论证
该工程设计基础埋深为8.0米，采用筏板基础，基底荷载设计标准值为400kPa，依据地质勘察结果分析，采用天然地基和换土垫层法均不能满足地基承载力要求，故不予考虑。
由于该地层中的卵石层和粗砂层有较好的承载力，可作为桩基础的持力层，可考虑选用混凝土预制桩或钻孔灌注桩。但由于本工程为小开间的公寓，柱距较小，加之剪力墙的设置，桩基应采用满堂布置，因此桩距较小，桩数较多，造价较高，不经济。
据此，综合考虑选择夯扩桩或CFG桩复合地基。
经在该场地对这两种桩进行试桩，由于该场地的地质条件，导致夯扩桩施工时桩底只能到⑶层中砂层顶面，无法按照设计穿过中砂层和圆砾层进入卵石层，有效桩长平均4.5m，扩大头填入量仅有0.21m2（设计为0.5 m2），不满足设计要求，施工质量和进度也难以保证。
因此，本工程选用CFG桩复合地基。
4、桩基参数的选择
本工程设计要求单桩竖向极限承载力为1400KN。桩位采用等边三角形布置，边长为1400mm，桩径为400mm，桩长8.0m，强度等级为C30。褥垫层采用330mm厚的级配砂石垫层，最大粒径30mm，采用尽力压实法压实，压实系数不小于0.97。垫层演基坑满铺。
5、CFG桩施工工艺流程和施工要点
5 .1.工艺流程
本工程采用震动长螺旋成孔管内泵压砼成桩施工工艺，其施工工艺流程如下： 桩位放线→钻机就位→钻孔→成孔至设计标高→泵送CFG桩混合料(商砼)→规定速度边泵送砼、边提拔钻杆至地表。
5 . 2.施工要点
5.2.1钻孔
开钻前，先将混凝土泵的料斗及管线用清水湿润(润滑管线，防止堵管)，然后攪拌一定的水泥砂浆进行泵送，并将所有砂浆泵出管外。
5.2.2泵送混合料
混合料泵送量达到钻杆芯管一定高度后，方可提钻(禁止先提钻再泵料)。一边泵送混合料一边提钻，提钻速率控制必须保证钻头始终埋在CFG桩混合料液面以下，以避免进水、夹泥等质量缺陷的发生。成桩过程宜连续进行，至设计桩顶标高加500毫米，以确保设计桩顶标高内无浮浆。
5.2.3混合料的制备
泵送混合料采用商品混凝土，其强度等级为C30，坍落度为16～20厘米，碎石粒径小于2.0厘米，缓凝时间不少于6小时。混凝土到达施工现场后，应进行坍落度的检查，实测混凝土坍落度与要求砼坍落度之问的允许偏差为±20毫米。
5.2.4钻孔弃土清运
施工时，钻孔弃土应及时清运，以避免影响施工速度和弃土中水浸泡槽底，钻孔弃土清运采用小型机械，以避免扰动基底土层，弃土清运应与CFG桩施工配合进行，严禁设备碰撞CFG桩，避免造成浅部断桩。
5.2.5CFG桩桩间保护土层清运
桩间保护土层的清运原则上应在CFG桩施工结束后进行，开挖、清运宜采用人工开挖、清运，在桩距足够大且槽底土不易受扰动的情况下，可以采用小型机械开挖、清运。开挖过程中应用水准仪进行测量，控制标高，以避免超挖。
结束语：
CFG桩复合地基是一种行之有效地基加固技术，CFG桩复合地基和桩基相比,可以明显节约工程造价、缩短工期,是值得大力推广的好方法。
参考文献：[1]康景文，CFG桩复合地基的应用与发展[J].四川建筑：第21卷2期，2001，
关键词：CFG桩；复合地基；工程应用
中图分类号：TU47文献标识码： A 文章编号：
引言：
伴随着地基处理技术的不断发展和进步,复合地基技术的在工程中得到了越来越多的广泛应用。特别是近年来出现的CFG桩复合地基这种新型的地基加固技术,因其费用低、施工方便、承载力高和适应性强等优点使其在工程中得到广泛的推广和应用。其桩体材料是由少量的水泥、粉煤灰、石屑及碎石等材料加水拌合而成,可采用螺旋钻机、振动沉管桩机等设备进行成孔,是一种具有较高粘结强度的刚性桩,强度等级为C5—C30。桩体与周围土体及褥垫层三部分构成了承载力较高的复合地基。它适用于粘性土、粉质土、粉细砂、淤泥质土等地基的加固,对软土地基更为有效。
一、CFG桩复合地基的基本原理
CFG桩复合地基是复合地基的代表，目前多用于高層建筑中。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度的桩，和板间土，褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层和基础连接，上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩周土和褥垫层共同承担的。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，在荷载的作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩顶的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土，以保证在任意荷载下桩和桩间土始终参与工作；由于CFG桩桩体材料可以调整，可避免散体材料及低强度桩的限制而使荷载传递深度有限的缺陷；CFG桩不配钢筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为搀和料，降低了从工程的成本。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的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，对复合地基影响受力很大。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，桩间土承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，使桩土共同承担荷载。以下分别对CFG桩复合地基中桩、桩间土、褥垫层的作用进行分析。
1、桩的加固作用
1.1对地基土具有一定的挤密作用。对于散填土，松散粉细沙，粉土，由于振动沉管CFG桩的振动和侧向挤压作用使桩间土孔隙比较小，含水量降低，土的干密度和内磨擦角有所增加，土的物理力学性质得到改善，同时提高桩间土的承载力。
1.2桩体的排水作用。CFG桩复合地基在成桩初期，因桩孔内和周边充填过滤性较好的粗粒填料，在地基中就形成了渗透性能良好的人工竖向排水和减压的通道，使孔隙中的水沿柱体向上排出，可以有效的消散和防止振冲产生的超孔隙水压的增高，加快地基的排水，这种排水作用不但不会降低桩体的强度，而且可以使土体强度恢复并超出原土体的天然承载力。
1.3 预振效应。CFG桩复合地基形成过程中，振冲器以一定的振动频率或冲击水平向加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预振。提高沙土抗液化能力。
1.4 桩的置换作用。CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及粉煤灰的凝结反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，它能使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高，所以在负载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小。因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现了应力集中现象，大部分荷载将有桩周和桩端承受，桩间土应力比原有地基承载力有所提高。
1.5对桩周土的约束作用。在无侧向约束的土体，受荷后其侧向变形比有侧向约束的大，从而使垂直应力集中，由于CFG桩对桩周土体侧向变形限制，使侧向变形减小，相应的也减小了垂直变形。
2、桩间土的作用
2.1承担竖向、水平荷载。
2.2对桩具有约束的作用，可以提高桩的承载力。有试验表明 ：桩顶荷载相同时，复合地基中单桩的沉降量要大于自由单桩。其原因是：桩间土所承担的荷载使桩间土产生沉降，而桩的端阻和侧摩阻都需依靠桩和土的相对位移来共同承担．桩间土的沉降加大了复合地基桩的沉降量；另一方面，桩身一定范围的负摩阻力以及群桩效应，也增大了复合地基桩的沉降量。同时，复合地基中单桩的承载力要高于自由单桩。复合地基由于桩问土承受荷载，产生的正向压力，增大丁桩周的摩阻力；从而桩端处围压增加，桩承受荷载的能力增加。
3、褥垫层的作用
3.1 减小和减缓基础底面的应力集中。当桩顶与基础不设置褥垫层时，桩顶与基础直接接触，CFG桩对基础的应力集中和钢筋混凝土对承台或桩上基础应力集中现象类似。设计时需要考虑桩对基础的冲切破坏。造成基础尺寸的增加，如果设置一定厚度的褥垫层，由于褥垫层产生的应力扩散作用，使得基底的应力扩散范围增大，相应的应力集中减小，有实验表明，桩对基础的冲切相当明显，随着褥垫层厚度的增加，CFG桩对基础的冲切逐渐减小，当厚度大于300mm时应力集中已经很小，设计时不考虑桩对基础的集中应力。
3.2 调整桩，土荷载分担比。调整竖向荷载在桩，土的分担比：当褥垫层厚度增加，桩土应力比减小，即桩间土承载力发挥的水平增高。当褥垫层厚度为零时，桩土应力比最大，受力状况与桩基相同，但当厚度很大时，受力状况与天然地基的受力状况一致。通过改变褥垫层的厚度，可以调整和改善水平荷载在桩，土的分担比；调整水平荷载在桩，土的分担比：CFG桩复合地基由于褥垫层的作用，桩体本身与承载板没有连接，基础受水平荷载作用力由基础底面抗力，侧摩阻力及基底摩擦阻力来平衡，当基础受到一定荷载时，桩顶和桩间土分别承受荷载，并导致桩顶产生一水平位移，褥垫层的厚度对桩顶水平位移的影响，当基础承受垂直荷载，基础埋深，置换率都相同的情况下，垫层越厚，桩顶的水平位移越小，反之，桩顶水平位移越大。
3.3 保证CFG桩共同承担荷载。在CFG桩复合地基中，由于基础是通过褥垫层与桩和桩周土进行联系，故当基础承受负荷时先传给褥垫层，通过褥垫层再传给桩和桩周土，由于褥垫层的存在，桩可以向上刺入，桩顶上的垫层材料在受压的同时会挤向周围的桩间土，以保证在任一荷载下桩与桩间土始终参与工作，桩间土首先承受较多的荷载并发生沉降变形。随着桩周土沉降的增大，桩周土会不断的将荷载桩侧摩擦阻力传递给桩。因此褥垫层能保证桩间土在任意荷载作用下都始终参与工作，并最大限度的发挥其承载力。
二、CFG桩基在工程中的应用
CFG桩复合地基设计主要依据场地工程地质条件及复合地基承载力标准值要求，确定桩长、桩径、桩间距、桩体材料强度等有关参数极为重要，试用西安国际陆港梦想公社一期工程作如下阐述：
1、工程概况
西安国际陆港梦想公社一期工程由1＃楼18层、2＃楼19层及地下车库组成，总建筑面积6万m2，主体为框架剪力墙结构。
２、工程地质条件
西安国际陆港梦想公社项目一期工程在勘察深度范围内，地层由上到 下可分为：⑴耕土，⑵黄土状粉质粘土，承载力为150kPa；⑶中砂，承载力为200kPa；⑷圆砾，承载力为300kPa；⑸卵石，承载力为350kPa；⑹粉质粘土，承载力为200kPa；⑺粗砂，承载力为230kPa；⑻粉质粘土，承载力为200kPa；⑼粗砂，承载力为230kPa；⑽粉质粘土，承载力为200kPa；⑾粗砂，承载力为230kPa；⑿粉质粘土，承载力为200kPa等12层。
3、地基处理方案选择和论证
该工程设计基础埋深为8.0米，采用筏板基础，基底荷载设计标准值为400kPa，依据地质勘察结果分析，采用天然地基和换土垫层法均不能满足地基承载力要求，故不予考虑。
由于该地层中的卵石层和粗砂层有较好的承载力，可作为桩基础的持力层，可考虑选用混凝土预制桩或钻孔灌注桩。但由于本工程为小开间的公寓，柱距较小，加之剪力墙的设置，桩基应采用满堂布置，因此桩距较小，桩数较多，造价较高，不经济。
据此，综合考虑选择夯扩桩或CFG桩复合地基。
经在该场地对这两种桩进行试桩，由于该场地的地质条件，导致夯扩桩施工时桩底只能到⑶层中砂层顶面，无法按照设计穿过中砂层和圆砾层进入卵石层，有效桩长平均4.5m，扩大头填入量仅有0.21m2（设计为0.5 m2），不满足设计要求，施工质量和进度也难以保证。
因此，本工程选用CFG桩复合地基。
4、桩基参数的选择
本工程设计要求单桩竖向极限承载力为1400KN。桩位采用等边三角形布置，边长为1400mm，桩径为400mm，桩长8.0m，强度等级为C30。褥垫层采用330mm厚的级配砂石垫层，最大粒径30mm，采用尽力压实法压实，压实系数不小于0.97。垫层演基坑满铺。
5、CFG桩施工工艺流程和施工要点
5 .1.工艺流程
本工程采用震动长螺旋成孔管内泵压砼成桩施工工艺，其施工工艺流程如下： 桩位放线→钻机就位→钻孔→成孔至设计标高→泵送CFG桩混合料(商砼)→规定速度边泵送砼、边提拔钻杆至地表。
5 . 2.施工要点
5.2.1钻孔
开钻前，先将混凝土泵的料斗及管线用清水湿润(润滑管线，防止堵管)，然后攪拌一定的水泥砂浆进行泵送，并将所有砂浆泵出管外。
5.2.2泵送混合料
混合料泵送量达到钻杆芯管一定高度后，方可提钻(禁止先提钻再泵料)。一边泵送混合料一边提钻，提钻速率控制必须保证钻头始终埋在CFG桩混合料液面以下，以避免进水、夹泥等质量缺陷的发生。成桩过程宜连续进行，至设计桩顶标高加500毫米，以确保设计桩顶标高内无浮浆。
5.2.3混合料的制备
泵送混合料采用商品混凝土，其强度等级为C30，坍落度为16～20厘米，碎石粒径小于2.0厘米，缓凝时间不少于6小时。混凝土到达施工现场后，应进行坍落度的检查，实测混凝土坍落度与要求砼坍落度之问的允许偏差为±20毫米。
5.2.4钻孔弃土清运
施工时，钻孔弃土应及时清运，以避免影响施工速度和弃土中水浸泡槽底，钻孔弃土清运采用小型机械，以避免扰动基底土层，弃土清运应与CFG桩施工配合进行，严禁设备碰撞CFG桩，避免造成浅部断桩。
5.2.5CFG桩桩间保护土层清运
桩间保护土层的清运原则上应在CFG桩施工结束后进行，开挖、清运宜采用人工开挖、清运，在桩距足够大且槽底土不易受扰动的情况下，可以采用小型机械开挖、清运。开挖过程中应用水准仪进行测量，控制标高，以避免超挖。
结束语：
CFG桩复合地基是一种行之有效地基加固技术，CFG桩复合地基和桩基相比,可以明显节约工程造价、缩短工期,是值得大力推广的好方法。
参考文献：[1]康景文，CFG桩复合地基的应用与发展[J].四川建筑：第21卷2期，2001，