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摘要 ：将桩端具有较好持力层的地层经CFG桩复合地基技术处理后作为高层建筑地基，探讨了CFG桩复合地基中桩长、桩径的设计及褥垫层的效果及其厚度、材料等设计参数的选用原则，分析了应用沉降控制理论进行CFG桩复合地基沉降设计的优越性及其尚应着重考虑的问题
关键词 :刚性复合地基； CFG桩； 褥垫层效果；沉降控制
Abstract: The pile end has good bearing layer formation by CFG pile composite foundation technique as the foundation of high-rise building, discusses the principles for selecting design parameters of CFG pile composite foundation of pile length, pile diameter design and cushion effect and thickness, material, analyzes the application of CFG pile composite foundation the superiority and settlement design should be focused on the issues to be considered the theory of settlement control
Keywords: rigid composite foundation; CFG pile; cushion effect; settlement control
中圖分类号：TU470 文献标识码：A文章编号：
1 前言
目前，国内在民用住宅和工矿企业项目中应用CFG桩复合地基积累了较多的成功例子，而CFG桩复合地基应用于高层的实例日趋见多，而且对其沉降计算理论的研究也在不断发展，但还有许多问题有待进一步认识和研究。本文以涿州市某高层住宅楼地基加固方案为例按沉降控制理论进行CFG桩复合地基设计，分析设计中遇到的问题，为高层建筑地基加固方案优选提供依据。
2 工程概况
涿州市某高层住宅楼楼为25层剪力墙结构建筑物，四坡屋顶。基础尺寸为80m×32.5m,采用箱型基础，埋深7.0m。根据地质勘察报告，箱基底板以下的土层物理力学性质指标见表1。
表1 箱基底板以下的土层物理力学性质
3 CFG桩复合地基设计
设计要求复合地基承载力特征值取380kpa,经计算，若采用浅基础，最终沉降量为230mm。按设计要求，本场地地基允许变形量40mm。显然，采用天然地基不能满足承载力及变形要求。经方案比较，决定采用CFG桩复合地基。
3.1 CFG桩设计
1）复合地基置换率
取桩长15.5m,桩径0.4m，进行计算
fspk=m×Ra/Ap+β×（1-m）fsk (1)
式中：m为复合地基置换率；Ra为单桩竖向承载力特征值；Ap为桩的截面尺寸；β为桩间土承载力折减系数，设计中取0.85；fsk为天然地基承载力特征值，取150Kpa。
由式（1）可得单桩竖向承载力特征值表达式为：
Ra=[ fspk-β×（1-m）fsk]×Ap/m=Up∑qsili+qpAP
Up为桩的周长；qsi、qp分别为第i层土与土性和施工工艺有关的桩侧阻力特征值、桩端端阻力特征值；li为第i层土厚度。
Ra=681kN。
设计要求复合地基承载力特征值取390kpa,由式（2）得
m=fspk-βfsk = 380-0.85×140 =4.92%
Ra/Ap-βfsk 681/(π/4×0.42)-0.85×140
2）桩体强度 由单桩竖向承载力计算桩顶应力
由单桩竖向承载力计算桩顶应力：
σp=Ra/Ap=681/0.1257=5.421Mpa
由桩顶应力确定桩体水泥标号：fcu≥3σp=3×5.51=16.53Mpa,所以桩的设计抗压强度应不小于C20。
3）桩数
理论布桩数np=mA/Ap
式中A为基础面积，其值为2400m2,则np= 0.0492×2400=939.4根
0.1257
实际布桩1010根。
4）配料设计
根据室内试验或经验进行配料设计。每方用水W、水泥C、粉煤灰F石屑G1、碎石G2的配料设计结果为W=180kg;C=250kg;F=175kg;G1=450kg;G2=1130kg。
3.2 褥垫层设计
褥垫层的厚度与桩土应力比成反比关系，随着垫层厚度的增大，桩土应力比减小，最厚趋向一定值。工程实践表明，褥垫层合理厚度为100～300mm。本工程褥垫层厚度取200mm。
此外，褥垫层材料的选用也很重要，不同材料的褥垫层的模量不同，实践证明褥垫层材料宜选用中砂、粗砂、级配砂石或碎石，最大粒径不宜大于30mm。由于卵石咬合力差，施工扰动较大，褥垫层不容易保证均匀，故不宜采用卵石作褥垫层的材料。本工程采用粒径5～20mm碎石作为褥垫层材料较为经济实用。
3.3 沉降计算
资料表明，复合地基的桩数与沉降量成正比例关系，随着桩数的增加沉降量减少，这表明控制沉降就是控制工程投资。
按沉降控制设计的思路，作出本工程CFG桩复合地基设计按不同加固深度（不同桩长）计算复合地基置换率与复合地基沉降的关系曲线。通过分析比较，本工程采用桩长16.0m,置换率4.9%的方案较为经济。
本工程是用复合模量法计算沉降的，结果为：s=31.18mm﹤40mm,满足设计要求。
4 检测及沉降观测结果
该工程CFG桩复合地基施工结束28d后在现场选6处做单桩复合地基静力载荷试验，其单桩复合地基承载力特征值fspk为400～420kpa,平均值410kpa,均大于380kpa,满足设计要求，对应总沉降量为11.9～15.9mm，平均值为14.9mm，满足设计要求。
在上部结构施工过程中，施工单位对该楼进行了近一年半的沉降观测，首层开始每层结构完工后均进行观测，在楼四角及中间共设8个观测点，顶层结构竣工验收前测得观测点沉降值为23.8～29.6mm，均未超过40mm。说明上述设计与施工均达到了预期的目的。
5 结语
1）本工程所采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）属于低强度桩复合地基法，其施工工艺基本同沉管灌注桩，施工工艺简单，一般桩基础施工单位均能施工，其桩长、桩径及桩身强度较易控制，通过沉降控制设计，低强度桩复合地基法可以较充分发挥桩体材料的潜能，又可充分利用天然地基承载力，既可有效提高地基承载力，又能减小地基沉降，因此，具有较好的经济效益和社会效益。
2）复合地基变形计算时计算深度必须大于复合土层厚度，避免漏掉桩端以下土层的变形量。
3）复合地基各复合土层的压缩量应由现场试验测定的复合地基承载力特征值fspk和天然地基承载力fak来确定，计算出的沉降量才更为符合实际。
4）工程实践中要慎重选取垫层材料及确定合理的垫层厚度。
关键词 :刚性复合地基； CFG桩； 褥垫层效果；沉降控制
Abstract: The pile end has good bearing layer formation by CFG pile composite foundation technique as the foundation of high-rise building, discusses the principles for selecting design parameters of CFG pile composite foundation of pile length, pile diameter design and cushion effect and thickness, material, analyzes the application of CFG pile composite foundation the superiority and settlement design should be focused on the issues to be considered the theory of settlement control
Keywords: rigid composite foundation; CFG pile; cushion effect; settlement control
中圖分类号：TU470 文献标识码：A文章编号：
1 前言
目前，国内在民用住宅和工矿企业项目中应用CFG桩复合地基积累了较多的成功例子，而CFG桩复合地基应用于高层的实例日趋见多，而且对其沉降计算理论的研究也在不断发展，但还有许多问题有待进一步认识和研究。本文以涿州市某高层住宅楼地基加固方案为例按沉降控制理论进行CFG桩复合地基设计，分析设计中遇到的问题，为高层建筑地基加固方案优选提供依据。
2 工程概况
涿州市某高层住宅楼楼为25层剪力墙结构建筑物，四坡屋顶。基础尺寸为80m×32.5m,采用箱型基础，埋深7.0m。根据地质勘察报告，箱基底板以下的土层物理力学性质指标见表1。
表1 箱基底板以下的土层物理力学性质
3 CFG桩复合地基设计
设计要求复合地基承载力特征值取380kpa,经计算，若采用浅基础，最终沉降量为230mm。按设计要求，本场地地基允许变形量40mm。显然，采用天然地基不能满足承载力及变形要求。经方案比较，决定采用CFG桩复合地基。
3.1 CFG桩设计
1）复合地基置换率
取桩长15.5m,桩径0.4m，进行计算
fspk=m×Ra/Ap+β×（1-m）fsk (1)
式中：m为复合地基置换率；Ra为单桩竖向承载力特征值；Ap为桩的截面尺寸；β为桩间土承载力折减系数，设计中取0.85；fsk为天然地基承载力特征值，取150Kpa。
由式（1）可得单桩竖向承载力特征值表达式为：
Ra=[ fspk-β×（1-m）fsk]×Ap/m=Up∑qsili+qpAP
Up为桩的周长；qsi、qp分别为第i层土与土性和施工工艺有关的桩侧阻力特征值、桩端端阻力特征值；li为第i层土厚度。
Ra=681kN。
设计要求复合地基承载力特征值取390kpa,由式（2）得
m=fspk-βfsk = 380-0.85×140 =4.92%
Ra/Ap-βfsk 681/(π/4×0.42)-0.85×140
2）桩体强度 由单桩竖向承载力计算桩顶应力
由单桩竖向承载力计算桩顶应力：
σp=Ra/Ap=681/0.1257=5.421Mpa
由桩顶应力确定桩体水泥标号：fcu≥3σp=3×5.51=16.53Mpa,所以桩的设计抗压强度应不小于C20。
3）桩数
理论布桩数np=mA/Ap
式中A为基础面积，其值为2400m2,则np= 0.0492×2400=939.4根
0.1257
实际布桩1010根。
4）配料设计
根据室内试验或经验进行配料设计。每方用水W、水泥C、粉煤灰F石屑G1、碎石G2的配料设计结果为W=180kg;C=250kg;F=175kg;G1=450kg;G2=1130kg。
3.2 褥垫层设计
褥垫层的厚度与桩土应力比成反比关系，随着垫层厚度的增大，桩土应力比减小，最厚趋向一定值。工程实践表明，褥垫层合理厚度为100～300mm。本工程褥垫层厚度取200mm。
此外，褥垫层材料的选用也很重要，不同材料的褥垫层的模量不同，实践证明褥垫层材料宜选用中砂、粗砂、级配砂石或碎石，最大粒径不宜大于30mm。由于卵石咬合力差，施工扰动较大，褥垫层不容易保证均匀，故不宜采用卵石作褥垫层的材料。本工程采用粒径5～20mm碎石作为褥垫层材料较为经济实用。
3.3 沉降计算
资料表明，复合地基的桩数与沉降量成正比例关系，随着桩数的增加沉降量减少，这表明控制沉降就是控制工程投资。
按沉降控制设计的思路，作出本工程CFG桩复合地基设计按不同加固深度（不同桩长）计算复合地基置换率与复合地基沉降的关系曲线。通过分析比较，本工程采用桩长16.0m,置换率4.9%的方案较为经济。
本工程是用复合模量法计算沉降的，结果为：s=31.18mm﹤40mm,满足设计要求。
4 检测及沉降观测结果
该工程CFG桩复合地基施工结束28d后在现场选6处做单桩复合地基静力载荷试验，其单桩复合地基承载力特征值fspk为400～420kpa,平均值410kpa,均大于380kpa,满足设计要求，对应总沉降量为11.9～15.9mm，平均值为14.9mm，满足设计要求。
在上部结构施工过程中，施工单位对该楼进行了近一年半的沉降观测，首层开始每层结构完工后均进行观测，在楼四角及中间共设8个观测点，顶层结构竣工验收前测得观测点沉降值为23.8～29.6mm，均未超过40mm。说明上述设计与施工均达到了预期的目的。
5 结语
1）本工程所采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）属于低强度桩复合地基法，其施工工艺基本同沉管灌注桩，施工工艺简单，一般桩基础施工单位均能施工，其桩长、桩径及桩身强度较易控制，通过沉降控制设计，低强度桩复合地基法可以较充分发挥桩体材料的潜能，又可充分利用天然地基承载力，既可有效提高地基承载力，又能减小地基沉降，因此，具有较好的经济效益和社会效益。
2）复合地基变形计算时计算深度必须大于复合土层厚度，避免漏掉桩端以下土层的变形量。
3）复合地基各复合土层的压缩量应由现场试验测定的复合地基承载力特征值fspk和天然地基承载力fak来确定，计算出的沉降量才更为符合实际。
4）工程实践中要慎重选取垫层材料及确定合理的垫层厚度。