孫樂(lè)娟

【摘 要】介紹了水泥粉煤灰碎石樁的材料、特點(diǎn)，說(shuō)明了其適用范圍、工程特性、及加固機(jī)理，闡述了設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工方法。

【關(guān)鍵詞】水泥粉煤灰碎石樁；復(fù)合地基；加固機(jī)理；施工；設(shè)計(jì)

一、水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基概述：

1、水泥粉煤灰碎石樁（簡(jiǎn)稱CFG 樁）是在碎石樁的基礎(chǔ)上摻入適量的石屑、粉煤灰和中粗砂加少量水泥，加水拌合后制成具有一定強(qiáng)度在地基中形成的樁體。CFG樁的樁間土和設(shè)置在基礎(chǔ)與樁土表面之間的一層散體材料褥墊層組成 CFG 樁復(fù)合地基。[1]

2、CFG混合料的物理化學(xué)性能：

（1）粉煤灰：是燃煤發(fā)電廠排出的一種工業(yè)廢料。它是磨至一定細(xì)度的粉煤灰在煤粉爐中燃燒后，由收塵器收集的細(xì)灰（簡(jiǎn)稱干灰）。（2）石子、石屑：CFG的骨料為碎石，摻入石屑是填充碎石的孔隙，使其級(jí)配良好，在水泥摻量不高的混合料中摻加石屑是配比試驗(yàn)中的重要環(huán)節(jié)。（3）水泥： 用于多層建筑的CFG樁強(qiáng)度等級(jí)一般為C5-C15，用于高層建筑的CFG樁強(qiáng)度等級(jí)一般為C15-C25。

3、褥墊層的作用：

（1）保證樁、土共同承擔(dān)荷載。（2）調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比。（3）減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。（4）調(diào)整樁、土水平荷載的分擔(dān)。

4、CFG樁的特點(diǎn)：

CFG系高粘結(jié)強(qiáng)度樁，需在基礎(chǔ)和樁頂之間設(shè)置一定厚度的褥墊層，保證樁、土共同承擔(dān)荷載形成復(fù)合地基。

CFG樁復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以充分發(fā)揮樁體材料的潛力，又可充分利用天然地基承載力，并能因地制宜，利用當(dāng)?shù)夭牧?。因此，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。（2）這種復(fù)合地基可有效提高地基承載力，減少地基沉降。（3） CFG樁同其他混凝土樁體不同，它在設(shè)計(jì)時(shí)不需配筋，施工時(shí)無(wú)需鋼筋籠制作和安裝工序，施工方便，節(jié)約時(shí)間。（4）樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作為摻加料，節(jié)約水泥用量，并且使工業(yè)廢料變廢為寶，起到資源再利用的作用。（5）使用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基處理可降低造價(jià)。[3]

二、CFG樁復(fù)合地基的工程特性

1、承載力提高幅度大，可調(diào)性強(qiáng)。CFG樁樁長(zhǎng)可從幾米至二十多為米，并可全樁長(zhǎng)發(fā)揮樁的側(cè)阻力。當(dāng)?shù)鼗休d力較好時(shí)，荷載又不大，可將樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)得短一些，荷載大時(shí)樁長(zhǎng)可以長(zhǎng)一些。特別是天然地基承載力較低而設(shè)計(jì)要求的承載力較高，且柔性樁難以滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則CFG樁復(fù)合地基比較容易實(shí)現(xiàn)。

2、適用范圍廣。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基具有承載力提高幅度大，地基變形小等特點(diǎn)，具有較大適用范圍。對(duì)基礎(chǔ)型式而言，可適用于獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，也可適用于筏基和箱形基礎(chǔ)。就土性而言，適用于處理粘土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基。既可用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土。對(duì)淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。[2]

3、樁體的排水作用。樁的施工工藝中比較常用的是長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁及振動(dòng)沉管灌注成樁。振動(dòng)沉管灌注成樁工藝在飽和粉土和砂土中施工時(shí)，由于成樁的振動(dòng)作用，會(huì)使土體內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力，剛剛施工完的樁是一個(gè)良好的排水管道，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到樁體結(jié)硬為止。這樣的排水過(guò)程可延續(xù)幾個(gè)小時(shí)。這種排水作用對(duì)減少因孔壓消散太慢而引起的地面隆起和增加樁間土的密實(shí)度大為有利。

4、剛性樁的性狀明顯。CFG樁像剛性樁一樣，可全樁長(zhǎng)發(fā)揮側(cè)阻，樁落在好的土層上時(shí)，具有明顯的端承作用。對(duì)于上部軟下部硬的地質(zhì)條件，碎石樁將荷載向深層傳遞非常困難。而CFG樁因?yàn)榫哂袆傂詷兜男誀?，向深層土傳遞荷載是其重要的工程特性。

5、時(shí)間效應(yīng)。利用振動(dòng)沉管機(jī)施工，將會(huì)對(duì)周圍的土產(chǎn)生擾動(dòng)，特別是對(duì)靈明度較高的土，會(huì)使結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低。施工結(jié)束后，隨著恢復(fù)期的增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)有所恢復(fù)。

三、CFG 樁復(fù)合地基的作用原理

當(dāng)基礎(chǔ)承受豎向荷載作用時(shí)，樁與樁間土都要發(fā)生沉降變形，由于樁的模量遠(yuǎn)大于樁間土的模量，且會(huì)產(chǎn)生荷載逐漸向樁頂集中現(xiàn)象?；A(chǔ)下設(shè)置了褥墊層，樁可以向上刺入，樁頂上的墊層材料在受壓的同時(shí)會(huì)擠向周圍樁間土，以保證在任一荷載下樁與樁間土始終參與工作，且CFG樁樁體強(qiáng)度可調(diào)，可避免散體材料樁及低強(qiáng)度材料樁由于樁身材料強(qiáng)度的限制而使荷載傳遞深度有限的缺點(diǎn)，可以大幅度提高地基的承載力。[1]

四、CFG設(shè)計(jì)

1、CFG樁構(gòu)造要求：

（1）樁徑：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，即地基承載力大小要求，振動(dòng)沉管機(jī)的管徑大小而定，一般為350-400mm。

（2）樁距：根據(jù)設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力、土質(zhì)、布樁形式、場(chǎng)地情況等按表1選用。

（3）樁長(zhǎng)：根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和需要擠密加固的深度而定，一般為6-12m。

（4）褥墊層厚度：一般取10-30cm，當(dāng)樁徑和樁間距過(guò)大時(shí)并考慮土性，可適當(dāng)加大，褥墊層材料為中砂、粗砂、級(jí)配砂石等。

2、CFG樁的平面布置

CFG樁的平面布置可根據(jù)上部基礎(chǔ)的形式布置成等邊三角形或方形。可只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置，樁距應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力、土性、施工工藝等確定，宜取3-5倍樁徑，對(duì)于單、雙排布樁的條形基礎(chǔ)，面積不大，樁數(shù)不多的獨(dú)立基礎(chǔ)，樁距可適當(dāng)小些，滿堂布樁，面積大的筏基、箱基樁距可適當(dāng)放大。

3、單樁豎向承載力特征值的確定

（1）當(dāng)采用單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2。

（2）當(dāng)無(wú)單樁載荷試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式估算：

（1）

其中，為樁的周長(zhǎng)；m、n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

為樁周第i層土的側(cè)阻力，樁端端阻力特征值；為第i層土的厚度。

（3）樁體試塊樁壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿足下式要求：

（2）

4、CFG樁復(fù)合地基承載力特征值的確定

水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基承載力特征值，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)可按下式估算：

（3）

其中，為復(fù)合地基承載力特征值；為面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值；為樁的截面積；為樁間土承載力折減系數(shù)，可取0.75--0.95；為處理后樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值。

在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)時(shí)，可先假定樁徑d及樁距s，由求出置換率。等邊三角形布樁，正方形布樁，矩形布樁，S，S1，S2分別為樁間距，縱向間距和橫向間距，然后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合地基承載力的要求，將，，代入（3）式得Ra，然后將Ra代入（1）式可求出樁長(zhǎng)，同時(shí)將Ra代入（2）式可求出樁體混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的平均值。也可以先根據(jù)土質(zhì)條件確定樁長(zhǎng)，然后根據(jù)（2）式求出Ra，再將設(shè)計(jì)需要的及已求出的Ra代入（3）式求出面積置換率，最后由定樁距。

5、CFG樁復(fù)合地基的變形計(jì)算[4]

一般情況下CFG樁復(fù)合地基沉降有3部分組成：加固深度范圍內(nèi)的壓縮變形，下臥層變形，褥墊層變形，由于數(shù)量很小，可以忽略不計(jì)。則有，即把沉降量分為加固區(qū)的沉降和下臥層的沉降，分別計(jì)算再求和。按分層總和法計(jì)算：

式中：、：加固區(qū)土、下臥層土分層數(shù)；：荷載P在下臥層第j層土產(chǎn)生的平均附加應(yīng)力；：加固區(qū)第i層土、下臥層第j層土的壓縮模量；、：加固區(qū)和下臥層第i層和第j層的分層厚度。

五、CFG樁施工

CFG樁常用的施工工藝有三種：長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁；長(zhǎng)螺旋孔管內(nèi)泵壓混合料成樁；振動(dòng)沉管灌注成樁。

CFG樁的施工，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)地基土的性質(zhì)、地下埋身、場(chǎng)地周邊是否有居民、有無(wú)對(duì)振動(dòng)反應(yīng)敏感的設(shè)備等多種因素選用下列施工工藝。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟祥金，劉璇，劉永強(qiáng)。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基的應(yīng)用。建筑管理現(xiàn)代化。2001

[2]張永新，王宗紅，周本山，朱春林，左登成。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算探討。合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)。2003

[3]朱江，張忠。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析。沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)。2002

[4]王紅霞。水泥粉煤灰碎石樁在工程中的應(yīng)用。山西建筑。2006