史俊，王小勇

（安徽省地質礦產(chǎn)勘查局327地質隊， 安徽合肥 230011）

0 引言

水泥粉煤灰碎石樁（簡稱CFG樁）復合地基是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成豎向增強體的復合地基，由CFG樁與樁間土和褥墊層一起構成，適用于處理黏性土、粉土、砂土等地基，適于采用條形基礎、獨立基礎、箱基和筏基，是近年來應用較廣的一種地基處理方法。通過合理設計，水泥粉煤灰碎石樁復合地基能夠充分發(fā)揮樁體材料的強度和利用樁間天然地基土的承載力，通過樁土共同作用，可大幅度提高地基承載力，減小地基變形，且由于CFG樁的樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰，工程造價一般只占樁基的1/3～1/2，因此具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。自2007年始，CFG樁技術在合肥得以廣泛使用，并取得良好的經(jīng)濟和社會效益，目前CFG樁在合肥市主要用于高層建筑地基處理，并且已應用到了31～35層建筑。

本文就以合肥市某小區(qū)14#樓的CFG樁復合地基工程為例，系統(tǒng)的介紹CFG樁及其復合地基的基本知識、加固機理、設計、施工工藝技術與質量控制要點，以期為廣大建設者們提供一些有益的幫助。

圖1 CFG樁構造示意圖Fig.1 Structural sketch of a CFG pile

1 CFG樁復合地基技術特點

CFG樁復合地基由CFG 樁體、樁間土及褥墊層三部分組成（其構造示意圖如見圖1所示）。

CFG樁復合地基的加固機理主要是：粉煤灰與水發(fā)生放熱反應，水泥經(jīng)水解和水化反應以及與粉煤灰的凝硬反應后凝結和硬化，與砂、石、粉煤灰等生成穩(wěn)定的豎向增強體，即CFG樁，CFG樁屬高粘結強度樁，抗剪強度和變形模量均較高，像剛性樁一樣，在荷載作用下其壓縮性遠低于樁周土，承擔了大部分上部荷載，因此，可以較好地發(fā)揮側阻，而在樁端位于工程地質性質較好的地基土層上時則又具有明顯的端承作用；樁間土體得到置換或擠密置換而提高了承載力。當垂直荷載通過基礎傳至復合地基時，CFG樁和樁間土都要發(fā)生變形，由于CFG樁的強度和模量大大高于樁間土，因此樁體變形遠較樁間土的變形小，此時在基礎下面設置了一定厚度的褥墊層后，褥墊層將荷載以一定的比例分攤給CFG樁及樁間土，使二者共同承擔上部傳來的荷載，形成了一個受力整體；同時CFG樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少樁間土承擔的荷載。這樣，由于CFG樁的作用使復合地基承載力提高，沉降變形減小，并同時提高了土體的抗剪強度，亦可使CFG樁避免產(chǎn)生樁頂刺入破壞的可能。

褥墊層作用是CFG樁復合地基的一個核心內容，褥墊層的設置為CFG樁復合地基在其受荷后提供了樁頂?shù)拇倘霔l件以保證樁間土始終與樁共同承擔荷載，同時減少了CFG樁對基礎的應力集中作用，可以使基礎荷載向樁間土擴散。通過調整褥墊層的厚度可以調整樁與樁間土的荷載分擔比例，荷載一定時，褥墊層越厚，樁分擔的水平荷載占總荷載的百分比越??；而褥墊層厚度減小，樁分擔的豎向荷載比例會增大。

2 工程實例

2.1 工程概況

合肥市某小區(qū)14#樓，地上34層，高度99m，地下2層，地下室基底埋深約8.60m，結構類型為剪力墻結構。

據(jù)勘察報告，建筑場地地貌單元屬波狀平原，場地內地基巖土層可分為如下6層：

①層素填土（Qm l4）：層厚0.52～2.90m，灰黃色、灰色，主要成分為黏性土，松散—稍密，局部夾少量碎石、磚頭。

②層黏土(Qal+pl3)：層厚2.50～6.40m，褐黃色、黃色，呈硬塑—堅硬狀態(tài),地基承載力特征值fak=260kPa，CFG樁樁極限側阻力標準值=82kPa。

③層黏土(Qal+pl3)：層厚22.60～25.60m，褐黃色、黃色，呈硬塑—堅硬狀態(tài)，地基承載力特征值fak=300kPa，CFG樁樁極限側阻力標準值=92kPa，CFG樁樁極限端阻力標準值=2200kPa。

④層粉質黏土(Qal+pl3)：層厚1.10～5.00m，灰黃色、灰褐色，呈硬塑狀態(tài)，含少量鐵、錳質結核，地基承載力特征值fak=320kPa，C F G樁樁極限側阻力標準值=80kPa，CFG樁樁極限端阻力標準值=2000kPa。

⑤層強風化泥巖（E1s）：層厚3.00～7.30m，磚紅色、暗紅色，風化呈泥質砂土狀、塊狀，地基承載力特征值fak=400kPa。

⑥層中風化泥巖（E1s）：最大揭露層厚11.70m，磚紅色、暗紅色，為極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級，地基承載力特征值fak=600kPa。

本工程經(jīng)方案比選，最終確定采用片筏基礎、CFG樁復合地基方案，基礎持力層為③層黏土，該層地基承載力fak=300kPa，要求地基處理后CFG樁復合地基承載力特征值不小于500kPa。

2.2 CFG樁復合地基設計

2.2.1 樁型及樁徑

本工程CFG樁復合地基設計與施工設計采用長螺旋鉆管內壓CFG樁對地層進行地基加固處理，樁徑450mm，設計樁混凝土強度等級為C25。

2.2.2 CFG樁復合地基承載力標準值等相關參數(shù)

CFG樁復合地基承載力標準值可以通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定，初步設計時先按下式計算：

式中：

fspk——加固處理后的復合地基承載力特征值（kPa）；

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，（此系數(shù)為建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2012）公式中系數(shù)，本工程設計時采用的建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2002）公式中尚無此系數(shù)，因此，可視作按1.0取值）；

m——面積置換率；

fsk——加固處理后的樁間土承載力特征值，按當?shù)亟?jīng)驗取值，當缺少實際資料時可取天然地基承載力特征值（kPa）；

β——樁間土承載力折減系數(shù)，按當?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時可取0.75～0.95；

Ap——樁截面面積（m2）；

Rk——單樁豎向承載力特征值（kN），其值可以根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》中的方法確定。

本工程要求地基處理后CFG樁復合地基承載力特征值不小于500kPa，CFG樁單樁豎向承載力特征值不小于1000kN，選擇③層黏土作為樁端持力層，經(jīng)反算，面積置換率m為4.89%，設計樁長18m。

2.2.3 CFG樁樁間距及樁數(shù)

根據(jù)面積置換率及樁徑，本工程CFG樁按正方形布置，樁間距設計為1800mm×1800mm，基底面積范圍外布樁2排，總布樁578根。

2.2.4 CFG樁樁體充填料配合比

設計每立方米漿液中含量為：水（190kg）、水泥（324kg）、中砂（781kg）、碎石（1050kg）、減水劑（4.21kg）、粉煤灰（50kg），坍落度160～200mm。

2.2.5 褥墊層

褥墊層厚度200mm，每邊超出基礎外不小于200mm，材料為料徑5～16mm的破碎碎石，夯填度不得大于0.9。

2.2.6 檢測要求

CFG樁施工完畢后28天齡期應選取0.5%且不少于3個點進行復合地基靜載試驗，同時按不小于10%比例選取單樁作低應變動測。

2.3 CFG樁復合地基施工工藝流程

樁位放點→鉆機就位→鉆孔→成孔至設計標高→拌和混合料→邊泵送混合料邊提拔鉆桿至地表→成樁→樁體養(yǎng)護→檢測→清除鉆孔棄土和樁間保護土→樁頭處理→褥墊層鋪設。

2.4 CFG樁復合地基檢測

2.4.1 樁身完整性檢測

根據(jù)基樁檢測技術規(guī)范及設計要求，本工程在施工完成后對樁身完整性進行了檢測。共抽檢了62根樁進行了現(xiàn)場低應變反射波法檢測，結果全部為Ⅰ類樁，樁身完整。

2.4.2 復合地基承載力檢測

根據(jù)基樁檢測技術規(guī)范及設計要求，本工程在施工完成后同時進行復合地基承載力檢測。共抽檢了3根單樁，對其復合地基進行靜載檢測。經(jīng)檢測，復合地基承載力特征值均不小于555kPa，滿足設計要求。具體數(shù)據(jù)參見表1。

3 CFG樁施工的注意事項

通過本工程實例表明，要確保CFG樁質量，要注意以下幾個事項：

3.1 深入了解場地環(huán)境和地質情況，選用合理的成樁工藝

CFG樁成樁的施工工藝對CFG樁復合地基的質量至關重要，而施工工藝的選擇與場地環(huán)境和地基土的性質具有密切關系，因此要選擇確定合理的施工工藝必須首先深入了解場地環(huán)境和地質情況，在此基礎上，合理地選用施工機械，這是確保CFG樁復合地基質量合格的基本條件。

14#樓擬建場地地基土主要是地下水位以上的硬塑—堅硬狀態(tài)黏性土，具弱—中等膨脹潛勢周邊居民區(qū)集中，因此選用長螺旋鉆中心壓灌成樁工藝，該工藝屬非擠土（或部分擠土）成樁工藝，對樁間土的擾動較小，同時具有穿透能力強、無泥皮、低噪聲、質量容易控制、對周邊環(huán)境影響小、施工效率高等特點，非常適合本工程，因此取得了良好的效果。

表1 單樁復合地基載荷試驗結果表Table 1 Single-pile composite foundation load test results

3.2 嚴格控制提拔鉆桿時間及拔管速率

施工時嚴格控制提拔鉆桿時間及拔管速率是確保CFG樁體質量的重要一環(huán)，拔管速率過慢易造成水泥漿分布不勻，拔管速率太快又可能導致樁徑偏小或縮頸斷樁。正常的拔管速率宜控制在1.2～1.5m/min。對于長螺旋鉆中心壓灌成樁工藝，必須控制混合料泵送量與拔管速度相匹配，在飽和砂土、飽和粉土層中不得停泵待料，應杜絕在泵送混合料前提拔鉆桿。

3.3 控制好混合料的坍落度

坍落度控制好，和易性好，成樁質量才能得到保證。對于長螺旋鉆中心壓灌成樁工藝，混合料坍落度宜為160～200mm。

3.4 控制好褥墊層質量

褥墊層能保護樁、共同承擔荷載，充分發(fā)揮樁間土承載力，確保褥墊層的施工質量是確保CFG樁復合地基質量合格的重要條件。褥墊層所用宜采用中砂、粗砂、級配砂石或碎石等硬質材料，不宜采用卵石，最大粒徑不超過3cm。褥墊層鋪設應在樁頭處理完畢后進行，褥墊層厚度宜為樁徑的40%～60%，一般為15～30cm，虛鋪后采用靜力壓實，以保證厚度均勻。

3.5 加強施工過程中的監(jiān)測和反饋

施工過程中，加強監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，以便及時采取有效措施，確保CFG樁復合地基質量。重點應做好已打樁樁頂標高觀測；樁軸線的控制；混合料抽樣測定；保護樁長的控制；褥墊層施工前，樁間浮土必須清除干凈等幾方面的監(jiān)測工作。

4 結論

通過檢測數(shù)據(jù)，顯示14#樓的CFG樁復合地基質量合格，完全達到設計要求。本工程地基處理后復合地基承載力可以達500kPa以上，單樁承載力發(fā)揮系數(shù)大于1.0，經(jīng)濟效益、社會效益顯著，證明在合肥地區(qū)CFG樁復合地基是一種實用性很強的地基處理技術，有極大的發(fā)展?jié)摿?，可廣泛適用于小高層、高層建筑的地基處理中。

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