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摘要:本文结合工程实例，就CFG桩复合地基在高层建筑地基加固中的应用进行了探讨，并对CFG桩复合地基的材料、承载力等作了详细分析，还对CFG桩复合地基施工排序作了合理安排，取得了较好的效果，为此类工程的施工提供了范例。
关键词:CFG桩；复合地基；地基加固；设计计算
中图分类号：U457+.3 文献标识码： A 文章编号：
随着社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快，高层建筑项目的建设数量越来越多，尤其是CFG桩的出现，为高层建筑工程建设事业的发展带来了新的活力。CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，是在素混凝土桩基工艺上发展起来的新型桩体，它与桩间土体及褥垫层共同作用，组成CFG桩复合地基，在地基加固中效果十分明显。
1 工程概况
某高层建筑工程，根据勘察资料，该工程场地地层自上而下依次为：
①粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄、褐黄色，稍湿，可塑，Es＝6.0MPa，fk＝17
②粉质粘土(Q3al＋pl)：褐黄色，湿，可塑，Es＝5.2MPa，fk＝100kPa，层厚2.20～0.80m。
③粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄色，湿，可塑，Es＝6.1MPa，fk＝130kPa，层厚6.20～5.68m。
④粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄、褐黄色，湿，硬可塑，Es＝8.7MPa，fk＝210kPa，层厚5.20～4.20m。
⑤粉质粘土(Q2al＋pl)：黄褐色，湿，可塑，Es＝8.1MPa，fk＝190kPa，层厚4.30～1.50m。
⑥粉质粘土(Q2al＋pl)：棕黄色，湿，硬塑，Es＝12.7MPa，fk＝240kPa，层厚12.50～8.10m。
⑦粉质粘土(Q2al＋pl)：棕色，湿，硬塑，Es＝13.9MPa，fk＝250kPa，层厚25.70～25.70m。
⑧粘土(Q2al＋pl)：黄褐色，湿，硬塑，Es＝14.1MPa，fk＝280kPa，层厚11.70～11.70m。
⑨粘土(Q2al＋pl)：黄色，湿，硬塑，Es＝14.8MPa，fk＝300kPa，该层未揭穿。
2 地基处理设计方案论证及选择
根据场地的工程地质条件及水文地质条件，对该场地地基土多种地基处理方案从技术可行性、经济合理性、工程可靠性、當地的工程常用方法及经验和材料的来源、工期长短等影响效益的各种因素进行分析、比较和选择。
2.1 方案一：钻孔灌注桩加固方案
(1)选择桩型、桩材及桩长：根据试桩初步选择φ500mm钻孔灌注桩，混凝土水下灌注用C20，钢筋采用Ⅰ级。经查表得fc＝10N／mm2，fcm＝11N／mm2，ft＝1.1N／mm2，钢筋fy＝f′y＝210N／mm2。初步选择第⑦层粉质粘土为持力层不得小于1m。初步选择基础底面埋深4.5m，则该工程的最小桩长为20.5m。
(2)确定单桩竖向承载力设计值：
①根据桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值，按式Rc＝φ(fcA＋f′yAs)取φ＝1，fc按0.8折减。配筋率初步按0.5％计算，则：
Rｃ＝φ(fcA＋f′yAs)＝0.8×20.5×0.52×π／4＋210×0.005×0.52×π／4＝3.21＋0.206＝3.424(MN)＝3424(kN)
②根据土的物理指标与承载力间的的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值，查《基础工程设计与施工》表4－31，4－32得qsk3＝45kPa，qsk4＝65kPa，qsk5＝55kPa，qsk6＝80kPa，qsk7＝85kPa，qpk＝1200kPa。按式：Quk＝Qsk＋Qpk＝π×0.5(45×3.3＋65×3.7＋55×3.4＋80×8.9＋85×1.2)＋1200×0.52×π／4＝2182.3＋235＝2417(kN)
由此求Ｒ，即Rk＝Quk／2＝1208kN，Ｒ＝966kN。
(3)确定桩的数量和平面布置：初步确定该基础的底面积为74×2.83×2＋22×2.83×5＝730.14(m2)，基础和土自重G＝730.14×4.5×20＝65712(kN)，则桩数按式：
n＝μ(F＋G)／R
式中：N—桩数；
μ—系数，当桩基为轴心受压时μ＝1；当偏心受压时μ＝1.1～1.2；
F—作用于桩基上的竖向荷载设计值，kN；
G—桩基承台或条基和其上的土受到的重力，kN；
R—单桩竖向承载力设计值，kN。
n＝μ(F＋G)／R＝1.1(430×730.14＋65712)／966＝432.3
取ｎ＝433根。
基础布桩采用三角形或矩形布桩。
2.2 方案二：CFG桩复合地基加固方案
CFG桩具有较高的桩身强度，能承受较大份额的上部荷载，以往的加固经验表明，CFG桩加固后的复合地基承载力较加固前可提高2～3倍甚至更高，该场地附近以前工程现场的CFG桩静载试验结果也表明，复合地基承载力可达250～300kPa，单桩承载力亦可达180～200kN，可以满足设计要求。由于CFG桩本身具有良好的排水作用，可使施工产生的超孔隙水压力沿桩体排出。既该方案从技术的可行性、当地工程常用的方法及经验和工程的可靠性都是满足设计要求的。CFG桩复合地基的初步设计：
(1)设计该桩的桩径为：ｄ＝400mm；地基承载力特征值fsp，k≥373kPa。
(2)面积置换率m：依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)中：
fspk＝m(Ra/Ap)＋β(1－m) fsk
式中：fspk—复合地基承载力特征值，取值373kPa；
fsk—桩间土承载力特征值，取值130kPa；
m—面积置换率；
β—桩间土承载力折减系数，取0.75；
Ra—单桩承载力特征值，kN；
取Ra＝490kN(以粉质粘土为桩端持力层，根据经验取值：qsi＝35kPa，qp＝480kPa，桩径D＝400mm)；Ap＝0.1256m2。经计算m＝0.064，取m＝0.10。
(3)桩数：根据公式：nAp＝mS
式中：ｎ—桩数；
S—基础面积。
可计算出每幢住宅楼的桩数：
ｎ＝0.10×730.14／0.1256＝581.3取ｎ＝582根。
采用三角形或矩形布桩。综上所述，对于方案一，由于采用泥浆作业，特别是在易于自然造浆的粘土层钻进，往往会产生大量的高粘度、高比重废泥浆，加上排出的大量钻渣，处理不当很容易造成城区环境条件污染、下水道淤积，在某些情况下，还会造成附近水质的污染，而且施工的费用也高；对于方案二，不仅能提高地基土的承载力达到设计要求，而且施工也容易，操作也简单，工程费用也较低，在当地也是常采用的一种施工工艺。即在该工程2种方案选择中采用CFG桩复合地基进行处理无论从技术可行性、经济合理性、工程可靠性，还是从当地的工程常用方法及经验和材料的来源、工期长短等影响效益的各种因素来说都是一种最佳的选择。
3CFG桩地基加固方案设计计算
3.1方案设计
(1)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)加固设计计算依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)中：
fspk＝m(Ra/Ap)＋β(1－m) fsk
经计算桩距S≤1.58m。12幢住宅楼共需布桩6984根。取桩体强度等级为C10，粉煤灰用量为水泥用量的30％。
(2)布桩原则：本工程CFG桩在基础范围内按三角形或矩形布桩，根据经验及规范要求，边桩中心到基础边缘距离不宜小于400mm。
(3)桩长的确定：水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)以粉质粘土为桩端持力层。根据地基加固技术要求，每根桩宜进入持力层0.50m以上。为保证桩头质量，成桩高度宜比桩设计高度高出0.20m左右。
3.2变形计算
每幢楼均取关键部位用应力面积法进行最终沉降计算，最后取其平均值为最终沉降计算值。基底平均附加应力：P0＝373－4.5×20＝283(kN／m2)
经计算，该幢楼的最终沉降量最大为48.4mm，平均沉降量为27.4mm。可见沉降估算结果满足要求(按《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002中的规定取值)。
4施工技术方案
CFG桩地基处理采用如下施工工藝：测量放线→钻机就位→取土成孔→填筑混凝土至基础设计底标高→基槽开挖至褥垫层底标高→检测→铺设褥垫层→下一道工序施工。
(1)测量放线：施工测量放线是在清理平整好的建筑场地内，首先将建筑物的轴线轮廓测放到拟建场地内，并测放出各基础轴线(该部分工作由土建单位完成)，根据设计的CFG桩布桩图中，各桩和各轴线之间的相对关系，将各桩的位置测放到基础平面上。
(2)取土成孔：将成桩机械移动就位，以取土器对准桩位逐层取土至设计标高。
(3)填筑混凝土拌和料：达到地基处理深度后，向孔中填入混凝土拌和料，分层振捣密实，通过控制重锤高度和锤击数来控制CFG桩桩体混凝土的密实度。
(4)建筑地基CFG桩施工完成后，整平场地，进行表面处理(包括清理桩头等)。待其混凝土达到一定强度(按有关规范)后，进行复合地基的检测—载荷试验。
(5)在表面铺设一层300mm厚的级配良好的碎石，碾压密实，压实后的褥垫层厚度与虚铺厚度比不得大于0.90。如果施工过程中遇到与地质资料有出入或与方案设计不符的地方，须及时通知各方，进行方案调整，保证地基加固处理达到设计效果。
5 质量检测及处理效果
5.1 质量检测的方式
(1)桩间土采用标贯试验、静力触探、轻便触探等手段进行加固前后土的物理力学性质试验；(2)桩体进行静载荷试验；(3)复合地基进行单桩或多桩复合地基静载荷试验。
5.2 处理效果及分析
工程从2010年6月12日开始，连续观测历时14个月，施工期间每7d沉降观测1次，最终沉降量最大为65.4mm，与设计估算结果吻合度较高。结果表明，采用该技术对高层建筑地基进行处理，在荷载及沉降变形等各方面均有较好的表现。
6结束语
利用CFG 桩复合地基加固地基，不仅大幅度提高了地基承载力，还提高了施工速度，并且造价较低。本工程目前已施工完毕，运行至今未出现较大异常状况，这也证明了CFG 桩复合地基应用在高层建筑地基加固中是可行、有效的，值得推广。
参考文献
[1] 钟丽萍.CFG桩在高层建筑地基加固中的应用[J].建设科技.2011（11)
[2] 李向群.高层建筑地基处理中CFG桩的应用[J].城市建设理论研究.2012（21）
关键词:CFG桩；复合地基；地基加固；设计计算
中图分类号：U457+.3 文献标识码： A 文章编号：
随着社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快，高层建筑项目的建设数量越来越多，尤其是CFG桩的出现，为高层建筑工程建设事业的发展带来了新的活力。CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，是在素混凝土桩基工艺上发展起来的新型桩体，它与桩间土体及褥垫层共同作用，组成CFG桩复合地基，在地基加固中效果十分明显。
1 工程概况
某高层建筑工程，根据勘察资料，该工程场地地层自上而下依次为：
①粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄、褐黄色，稍湿，可塑，Es＝6.0MPa，fk＝17
②粉质粘土(Q3al＋pl)：褐黄色，湿，可塑，Es＝5.2MPa，fk＝100kPa，层厚2.20～0.80m。
③粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄色，湿，可塑，Es＝6.1MPa，fk＝130kPa，层厚6.20～5.68m。
④粉质粘土(Q3al＋pl)：灰黄、褐黄色，湿，硬可塑，Es＝8.7MPa，fk＝210kPa，层厚5.20～4.20m。
⑤粉质粘土(Q2al＋pl)：黄褐色，湿，可塑，Es＝8.1MPa，fk＝190kPa，层厚4.30～1.50m。
⑥粉质粘土(Q2al＋pl)：棕黄色，湿，硬塑，Es＝12.7MPa，fk＝240kPa，层厚12.50～8.10m。
⑦粉质粘土(Q2al＋pl)：棕色，湿，硬塑，Es＝13.9MPa，fk＝250kPa，层厚25.70～25.70m。
⑧粘土(Q2al＋pl)：黄褐色，湿，硬塑，Es＝14.1MPa，fk＝280kPa，层厚11.70～11.70m。
⑨粘土(Q2al＋pl)：黄色，湿，硬塑，Es＝14.8MPa，fk＝300kPa，该层未揭穿。
2 地基处理设计方案论证及选择
根据场地的工程地质条件及水文地质条件，对该场地地基土多种地基处理方案从技术可行性、经济合理性、工程可靠性、當地的工程常用方法及经验和材料的来源、工期长短等影响效益的各种因素进行分析、比较和选择。
2.1 方案一：钻孔灌注桩加固方案
(1)选择桩型、桩材及桩长：根据试桩初步选择φ500mm钻孔灌注桩，混凝土水下灌注用C20，钢筋采用Ⅰ级。经查表得fc＝10N／mm2，fcm＝11N／mm2，ft＝1.1N／mm2，钢筋fy＝f′y＝210N／mm2。初步选择第⑦层粉质粘土为持力层不得小于1m。初步选择基础底面埋深4.5m，则该工程的最小桩长为20.5m。
(2)确定单桩竖向承载力设计值：
①根据桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值，按式Rc＝φ(fcA＋f′yAs)取φ＝1，fc按0.8折减。配筋率初步按0.5％计算，则：
Rｃ＝φ(fcA＋f′yAs)＝0.8×20.5×0.52×π／4＋210×0.005×0.52×π／4＝3.21＋0.206＝3.424(MN)＝3424(kN)
②根据土的物理指标与承载力间的的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值，查《基础工程设计与施工》表4－31，4－32得qsk3＝45kPa，qsk4＝65kPa，qsk5＝55kPa，qsk6＝80kPa，qsk7＝85kPa，qpk＝1200kPa。按式：Quk＝Qsk＋Qpk＝π×0.5(45×3.3＋65×3.7＋55×3.4＋80×8.9＋85×1.2)＋1200×0.52×π／4＝2182.3＋235＝2417(kN)
由此求Ｒ，即Rk＝Quk／2＝1208kN，Ｒ＝966kN。
(3)确定桩的数量和平面布置：初步确定该基础的底面积为74×2.83×2＋22×2.83×5＝730.14(m2)，基础和土自重G＝730.14×4.5×20＝65712(kN)，则桩数按式：
n＝μ(F＋G)／R
式中：N—桩数；
μ—系数，当桩基为轴心受压时μ＝1；当偏心受压时μ＝1.1～1.2；
F—作用于桩基上的竖向荷载设计值，kN；
G—桩基承台或条基和其上的土受到的重力，kN；
R—单桩竖向承载力设计值，kN。
n＝μ(F＋G)／R＝1.1(430×730.14＋65712)／966＝432.3
取ｎ＝433根。
基础布桩采用三角形或矩形布桩。
2.2 方案二：CFG桩复合地基加固方案
CFG桩具有较高的桩身强度，能承受较大份额的上部荷载，以往的加固经验表明，CFG桩加固后的复合地基承载力较加固前可提高2～3倍甚至更高，该场地附近以前工程现场的CFG桩静载试验结果也表明，复合地基承载力可达250～300kPa，单桩承载力亦可达180～200kN，可以满足设计要求。由于CFG桩本身具有良好的排水作用，可使施工产生的超孔隙水压力沿桩体排出。既该方案从技术的可行性、当地工程常用的方法及经验和工程的可靠性都是满足设计要求的。CFG桩复合地基的初步设计：
(1)设计该桩的桩径为：ｄ＝400mm；地基承载力特征值fsp，k≥373kPa。
(2)面积置换率m：依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)中：
fspk＝m(Ra/Ap)＋β(1－m) fsk
式中：fspk—复合地基承载力特征值，取值373kPa；
fsk—桩间土承载力特征值，取值130kPa；
m—面积置换率；
β—桩间土承载力折减系数，取0.75；
Ra—单桩承载力特征值，kN；
取Ra＝490kN(以粉质粘土为桩端持力层，根据经验取值：qsi＝35kPa，qp＝480kPa，桩径D＝400mm)；Ap＝0.1256m2。经计算m＝0.064，取m＝0.10。
(3)桩数：根据公式：nAp＝mS
式中：ｎ—桩数；
S—基础面积。
可计算出每幢住宅楼的桩数：
ｎ＝0.10×730.14／0.1256＝581.3取ｎ＝582根。
采用三角形或矩形布桩。综上所述，对于方案一，由于采用泥浆作业，特别是在易于自然造浆的粘土层钻进，往往会产生大量的高粘度、高比重废泥浆，加上排出的大量钻渣，处理不当很容易造成城区环境条件污染、下水道淤积，在某些情况下，还会造成附近水质的污染，而且施工的费用也高；对于方案二，不仅能提高地基土的承载力达到设计要求，而且施工也容易，操作也简单，工程费用也较低，在当地也是常采用的一种施工工艺。即在该工程2种方案选择中采用CFG桩复合地基进行处理无论从技术可行性、经济合理性、工程可靠性，还是从当地的工程常用方法及经验和材料的来源、工期长短等影响效益的各种因素来说都是一种最佳的选择。
3CFG桩地基加固方案设计计算
3.1方案设计
(1)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)加固设计计算依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)中：
fspk＝m(Ra/Ap)＋β(1－m) fsk
经计算桩距S≤1.58m。12幢住宅楼共需布桩6984根。取桩体强度等级为C10，粉煤灰用量为水泥用量的30％。
(2)布桩原则：本工程CFG桩在基础范围内按三角形或矩形布桩，根据经验及规范要求，边桩中心到基础边缘距离不宜小于400mm。
(3)桩长的确定：水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)以粉质粘土为桩端持力层。根据地基加固技术要求，每根桩宜进入持力层0.50m以上。为保证桩头质量，成桩高度宜比桩设计高度高出0.20m左右。
3.2变形计算
每幢楼均取关键部位用应力面积法进行最终沉降计算，最后取其平均值为最终沉降计算值。基底平均附加应力：P0＝373－4.5×20＝283(kN／m2)
经计算，该幢楼的最终沉降量最大为48.4mm，平均沉降量为27.4mm。可见沉降估算结果满足要求(按《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002中的规定取值)。
4施工技术方案
CFG桩地基处理采用如下施工工藝：测量放线→钻机就位→取土成孔→填筑混凝土至基础设计底标高→基槽开挖至褥垫层底标高→检测→铺设褥垫层→下一道工序施工。
(1)测量放线：施工测量放线是在清理平整好的建筑场地内，首先将建筑物的轴线轮廓测放到拟建场地内，并测放出各基础轴线(该部分工作由土建单位完成)，根据设计的CFG桩布桩图中，各桩和各轴线之间的相对关系，将各桩的位置测放到基础平面上。
(2)取土成孔：将成桩机械移动就位，以取土器对准桩位逐层取土至设计标高。
(3)填筑混凝土拌和料：达到地基处理深度后，向孔中填入混凝土拌和料，分层振捣密实，通过控制重锤高度和锤击数来控制CFG桩桩体混凝土的密实度。
(4)建筑地基CFG桩施工完成后，整平场地，进行表面处理(包括清理桩头等)。待其混凝土达到一定强度(按有关规范)后，进行复合地基的检测—载荷试验。
(5)在表面铺设一层300mm厚的级配良好的碎石，碾压密实，压实后的褥垫层厚度与虚铺厚度比不得大于0.90。如果施工过程中遇到与地质资料有出入或与方案设计不符的地方，须及时通知各方，进行方案调整，保证地基加固处理达到设计效果。
5 质量检测及处理效果
5.1 质量检测的方式
(1)桩间土采用标贯试验、静力触探、轻便触探等手段进行加固前后土的物理力学性质试验；(2)桩体进行静载荷试验；(3)复合地基进行单桩或多桩复合地基静载荷试验。
5.2 处理效果及分析
工程从2010年6月12日开始，连续观测历时14个月，施工期间每7d沉降观测1次，最终沉降量最大为65.4mm，与设计估算结果吻合度较高。结果表明，采用该技术对高层建筑地基进行处理，在荷载及沉降变形等各方面均有较好的表现。
6结束语
利用CFG 桩复合地基加固地基，不仅大幅度提高了地基承载力，还提高了施工速度，并且造价较低。本工程目前已施工完毕，运行至今未出现较大异常状况，这也证明了CFG 桩复合地基应用在高层建筑地基加固中是可行、有效的，值得推广。
参考文献
[1] 钟丽萍.CFG桩在高层建筑地基加固中的应用[J].建设科技.2011（11)
[2] 李向群.高层建筑地基处理中CFG桩的应用[J].城市建设理论研究.2012（21）