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【摘 要】文章结合工程实例，介绍了场地的岩土工程地质条件，应用CFG桩处理对软土地基进行了设计，探讨了CFG桩的施工工艺，通过原位测试检验，得出设计满足要求。
【关键词】CFG桩；复合地基；载荷试验
Application of CFG pile composite foundation in engineering
Ma Ru-jiang 1,Liu Qiao-ling 2
(1.Xinjiang Electric Power Design Institute;, Urumqi, Xinjiang 830002;
2.Xinjiang Geotechnical Investigation and Design Institute Urumqi Xinjiang 830000)
【Abstract】In combination with an engineering example, describes the site and ground conditions, application of CFG pile on soft ground was designed to explore the CFG pile construction process, through the in situ testing inspection, draw the design to meet the requirements.
【Key words】CFG pile;Composite foundation;Load test
1. 引言
我国软土地基类别多、分布广，复合地基技术可以很好地利用增强体和天然地基共同承担建筑物的荷载。从而提高软土地基上建筑物的经济性与安全性。CFG桩(cement flying-ash gyavel pile，水泥粉煤灰碎石桩)复合地基作为近年来发展起来处理软弱地基的一种新型加固方法，具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快、工艺性好、灌注方便、易于控制施工质量、工程造价较低等特点，其良好的加同效果，可以满足设计的要求。在软弱地基处理中具有广阔的应用前景。本文结合实际工程实践就CFG桩的设计、施工及检测进行讨论，为同类工程提供借鉴。
2. 工程地质条件
2.1 工程概况。
武汉某工程拟建1个篮球场，总占地面积约6500平方米。本场区范围内地势略有起伏，地貌类型属长江三级阶地。现场地质条件复杂，上部有大量的回填垃圾及软弱土。
2.2 场地工程地质条件。
根据钻孔资料，地基土自上而下可分为：
2.2.1 杂填土Qml：暗黄色，稍湿，成分主要为粉质粘土，含碎石、砖块、植物有机体、生活垃圾等，呈湿～饱和、松散状态，层厚0.50～6.40m。
2.2.2 淤泥质粉质粘土Q4al：灰黑色～灰褐色，湿，流塑～软塑，有腐臭味，含植物根系。层厚2.20～8.50m。
2.2.3 粉质粘土Q4al+pl：灰褐色，稍湿，可塑，含铁锰等氧化物，偶见灰白色团块或条带状高岭土，层厚1.00～3.40m。
2.2.4 粘土Q3al+pl：灰褐色～暗黄色，稍湿，硬塑～坚硬，含铁锰等氧化物，
场区地下水主要为填土层中的上层滞水，本工程抗震设防烈度为六度，场地无液化土层, 场地土类型为中软场地土，属Ⅱ类建筑场地。
3. 复合地基设计
3.1 设计方案确定。
本工程的特点是上部荷载小，对地基承力要求较低，但对变形要求较高。现场地质条件较复杂，上部有大量的回填垃圾及软弱土，杂填土中含许多碎石、砼块、砖块等固体块体及塑料织品，因此必须对地基进行处理以满足工程要求。
换填方案需挖除大量土方，消耗大量砂石，且必须夯实。施工工艺虽然成熟，但施工过程难已控制，压实系数难以达到要求，且开挖较深，边坡存在不稳定问题，影响周边建筑物安全；由于杂填土土性原因，采用碎石桩或粉喷桩均会出现成桩困难，尤其是上部处理效果差，且沉降较大，难以满足设计要求。根据综合分析，认为沉管灌注CFG桩处理效果好、施工周期短、对周边环境影响小造价低的特点，既能对杂填土及软弱土具挤密作用，又能与周围土体共同作用，是一种桩与土体共同作用的复合地基，能够满足该工程对地基要求，因此该工程采用沉管灌注CFG桩对地基进行加固处理。
3.2 CFG桩设计。
设计要求单桩竖向承载力特征值Ra不少于220KN，桩身强度为C15，复合地基承载力fspk≥70kpa，根据工程要求，选择第四系更新统冲积（Q2 lal）层硬塑状态粘土作为地基改良持力层。桩径采用Φ350mm，根据地基岩土地质条件的差异采用不同的桩长或置换率。
根据勘察报告，将篮球场划了4个区：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，各区桩长分别为12m、14m、16m、18m。
3.2.1 各区单桩竖向承载力特征值Ra的确定。
各区分别选择了有代表性的勘探点地层进行单桩竖向承载力特征值Ra的估算，估算公式如下：
Ra = up∑qsili + qpAp
式中：Ra ——单桩竖向承载力特征值（KN）；
up——桩的周长（m）;
qsi 、qp——桩周第i层土的侧阻力、桩端阻力特征值（kpa）;
li——第i层土的厚度（m）;
Ap——桩的截面积（m2）。
计算结果Ra分别为220KN、265KN、304KN、312KN。
桩体试块强度平均值应满足下式要求：
fcu ≥ 2Ra/Ap
式中 fcu——桩体混合料试块（边长150mm立方体）标准养护28立方体抗压强度平均值（KPa）。查规范知桩身强度等级应定为C15。
3.2.2 置换率m按下式计算确定
fspk = mRa/Ap+β(1-m)fs k
式中：fspk ——复合地基的承载力特征值（kpa）;
β——桩间土承载力折减系数；
fs k ——处理后的桩间土承载力特征值（kpa）。
桩距S及桩的布置形式的确定见表1
3.2.3 变形验算。
复合地基加固体的变形量的计算公式如下：
s = ψs s' =ψs∑p0/Esi(ziαi- zi-1αi-1)
经变形计算复合地基中心点沉降很小，约为17mm左右，完全满足规范要求及使用要求。
本工程CFG桩地基处理采用满堂布置，篮球场Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区桩长分别为12m、14m、16m、18m，桩中心距为1.8m，地基处理后的复合地基承载力fspk=70KPa。
3.3 褥垫层设计。
3.3.1 褥垫层作用。
根据规范要求，在复合地基桩顶与地坪底面之间设置一褥垫层，旨在复合地基工作时桩与桩间土协同作用，使二者的作用共同发挥，各得其所。即
3.3.1.1 通过桩顶向垫层中的上刺作用，调整CFG桩和桩间土之间的荷载分担。
3.3.1.2 与碎石相贯通，使水平、垂直排水通道相连接，加速了地基土的排水固结。
3.3.1.3 提高浅层局部滑移时的抗滑力。
3.3.1.4 提高浅部地基土的强度。
3.3.2 褥垫层设计
垫层设置厚度为300mm，材料选用中粗砂、级配砂石（砂与碎石体积比为2：1），粒径小于2 mm的部分不应超过总重的45%，碎石的最大粒经不宜大于30mm，应级配良好。压实系数不应小于0.94。
4. CFG桩施工
施工工艺流程为：测量放线－钻机就位－沉管－混合料搅拌－钻进成孔－灌注及拔管－移机。
4.1 测量放线桩位测放并对测量基线、水准基点及桩位进行复核，桩基轴线的定位点及施工地区附近所设水准点应设置在不受桩基施工影响处。
图1 复合地基静载荷试验p~s曲线
4.2 钻机就位桩机设备就位后必须保持平正、稳固，确保在施工中不发生倾斜、位移。为准确控制沉管深度，应在机架或桩管上设置控制深度的标尺，以便施工中进行观测记录。
4.3 混合料搅拌按设计配比配制混和料，混合料塌落度控制在160～200mm。
4.4 沉管沉管过程中，随机观察其垂直度，发现倾斜及时适当移动桩机进行调整，直至桩管沉到设计桩底标高。沿轴线逐个施打，当桩心距小于3.5d时，采用跳打方式。中间空出的桩位待邻桩砼达到设计强度等级的50%以后再行施打。
4.5 灌注及拔管CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，桩管内灌满砼后，先振动5～10秒，再开始拔管，应边振边拔，每拔0.5～1m，停拔5～10秒，但保持振动，如此反复，直至桩管全部拔出。拔管速度控制在1.2～1.5m/min为宜，在第3.3.1.3层中，拔管速度控制在0.8～1m/min。
4.6 移机： 移机前对下一根桩的桩位进行清理辨识，确保桩位的准确性。
5. 检测结果分析
复合地基静载荷试验。
工程结束后，为了检验CFG桩处理的复合地基加固的效果，在成桩日期达到28d后，选 5 根桩进行静载荷试验，复合地基静载荷试验p~s曲线如图1所示。
当最大试验荷载加到200KPa时，5个试验点位的压力及沉降均能达到相对稳定，压板沉降分别为：6.55、7.01、6.05、6.66、6.94mm,小于承压板宽度的6％。由于各试验点实测p~s曲线均没有出现明显的比例极限，按规范要求，其单点实测承载力特征值取最大试验荷载的1/2,即120kpa,故CFG桩复合地基承载力满足了设计要求。
6. 结论
6.1 根据复合地基静载荷试验结果分析，本工程所采用的CFG桩复合地基承载力特征值为120 kpa，满足设计要求。经过地基处理，使地基的承载力得到大幅度的提高，当最大荷载240 kpa，最大沉降仅为7.01mm。
6.2 在复合地基上设置300mm厚的褥垫层，可保证桩土共同承担荷载，减少沉降变形。
6.3 采用CFG桩加固软土地基是合理的、有效的。
参考文献
［1］ GB50021－2001 岩土工程堪察规范1996.
［2］ 陈伸颐等 土力学 。北京：清华大学出版社 1994.
［3］ 刘永红 地基处理科学出版社 2005 .
［文章编号］1006-7619（2011）03-04-154
［作者简介］ 马如江（1984.04-），男，籍贯：新疆乌鲁木齐，职称：助理工程师。
【关键词】CFG桩；复合地基；载荷试验
Application of CFG pile composite foundation in engineering
Ma Ru-jiang 1,Liu Qiao-ling 2
(1.Xinjiang Electric Power Design Institute;, Urumqi, Xinjiang 830002;
2.Xinjiang Geotechnical Investigation and Design Institute Urumqi Xinjiang 830000)
【Abstract】In combination with an engineering example, describes the site and ground conditions, application of CFG pile on soft ground was designed to explore the CFG pile construction process, through the in situ testing inspection, draw the design to meet the requirements.
【Key words】CFG pile;Composite foundation;Load test
1. 引言
我国软土地基类别多、分布广，复合地基技术可以很好地利用增强体和天然地基共同承担建筑物的荷载。从而提高软土地基上建筑物的经济性与安全性。CFG桩(cement flying-ash gyavel pile，水泥粉煤灰碎石桩)复合地基作为近年来发展起来处理软弱地基的一种新型加固方法，具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快、工艺性好、灌注方便、易于控制施工质量、工程造价较低等特点，其良好的加同效果，可以满足设计的要求。在软弱地基处理中具有广阔的应用前景。本文结合实际工程实践就CFG桩的设计、施工及检测进行讨论，为同类工程提供借鉴。
2. 工程地质条件
2.1 工程概况。
武汉某工程拟建1个篮球场，总占地面积约6500平方米。本场区范围内地势略有起伏，地貌类型属长江三级阶地。现场地质条件复杂，上部有大量的回填垃圾及软弱土。
2.2 场地工程地质条件。
根据钻孔资料，地基土自上而下可分为：
2.2.1 杂填土Qml：暗黄色，稍湿，成分主要为粉质粘土，含碎石、砖块、植物有机体、生活垃圾等，呈湿～饱和、松散状态，层厚0.50～6.40m。
2.2.2 淤泥质粉质粘土Q4al：灰黑色～灰褐色，湿，流塑～软塑，有腐臭味，含植物根系。层厚2.20～8.50m。
2.2.3 粉质粘土Q4al+pl：灰褐色，稍湿，可塑，含铁锰等氧化物，偶见灰白色团块或条带状高岭土，层厚1.00～3.40m。
2.2.4 粘土Q3al+pl：灰褐色～暗黄色，稍湿，硬塑～坚硬，含铁锰等氧化物，
场区地下水主要为填土层中的上层滞水，本工程抗震设防烈度为六度，场地无液化土层, 场地土类型为中软场地土，属Ⅱ类建筑场地。
3. 复合地基设计
3.1 设计方案确定。
本工程的特点是上部荷载小，对地基承力要求较低，但对变形要求较高。现场地质条件较复杂，上部有大量的回填垃圾及软弱土，杂填土中含许多碎石、砼块、砖块等固体块体及塑料织品，因此必须对地基进行处理以满足工程要求。
换填方案需挖除大量土方，消耗大量砂石，且必须夯实。施工工艺虽然成熟，但施工过程难已控制，压实系数难以达到要求，且开挖较深，边坡存在不稳定问题，影响周边建筑物安全；由于杂填土土性原因，采用碎石桩或粉喷桩均会出现成桩困难，尤其是上部处理效果差，且沉降较大，难以满足设计要求。根据综合分析，认为沉管灌注CFG桩处理效果好、施工周期短、对周边环境影响小造价低的特点，既能对杂填土及软弱土具挤密作用，又能与周围土体共同作用，是一种桩与土体共同作用的复合地基，能够满足该工程对地基要求，因此该工程采用沉管灌注CFG桩对地基进行加固处理。
3.2 CFG桩设计。
设计要求单桩竖向承载力特征值Ra不少于220KN，桩身强度为C15，复合地基承载力fspk≥70kpa，根据工程要求，选择第四系更新统冲积（Q2 lal）层硬塑状态粘土作为地基改良持力层。桩径采用Φ350mm，根据地基岩土地质条件的差异采用不同的桩长或置换率。
根据勘察报告，将篮球场划了4个区：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，各区桩长分别为12m、14m、16m、18m。
3.2.1 各区单桩竖向承载力特征值Ra的确定。
各区分别选择了有代表性的勘探点地层进行单桩竖向承载力特征值Ra的估算，估算公式如下：
Ra = up∑qsili + qpAp
式中：Ra ——单桩竖向承载力特征值（KN）；
up——桩的周长（m）;
qsi 、qp——桩周第i层土的侧阻力、桩端阻力特征值（kpa）;
li——第i层土的厚度（m）;
Ap——桩的截面积（m2）。
计算结果Ra分别为220KN、265KN、304KN、312KN。
桩体试块强度平均值应满足下式要求：
fcu ≥ 2Ra/Ap
式中 fcu——桩体混合料试块（边长150mm立方体）标准养护28立方体抗压强度平均值（KPa）。查规范知桩身强度等级应定为C15。
3.2.2 置换率m按下式计算确定
fspk = mRa/Ap+β(1-m)fs k
式中：fspk ——复合地基的承载力特征值（kpa）;
β——桩间土承载力折减系数；
fs k ——处理后的桩间土承载力特征值（kpa）。
桩距S及桩的布置形式的确定见表1
3.2.3 变形验算。
复合地基加固体的变形量的计算公式如下：
s = ψs s' =ψs∑p0/Esi(ziαi- zi-1αi-1)
经变形计算复合地基中心点沉降很小，约为17mm左右，完全满足规范要求及使用要求。
本工程CFG桩地基处理采用满堂布置，篮球场Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区桩长分别为12m、14m、16m、18m，桩中心距为1.8m，地基处理后的复合地基承载力fspk=70KPa。
3.3 褥垫层设计。
3.3.1 褥垫层作用。
根据规范要求，在复合地基桩顶与地坪底面之间设置一褥垫层，旨在复合地基工作时桩与桩间土协同作用，使二者的作用共同发挥，各得其所。即
3.3.1.1 通过桩顶向垫层中的上刺作用，调整CFG桩和桩间土之间的荷载分担。
3.3.1.2 与碎石相贯通，使水平、垂直排水通道相连接，加速了地基土的排水固结。
3.3.1.3 提高浅层局部滑移时的抗滑力。
3.3.1.4 提高浅部地基土的强度。
3.3.2 褥垫层设计
垫层设置厚度为300mm，材料选用中粗砂、级配砂石（砂与碎石体积比为2：1），粒径小于2 mm的部分不应超过总重的45%，碎石的最大粒经不宜大于30mm，应级配良好。压实系数不应小于0.94。
4. CFG桩施工
施工工艺流程为：测量放线－钻机就位－沉管－混合料搅拌－钻进成孔－灌注及拔管－移机。
4.1 测量放线桩位测放并对测量基线、水准基点及桩位进行复核，桩基轴线的定位点及施工地区附近所设水准点应设置在不受桩基施工影响处。
图1 复合地基静载荷试验p~s曲线
4.2 钻机就位桩机设备就位后必须保持平正、稳固，确保在施工中不发生倾斜、位移。为准确控制沉管深度，应在机架或桩管上设置控制深度的标尺，以便施工中进行观测记录。
4.3 混合料搅拌按设计配比配制混和料，混合料塌落度控制在160～200mm。
4.4 沉管沉管过程中，随机观察其垂直度，发现倾斜及时适当移动桩机进行调整，直至桩管沉到设计桩底标高。沿轴线逐个施打，当桩心距小于3.5d时，采用跳打方式。中间空出的桩位待邻桩砼达到设计强度等级的50%以后再行施打。
4.5 灌注及拔管CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，桩管内灌满砼后，先振动5～10秒，再开始拔管，应边振边拔，每拔0.5～1m，停拔5～10秒，但保持振动，如此反复，直至桩管全部拔出。拔管速度控制在1.2～1.5m/min为宜，在第3.3.1.3层中，拔管速度控制在0.8～1m/min。
4.6 移机： 移机前对下一根桩的桩位进行清理辨识，确保桩位的准确性。
5. 检测结果分析
复合地基静载荷试验。
工程结束后，为了检验CFG桩处理的复合地基加固的效果，在成桩日期达到28d后，选 5 根桩进行静载荷试验，复合地基静载荷试验p~s曲线如图1所示。
当最大试验荷载加到200KPa时，5个试验点位的压力及沉降均能达到相对稳定，压板沉降分别为：6.55、7.01、6.05、6.66、6.94mm,小于承压板宽度的6％。由于各试验点实测p~s曲线均没有出现明显的比例极限，按规范要求，其单点实测承载力特征值取最大试验荷载的1/2,即120kpa,故CFG桩复合地基承载力满足了设计要求。
6. 结论
6.1 根据复合地基静载荷试验结果分析，本工程所采用的CFG桩复合地基承载力特征值为120 kpa，满足设计要求。经过地基处理，使地基的承载力得到大幅度的提高，当最大荷载240 kpa，最大沉降仅为7.01mm。
6.2 在复合地基上设置300mm厚的褥垫层，可保证桩土共同承担荷载，减少沉降变形。
6.3 采用CFG桩加固软土地基是合理的、有效的。
参考文献
［1］ GB50021－2001 岩土工程堪察规范1996.
［2］ 陈伸颐等 土力学 。北京：清华大学出版社 1994.
［3］ 刘永红 地基处理科学出版社 2005 .
［文章编号］1006-7619（2011）03-04-154
［作者简介］ 马如江（1984.04-），男，籍贯：新疆乌鲁木齐，职称：助理工程师。