CFG桩复合地基在不同领域的应用讨论

司文明，等：ＣＦＧ桩复合地基在不同领域的应用讨论　・２５７・　ＣＦＧ桩复合地基在不同领域的应用讨论　司文明，唐元丽　（西南交通大学土木工程学院，成都６１００３１）　摘要：以实例分析ＣＦＧ桩复合地基在建筑和公路与铁道工程领域中的不同应用。通过比较，　得到其运用于建筑和公路与铁道工程领域中的异同点，以及其在公路与铁道工程中使用时应注意的　问题。　关键词：ＣＦＧ桩复合地基；建筑工程；公路与铁道工程　中图分类号：ＴＵ４７２．３　２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０４—０２５７—０３　０前言　压缩性较小的土层上，根据岩土工程勘察报告揭露的　ＣＦＧ桩是由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺适量水泥　土层情况，首先试确定ＣＦＧ桩桩长　。　加水拌和，用各种成桩机制成的可变强度桩，称之为　（２）桩径ｄ。桩径取决于所选用的施工设备，现　水泥粉煤灰碎石桩　。它广泛适用于黏性土、淤泥、　国内ＣＦＧ桩多采用长螺旋钻管内泵压ＣＦＧ桩施工工　淤泥质土、粉土、砂性土、杂填土及湿陷性黄土等地　艺，螺旋叶片直径多为４００～６００　ｍｍ，以４００　ｍｍ的　基。ＣＦＧ桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层三部分构　居多。　成。褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当的变　（３）桩间距ｓ。在桩长、桩径确定后，首先需计　形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受　算单桩承载力。然后根据天然地基承载力和设计要求　力；同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由　的复合地基承载力求出桩间距。　于周围土侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同　（４）桩体强度。桩体配比按桩体强度控制，桩　工作形成了一个复合地基受力整体，共同承担上部传　体块式的抗压强度应满足　＝３Ｒ　／Ａ　。　来的荷载　。　（５）复合地基变形验算。根据建筑地基基础设　计规范推荐公式验算。　１　ＣＦＧ桩复合地基的设计　（６）褥垫层厚度及材料。褥垫层厚度一般取ｌ０　（１）桩长Ｌ。ＣＦＧ桩要求桩端坐落在强度较高与　—３０　ｃｍ为宜，材料可用粗砂、中砂、碎石、级配砂　石（最大粒径不大于２０　ｍｍ）。　收稿日期：２００９—０６—２５　作者简介：司文明（１９８６一），男，河南周口人。硕士研究生，主　…　要从事路基工程研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｉｗｅｎｍｉ　ｇ０１２４＠　２　建筑工程领域中的应用　１２６．ｃｏｎｒ。　ＣＦＧ桩复合地基以其自身的诸多优点，特别是在　…。’．１¨　－　－．¨・．“＿＿１．｜＿‘”　・’。　ｌ｜＿・。ｌ…　・‘一　¨…　＿。‘　ｌ－。’　”－¨¨．一－‘｜｜¨・．“．１¨．．　‘．｜¨｜＿・。－Ｉｌ｜　‘ＩＩｌ｜Ｉ一’”　‘・　。．．１｜¨’。｜－１．…’　。Ｉ　－‘　¨　　・。’　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｆｒａｍｅ　Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｇｒａｖｅｌ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ＨＵ　Ｌａｎ—ｌａｎ　，ＬＩ　Ｆａｎｇ．ｗｅｉ　，ＣＡＩ　Ｂｉｎ　（Ｉ．Ｃａｐｉｔａｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｏｆｆｉｃｅ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｈｅ　Ｓｉｘｔｈ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｏｕｒｔｈ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ　ｏｆ　ＣＣＣＣ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１０００１，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｗｕｈａｎ　Ｊｉｎｇｗｅｉ　Ｐａｉｎｔｉｎｇ＆Ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｗｕｈａｎ　４３００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｇｒａｖｅｌ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｆｕｃｈａｏ　ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｆｒａｍｅ—ｃｏｍｐａｃｔｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｇｒａｖｅｌ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｏｉｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｇｒａｖｅｌ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　・２５８・　路基工程　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１０年第４期（总第１５１期）　地基处理上的优良性能，使其在建筑工程领域中得到　很广泛的推广，应用已经非常成熟。以下谈一个具体　的应用实例。　一民用建筑地上２１层，地下１层，剪力墙结构，　筏板基础，底板面积３５　ｍ×３０　ｍ。基础埋深７．００　ｍ，　地下水位２．６３　ｍ。　（１）桩长。因桩端持力层为可塑、中密、低压　缩性的粉质粘土层，该层土的承载力标准值为２２０　ｋＰａ，压缩模量为１７．５　ＭＰａ，桩长取为１８．５　ｍ。　（２）桩径。采用排土的长螺旋钻管内泵压ＣＦＧ　桩施工工艺，确定桩径为４００　ｍｍ。　（３）单桩承载力。根据式　。＝　∑ｑ　＋ｑｐＡ　可知，Ｒ　＝８４０　ｋＮ。　（４）复合地基承载力。由Ｐ　＝　可得　＝　４６６　ｋＰａ。　Ｒ　（５）桩间距。把厶　代入式厶＝ｍ　＋　（１一　，１ｐ　ｍ）厶中求得ｍ：０・０１５８，则５　√　ｌ・５５７，初步　确定桩间距为１．５　ｍ。此时复合地基承载力标准值　＝４９２．７　ｋＰａ。　（６）沉降量。Ｓ＝　ｓ　＝　∑　（ｉ　１一ｓｉ　　一　一。　一　）。　按筏板基础下不同点的沉降计算，最大沉降量为　７２．５　ｍｍ，平均沉降量为５５．６　ｍｍ，在规范允许范　围内。　（７）桩体强度。由　＝３Ｒ　／Ａ　可知　＝２０．０６　ＭＰａ，取ＣＦＧ桩桩体强度等级为Ｃ２５。　（８）褥垫层厚度。根据建筑物荷载和基底土质　情况，确定褥垫层厚度为２０　ｃｍ。　（９）布桩。根据等间距进行布桩，确定的理论　布桩数／＇ｔ＝Ａ／ｓ　＝４６７根。实际布桩数要比理论布桩　数多６％左右，实际计算桩数为４９６根左右。　３公路与铁道工程领域中的应用　已建成的高速公路和正在建设的铁路客运专线，　在地基处理技术上，越来越多地使用ＣＦＧ桩复合地　基。如武广客运专线为满足无碴轨道对沉降控制的要　求，对软土、松土地段进行ＣＦＧ桩加固处理。全线　路基基础处理措施以ＣＦＧ桩加固为主，共设计ＣＦＧ　桩约１　５２６万ｍ。在施工图设计中，按照１５　ｍｍ的工　后沉降控制标准对韶关至花都段全部路基的地基进行　重新验算，原来已经采用地基加固的地段约１１．６１５　ｋｍ路基地基加固工点中，约有６０％以上，７．１０　ｋｍ　地段路基工后沉降超过１５　ｍｍ但小于３０　ｍｍ，需要加　固措施处理，主要措施为将水泥搅拌桩及强夯改为　ＣＦＧ桩加固，原设计ＣＦＧ桩桩间距加密和桩长　加深　。　又如淮盐高速公路西起淮安市楚州区，东至盐城　市盐都区，路线全长约１０４　ｋｍ。设计为四车道，行车　速度为１２０　ｋｍ／ｈ，路基宽度为２８　ｍ。　（１）桩长。工程勘察揭示本试验段淤泥软土的　最大埋深为约１４．０—１５．０　ｍ，设计桩长为１７．０　ｍ，　桩体打穿软土层进入工程性质较好的下卧层约１．０—　２．０　ｍ，以充分发挥桩侧摩阻力和端承力，有利于控　制地基沉降。　（２）桩径。试验段采用振动沉管工艺施工，沉　管直径４５０　ｍｍ，考虑成桩扩孔效应，设计桩径为　５００　ｍｍ。　（３）桩距。ＣＦＧ桩桩距可取为１．５～２．５　ｍ。为　安全起见，在距桥头较近路段采用１．５　ｉｎ，稍远处路　段采用１．８　ｉｎ，以调整桥头路段的地基刚度，使桥头　路段和一般路段渐变平稳过渡，避免桥头跳车。　（４）单桩竖向承载力特征值。经计算得到单桩　竖向承载力特征值约为４０８．４　ｋＮ，故设计单桩竖向承　载力特征值为４００．０　ｋＮ。　（５）复合地基承载力特征值。本试验段天然地　基承载力平均约为５０　ｋＰａ，计算桩距１．５　Ｉｎ和１．８　ｍ　的ＣＦＧ桩复合地基承载力特征值分别为２３９　ｋＰａ和　１７７　ｋＰａ。考虑到理论计算时取值参数的不精确性，　为确保工程质量的安全，并考虑施工过程中诸多不可　预见的不利影响因素，对理论计算结果进行折减，折　减系数取０．７，上述承载力分别为１６７　ｋＰａ和１２４　ｋＰａ。试验路段设计填土厚度约４．０　ｉｎ，考虑路面荷载　和安全储备因素，因此设计桩距１．５　ｍ的定为１６０　ｋＰａ为合格，桩距１．８　ｍ的定为１２０　ｋＰａ为合格。　（６）桩体强度。计算得到桩体强度宜大于等于　６．１　ＭＰａ，取安全系数为２．５，设计桩体强度　＝１５，　即为Ｃ１５以上强度。　（７）褥垫层及布桩形式。褥垫层厚度一般取１Ｏ　～３０　ｅｍ，考虑到试验路段土质超软，设计铺设厚度　为４０～５０　ｅｍ的碎石褥垫层。　采用正三角形满堂布桩，确保路基范围内软基得　到比较均匀的加固。　（８）复合地基沉降计算如表１。在不作任何处理　的天然地基下，设计填土荷载作用下天然地基沉降量　将达到约１２５　ｃｍ，打设ＣＦＧ桩后可减少地基沉降量　８０％左右，地基刚度和承载力将得到大幅度提高，　可减少桥台和路堤之间的差异沉降以避免桥头跳车　现象。　表１　ＣＦＧ桩处理前后地基最终沉降计算值　司文明，等：ＣＦＧ桩复合地基在不同领域的应用讨论　・２５９・　（４）近年来随着ＣＦＧ桩复合地基在公路与铁道　４在不同领域应用的异同点　工程领域中的广泛应用，一些新的问题也逐渐暴露出　来。例如，有的桩没有达到预定的作用，有的桩发生　断裂或者偏移很大，导致地基的沉降超出了规定的要　求。所以现在有些铁路路基工程上采用了桩板墙复合　地基这一新型的路基加固技术。　５结论　（１）在建筑工程中ＣＦＧ桩复合地基的设计都要　求采用计算的结果来设计桩长、桩径、桩距、桩承载　力等桩的一些基本要求和属性；而在公路与铁道工程　应用中，多根据实际需要，把计算结果再进行修正，　并预留了较大的安全余量。这因为一是ＣＦＧ桩复合　地基在建筑结构中运用已十分成熟；二是在一般建筑　结构中主要承受的是静载，工后阶段桩土间应力比基　（１）铁路工程对路基的作用原理与建筑工程对　地基的作用原理有很大区别，建筑工程荷载通过基础　对地基施加刚性荷载，而铁路路基直接承受上部路堤　本能维持建筑完工后的平衡状态，通过垫层传递到桩　和桩间土上的荷载比较明确，且建造范围是区域的、　有限的；三是建筑结构的设计计算理论比较成熟，有　较多的工程实例。而公路与铁路工程地基主要承受动　载，桩土应力关系在工后阶段变化较大，桩的上刺和　下穿都会破坏上面路基的完整性和下卧层的稳定性，　对沉降控制不利。同时，柔性基础条件下荷载与桩及　桩问土的相互作用关系不确定性因素较多，还没有形　成公认的计算理论和设计方法。铁路路堤是在２００２　的自重和列车运行产生的柔性荷载。　（２）公路和铁路ＣＦＧ桩复合地基的设计都是根　据建筑行业的设计理论进行的，必然与实际情况存在　偏差。　（３）目前对公路和铁路ＣＦＧ桩复合地基的固结　性状和工后沉降的设计计算方法的研究较少，设计上　一般还不能进行精确计算。因此，需要对施工和运用　年首次引进ＣＦＧ桩技术，武广客运专线、沿海铁路　等均大量采用了ＣＦＧ桩处理软弱地基，其设计主要　采用《建筑地基处理技术规范》中的方法，该法直　接应用到路基上还有很多问题需要解决。　期的效果进行严格监测，以确保工程质量和营运　安全。　参考文献：　［１］张伟．ＣＦＧ桩软基加固技术在高速铁路路基中的应用［Ｊ］路基工程，　２００８（２）：１８１～１８２．　（２）不同的沉降要求是ＣＦＧ桩复合地基在建筑　工程和公路与铁道工程应用的最大区别。建筑地基沉　降标准为不大于１２０　ｍｍ，高速铁路路基工后沉降要　求一般不大于１５　ｍｍ，其标准远高于民用建筑地基。　因此，直接将刚性载荷试验方法移植到以柔性基础为　主的铁路工程，其结果必然与实际情况存在偏差。　（３）ＣＦＧ桩复合地基法加固深度大，成桩质量　容易控制，成本介于水泥搅拌桩和预制预应力管桩之　［２］孙晓科，宫全美，王炳龙．ＣＦＧ桩复合地基参数敏感性分析［Ｊ］．路　基工程，２００８（６）：１５６—１５７．　［３］邓跃光，黄荣．ＣＦＧ桩复合地基的原理和设计［Ｊ］．地质灾害与环境　保护，２００２，１３（３）：６９—７３．　［４］林晖．ＣＦＧ桩复合地基桩土分担荷载比研究［Ｊ］．土工基础，２００４，　１８（１４）：５０—５３．　［５］阎明礼，张东刚．桩复合地基技术及工程实践［Ｍ］．北京：中国水利　水电出版社，２００１．　间，应用于高速公路软基处理己积累一定的工程经　验，但对深厚超软地基中成桩工艺、加固机理以及设　计计算方法等尚缺乏系统深入的研究，对ＣＦＧ桩复　［６］郭建中．ＣＦＧ桩复合地基在高层建筑地基处理中的应用［Ｊ］．四川建　材，２００９（１）．　［７］武广铁路客运专线建设技术汇编（第一辑）［Ｃ］．成都：西南交通大　学出版社，２００７．　合地基的固结性状和工后沉降的设计计算方法的研究　也不多。　’”¨¨・’‘Ｉ＿１．¨　‘。¨¨¨。”ｌ…｝’”　’“　Ｉ‘¨　‘。”　。’　－’‘　”　・　＿ｌ¨Ｉ１’“¨ｈ　。‘．１¨　”　・　¨　…　。‘　ｌ－。’　ｌ－’’＿¨ｌ　’”　ｔ　‘　¨……　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＦＧ　Ｐｉｌｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｆｉｅｌｄｓ　ＳＩ　Ｗｅｎ—ｍｉｎｇ，ＴＡＮＧ　Ｙｕａｎ—ｌｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＦＧ　ｐｉｌｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｗａｙ＆ｒａｉｌｗａｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｌｉｖｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ．ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｗａｙ＆ｒａｉｌｗａｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｎｏｔｉｃｅａｂｌｅ　ｐｏｉｎｔｓ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｈｉｇｈｗａｙ＆ｒａｉｌｗａｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＦＧ　ｐｉｌｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｈｉｇｈｗａｙ　ａｎｄ　ｒａｉｌｗａｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ