陈柏宇
云南正元安泰建设工程设计咨询有限公司，云南 昆明，650228
摘要：我国幅员辽阔，各地区的地质条件有所差异，在地质条件不良的地方进行建筑，地基处理是一种行之有效方法。本文就地基处理的方法之一CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）地设计应用进行简单阐述，主要介绍CFG桩复合地基承载力、沉降、设计相关问题探讨及工程实例四方面内容。
关键词：CFG桩复合地基；承载力；沉降；相关问题探讨
1 CFG桩概述
我国幅员辽阔，各地区的地质条件有所差异，在地质条件不良的地方进行建筑，结合“安全、合理、经济”的结构设计理念，地基处理是一种行之有效的方法。地基处理的目的是按照上部结构对地基的要求，对地基进行必要地加固或改良，提高地基土的承载力，保证地基稳定，减少上部结构的沉降或不均匀沉降，消除湿陷性黄土的湿陷性及提高抗液化能力的方法。云南省昆明市的滇池片区，在滇池边上湖泊沉积存在多层的泥炭质粘土的软弱土层，其土质条件很差，其土重度约为10kN/m2，内聚力C约为10kPa，内摩擦角Φ约为4o，压缩模型ES1-2约为3MPa，土的承载力特征值约为80kPa，因此地基处理在此种特定的场地条件是很适用的。水泥粉煤灰碎石桩（以下均简称“CFG桩”）作为刚性桩复合地基的代表在昆明滇池片区使用后效果较好，房屋的沉降可控，且具有良好的经济效应，因此较为推广。CFG桩是由由碎石中添加水泥、粉煤灰和石屑组成，经加水搅拌、固结后形成的高黏结性与高强度的桩。其中碎石作为基础材料，加入的石屑用以调节级配，水泥用作胶结材料，使这些散体材料获得高黏度，另外粉煤灰的添加增强了材料的和易性，粉煤灰在我国过去的一段时间内是较普及工业废料（现如今，倡导节能环保，粉煤灰是火电厂的费料会比较难找，因此出现了素混凝土桩的形式，其受力机理与CFG桩完全相同）。CFG桩不需要在桩内设置钢筋，与常规管桩和设置钢筋灌注桩深基础相比降低了1/3～1/2的成本。
2 CFG桩复合地基承载力
按《建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）》（下简称《地处规》）第7.1.5条规定可知，CFG桩复合地基承载力应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时可按下式进行估算：??spk=λm????/????+??(1???)fsk；其中Ra=up+αpqpAp。由计算公式可知，Ra为CFG桩单桩承载力特征值，实际求解计算和常规桩基一致，为桩身侧阻与端阻之和；m为面积置换率，和CFG桩的直径、间距有关，反映了桩处理土体的范围。复合地基的承载力验算公式即为桩基加强土体承载力与加强土体以外部分的土体自身承载力之和。因此，CFG桩复合地基的承载力的主控因素为面积置换率、桩径、桩距和桩长。需特别注意的是，公式中fsk为未经修正的天然地基承载力特征值，切勿修正。
3 CFG桩复合地基沉降
CFG桩复合地基的沉降变形由三部分组成：一是桩长范围内土的压缩变形，二是下卧层的变形，三是褥垫层的压缩变形。令桩顶沉降为Sp，桩间土表面沉降为Ss，桩端处桩沉降为。由于CFG桩体模量较大，在通常荷载下，轴向力引起桩的压缩量很小，可以忽略不计。这样，桩体任一断面处的位移认为与桩顶的位移相等，即SP=S’P。由于桩间土表面的沉降大于桩顶的沉降，桩顶的一部分进入到褥垫层中，称之为上刺入变形，用△上表示△上=SS-SP桩端处土的位移用SS表示。在桩端处，桩的沉降大于土的沉降，即产生下刺入变形，用△下表示△下=SP-S′S设桩长L范围内土的压缩量为S1，则有S1=△上+△下设下卧层变形量为S2，褥垫层压缩量为S3，则基础总变形为S=S1+S2+S3。
因工程中褥垫层变形量很小，可以忽略不计，基础总变形为S=S1+S2在CFG桩复合地基沉降计算中，通常根据复合地基变形模式将沉降量分为两部分，即复合地基加固区压缩量S1与复合地基加固区下卧层压缩量S2，分别计算再求和。具体计算方法可按《地处规》7.1.7、7.1.8条规定执行。
4 CFG桩复合地基相关问题探讨
主要探讨两方面的问题：CFG桩顶与基础之间的褥垫层设置和CFG桩布桩设计。阐述如下：
（1）褥垫层设置。褥垫层能确保桩、土共同承担荷载，是CFG桩形成复合地基的重要条件。褥垫层的厚度也关系到桩、土分担荷载的比例，一般情况下，褥垫层越薄，CGF桩分担的荷载越大，土分担的荷载越小，反之，则CGF桩分担越小，土分担越大。因此，《地处规》第7.7.2条规定，“桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜为桩径的40％～60％。褥垫材料宜采用中砂、粗砂、级配砂石和碎石等，最大粒径不宜大于30mm。”规范中较为严格地控制了褥垫层的厚度及材料质量，其原因在于为了控制桩、土共同作用的合理比值，其次CFG桩身是不配筋的，抵抗水平荷载能力较弱，褥垫层能有效的传递荷载到地基土上。再需注意的一点是，CFG桩顶应与褥垫层平齐，不能出现CFG桩顶进入褥垫层的情况，这种设计是错误的同时也存在较大的安全隐患。
（2）CFG桩布桩。首先应注意布桩的方式及间距，因为置换率m因布桩方式及间距不同而不同。按《地处规》第7.1.5条规定，桩分担处理地基面积的等效圆直径，对于三角形布桩为1.05倍间距，对于正方形布桩为1.13间距，因此布桩形式应充分重视，如果出现三角形与正方形混用的布桩方式，复合地基的承载力要求用同一承载力值时，应将三角形布桩的间距应加大到正方形布桩的1.08倍。
5 CFG桩复合地基工程实例
笔者曾组织设计了昆明市滇池边一公寓式建筑，平面尺寸43.2x10.2m，地上11层，地下一层，大屋面高度34.2m。如前文所述，滇池边存在多层泥炭质粘土的软弱土层，结合“安全、合理、经济”的结构设计理念，最后基础形式选型为CFG桩复合地基上的筏板基础，桩径400mm，桩长7m，桩端持力层为性质较好的粘土层，桩心距为2.4m按正方形整栋单体下均匀布置，筏板与素混凝土桩之间设置250mm厚褥垫层。地下室开挖至基础底，持力层为粘土层，但存在泥炭质粘土的软弱下卧层，持力层粘土层的承载力特征值为130kPa，CFG桩复合地基处理后的预估的承载力特征值为220kPa，预估整体沉降为140mm。该公寓式建筑在复合地基载荷试验及单桩承载力极限值试验中，其试验结果值均能满足设计要求，建筑于2017年投入使用，至2018年9月进行的最新沉降观测显示，最大的累计沉降量为49mm，总沉降量及沉降差远小于规范限值。该项目采用CFG桩复合地基+筏板基础方案与常规的长螺旋（或旋挖）钻孔灌注桩+承台+防水底板的基础方案相比，钢材用量约节省30%，总造价约节省20%。
6 结语
一般情况下，地基基础结构费用，复合地基优于桩基础，同时采取复合地基后提高了地基承载力（提高30%~50%），有效的减少了地基的沉降量。CFG桩复合地基是一种有效地加固地基的方法，但因我国幅员辽阔，地质条件的多样性，在使用CFG桩复合地基时也应重视其本身的适用性。本文从笔者认为设计中应重视的关键问题出发，简单介绍了CFG桩复合地基承载力、沉降、设计相关问题探讨及工程实例四方面问题，也仅仅是管中窥豹，可供相关设计人员设计参考。
参考文献
[1] 建筑地基处理技术规范：JGJ79-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2] 朱炳寅、娄宇.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京，中国建筑工业出版社.2013
[3]刘金波、李文平等.建筑地基基础设计禁忌及实例 [M].北京，中国建筑工业出版社.2013