他国山
北京市勘察设计研究院有限公司
摘要：近年来,随着我国建设事业的飞速发展,越来越多的工业厂房和民用建筑在兴建,这就对地基提出了较高的要求，从而推动了软地基处理技术的快速发展。该文分析了着重介绍了CGF桩与碎石桩处理方案及其适用条件,同时又简单了介绍怎么进行地基处理方案的选择,进行CGF桩与碎石桩复合地基在工程中的应用探讨。
关键词：CGF桩；碎石桩；复合地基
1、CFG桩在复合地基中应用
1.1、CFG桩简介
CFG桩是英文Cement Fly-ash Gravel的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的具有一定强度的可变强度桩。CFG桩是一种低强度混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力共同作用，并可传递荷载到深层地基中去，具有较好的技术性能和经济效果。CFG 桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、碎石、粉煤灰、石屑、砂掺水拌和而成的高粘结强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在 C15 至 C25 之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土通褥垫层形成 CFG 桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。相较于预制混凝土桩，CFG 桩造价低；相较于碎石桩，CFG 桩承载力较高，因此广泛应用于地基处理领域。针对公路地基的处理方法较多，主要包括换填法、深层密实法、排水固结法、真空排水预压法、加筋技术、化学加固法以及膨胀土地基、液化地基等处理方法。相较于其他公路地基处理方法，CFG桩造价低且承载力高，因此选用 CFG 桩进行处理
1.2、CFG桩基本原理
粘结强度桩是复合地基的代表，多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称（即cement fIying-ash gravel pile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。
CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应增加了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。
1.3 CGF桩在复合地基中应用
CFG桩复合地基施工不同于其它复合地基施工工艺。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）7.7.3条规定：CFG桩施工桩顶标高宜高于设计桩顶标高不少于0.5m。当施工作业面高出桩顶设计标高较大时，宜增加混凝土灌注量。因为成桩时桩顶标高不可能正好与设计标高完全一致，一般要高出有效桩长一部分。规范规定不少于0.5m，实践证明这个长度是很难控制的。基础开挖后，实际保护桩长远远大于0.5m。因为实际操作过程中，施工人员担心桩顶一般由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响。预留部分较短时，靠近桩顶一般桩体强度较差，实际操作，预留保护长度基本都大于0.5m。结合施工实际，一般都在1.0~1.2m范围。建议CFG桩复合地基设计说明时，明确保护桩长的长度由0.5m变为1.0m为宜，符合工程实际。
2、碎石桩在复合地基中的应用
2.1碎石桩简介
碎石桩（GravelPile）是以碎石(卵石)为主要材料制成的复合地基加固桩。当以砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等为填充料制成的密实桩体称为砂石桩。在密实桩体的帮助下，提高地基的承载能力，因此被称为复合地基。其发展历史是由1937年的德国凯勒公司设计制造出的具有现代振冲器雏形的机具，用来挤密砂土地基获得成功。20世纪60年代初，振冲法在德国开始用来加固粘性土地基，由于填料是碎石，故称为碎石桩，随后在世界各国推广应用。比如德国和英国等国家均把碎石桩法运用到软基处理的实体工程中。随后的日本等国家也相继用碎石桩处理软基去的很好的效果。在最近几年碎石桩加固地基早已普遍的运用到每个土木、交通、土建、水利工程等领域，而且发展越来越成熟，从最初的主要用来加固松砂地基，然后到后来的各种粘性地基。碎石桩加固松砂地基的工作工作机理主要是振冲挤密作用。然而碎石桩处理粘性土地基的的主要工作机理振冲置换[5]。国内外对振冲碎石桩法的应用均在半理论半经验的水平。首先对软土地基现场做地质勘查，根据规范或者先例进行碎石桩的设计，然后进行试验段的施工，取得最佳的施工参数进行设计修改，最后根据试验段的修改参数进行最后的施工。碎石桩施工完，等3~4周后碎石桩周边土体固结完成后进行原位测试和单桩静载试验，检测碎石桩复合地基的处理效果。若合格进行路基的填筑，若不合格进行修补工作直至合格。然后修筑垫层形成桩网复合地基。由于碎石桩加固软土地基施工简易，能大幅度提高路基的承载力，减小路基的沉降，在很多的工程实例上已经取得很好的效果，提供了很多的施工、加固、处理的经验。
2.2碎石桩复合地基的分类
按照施工方法的差别，碎石桩复合地基可分为振冲碎石桩复合地基、干法振动挤密碎石桩复合地基、沉管碎石桩复合地基，这些碎石桩复合地基都属于前述的散体材料桩复合地基。
(1)振冲碎石桩复合地基按照碎石桩加固机理，振冲碎石桩复合地基基本上都是靠振冲器进行振冲挤密减少土体颗粒之间的空隙，增大密实度。或者依靠振冲器在软土地基上形成一个孔，在孔内填入强度高的碎石。
(2)干法振动挤密碎石桩复合地基此复合地基，主要利用干法振冲器形成孔，使原桩位的土体在外力作用下和周围的土体相互作用，提高土体的强度，减小土体的空隙，同时在孔内填入强度高的碎石、砾石，形成碎石桩。此碎石桩和周围的土体形成了碎石桩复合地基。
(3)沉管碎石桩复合地基此复合地基主要是采用沉管打桩机在软土地基进行作业，外加高强度的碎石、砾石等材料，形成碎石桩复合地基。
(4)强夯置换碎石桩复合地基此复合地基主要是利用夯锤的重力，在重力的作用下，击成孔，然后填入碎石、砾石等材料，形成碎石桩复合地基。
2.3碎石桩在复合地基中应用
碎石桩对松散砂土的加固机理主要有以下三个方面：1)挤密作用利用沉管法等对碎石桩施工时，在制桩过程中，其桩管往往对其周围土体造成很大的横向排挤力，压缩了周围土体，增大了周围土体的密实度。在使用振动法制桩时，同碎石桩周围土体在荷载振动挤密下，会造成土体颗粒的重排列。在这个过程中会使周围砂土的密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大。从路基性能上来看，提高了路基的承载力，增大了路基的密实度，减少了路基在荷载作用下的沉降。所以说碎石桩对松散砂土的加固挤密作用是很明显的。其挤密效果主要体现在一下几个方面：①碎石桩施工过程中的挤密作用，会使松散砂土的颗粒结构重排列至稳定状态，其地基承载力也随之增大。②挤密后的土体，其后面的固结沉降会变小。③挤密砂土地基其孔隙比小于其临界孔隙比，不易在日后发生液化。④经过挤密过程的碎石桩其会更好的抵御抗剪力和水平力。2)排水作用通过对砂土液化机理的研究表明，饱和的松散砂土受到剪切循环荷载作用时，其体积将收缩，土体更加趋向密实状态。同样碎石桩中的填充材料军事透水性良好的材料，比如说卵石、砾石等，所以碎石桩就在地基中形成了一个竖向的排水渠道，这样就可以有效的排除地基水，从而更好的防止砂土的液化，促进地基的排水固结程度，提高地基的强度。3)防震作用在碎石桩成孔或成桩时，往往受到很大的振动、挤密作用，这时候填料也会受到振动和挤密的作用，此时土体也受到了预震的作用，同时增强了抵抗液化的能力。
从碎石桩复合地基的作用机理和施工方法来看，其主要作用有以下几点:1）桩体作用由于碎石桩桩土的强度、刚度要比周围土体大很多，在路基荷载的作用下，桩土之间互相作用，在受力平衡的条件下，在碎石桩桩体上面会产生集中应力。这样碎石桩桩体就会承担更多的竖向应力，提高了地基承载力，同时减小了地基沉降。当然碎石桩桩体的强度越大，其承担的应力就越大，桩体的作用越明显。2）垫层作用碎石桩复合地基中的垫层就是使在路基荷载的作用下，整个复合地基都能均匀的受力，增大应力扩散角，减小地基沉降，防止沉降不均匀。3）排水作用由于碎石桩的透水性能很好，可以很好的排除地基中的水。在路基荷载的作用下，地基中会产生超孔隙水，这时候通过碎石桩就可以消散。4）挤密作用碎石桩在施工的同时往往会挤密周边的土体，提高土体的强度，减小土体的空隙。5）加筋作用在碎石桩复合地基整体的稳定分析中，复合地基中的增强体有加筋效用;由于增强体的加筋效用，复合土体具有较高的抗剪强度。综合上述5种作用，可以看到碎石桩复合地基可以减小地基的沉降，增大地基的承载力，防止地基的不均匀沉降，有利于地基的排水，能很好全面的处理软土地基。
3、结语
上述两种地基处理方法各有优缺点,不同的加固机理，我们怎样选择合适的处理方法呢，可参考下述步骤进行选择:
(1）前期工作:调查施工地区的水文地质、气候条件、岩土工程勘察资料，结合工程的要求和天然地基出现的问题,确定地基处理的范围和目的,设定预期效果,借鉴当地地基处理经验和必要的施工条件初步拟定地基处理方案。
(2〉根据建筑物的建筑类型、结构类型、所承受荷载、施工要求、并结合地质情况、地形结构和对临近建筑物的影响等因紊综合考虑进一步选定地基处理方案。
(3）对筛选出的方案进行比选，分别从地质、水文、施工可行性、工期长短、季节要求和工程预算等多方面选定一个合理、经济的方案。
(4)已选定的地基处理方案,易按抗震设防烈度、地基基础设计等级以及场地复杂程度,建筑物设计等级,在具代表性的场地上进行实验性分析,并进行全面的测试，以检验设计参数、施工工艺，并适时改良施工方案的合理性和处理效果,必要时更换施工方案。
参考文献
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