CGF桩复合地基在建筑结构中的应用范文

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《工程与建设杂志》2014年第二期

1CFG桩复合地基的设计方法

1.1CFG桩复合地基理论基础通常情况下，采用一定的技术手段处理过的人工地基称之为复合地基，水泥粉煤灰碎石桩简称为CFG桩。CFG复合地基的主要成分包括水泥、粉煤灰、砂石、碎石、石屑等，这些成分按照一定的比例进行加水拌和，然后通过相应的机械设备进行加工，最后制成桩，其强度等级为C25～C30［3］。CFG复合地基包括3个部分，即褥垫层、桩间土和桩体。（1）CFG桩复合地基的加固原理。如果基础受到来自垂直方向的荷载力的作用时，CFG复合地基的桩间土和桩体均会出现不同程度的沉降变形，由于桩和土的自身性质的不同，在垂直荷载的作用下，桩间土的变形模量要远远超过桩体的变形模量，因此，桩间土的沉降变形要比桩体的沉降变形大，然而，褥垫层铺设于基础的下部，能够起到一定的缓冲作用，桩体受到垂直荷载作用是，可以向上刺入，在这个过程中，褥垫层中的材料受到挤压而不断调整，进而补充到桩间土上，这个过程可以保证桩间土和桩体都能够在荷载力的作用下，不间断的进行工作。桩间土受到桩体的挤压作用，会相应的提高桩间土的密实程度，进一步提高桩间土的承载能力。此外，由于桩体周围应力的改变，使得桩体的受力性能也发生变化，两者循环工作，构成复合型的整体，一起承担基础的各项荷载。（2）CFG桩复合地基可以改善地基属性。①首先，桩体作用。CFG桩复合地基在加工过程中，需要经过加水拌和，由于CFG桩复合地基的成分中含有水泥、粉煤灰，这两者遇水之后，会出现凝硬反应，进而形成稳定的结晶化合物，这种化合物的主要成分包括钙铝黄长石水化物、硅酸钙水化物以及氯酸钙水化物，该结晶化合物不溶于水，此外，CFG桩复合地基的成分中还有砂石、石屑和碎石等，这些成分中间存在一定的空隙，结晶化合物就会以纤维状的结晶结构填充到空隙中，形成空间网状结构，这种变化能够大幅度地提高桩体的变形模量以及抗剪切应力的能力。②密实作用。这种作用主要体现在CFG桩复合地基应用于砂土时，一般情况下，会使用振动沉管施工的方式，对砂土或者粉土进行挤密作业，能够很好改善桩间土的性质，降低桩间土的空隙率，提高桩间土的承载力。③排水作用。CFG桩复合地基的施工过程中，饱和的砂土在成桩的振动作用下，就会让桩间土出现超孔隙水压力，正是由于超孔隙水压力的存在，使得CFG桩就成为一个排水通道，土体中的孔隙水可以通过CFG桩排到外界，如果CFG桩桩体开始出现硬化，这也预示着CFG不能在作为排水通道了。④褥垫层作用。CFG桩复合地基的褥垫层的主要成分是碎石、粗砂、级配砂石等散体材料，其铺设于基础的下部，主要作用是保证桩间土和桩体能够一起承担来自上部基础的荷载，避免出现基础底面应力过于集中的现象，褥垫层的厚度还能够调整桩间土和桩体承担的荷载的比例，实现水平荷载与竖直荷载的合理分配，保证CFG桩复合地基的稳定性。⑤桩间土作用。在砂土、粉土等粘性土质条件下，由于土质的可塑性非常差，可以用施工部排土法进行施工，在施工过程中，通过对土体的挤压和振动，可以让桩间土的摩擦阻力提高。⑥加筋作用。桩间土和桩体的本身属性的差异，使得两者的强度也存在比较明显的差别，在CFG桩复合地基中，柱状体可以看做是土层的竖向加筋，通过这种作用，可以改善CFG桩复合地基的承载能力。

1.2CFG桩复合地基的相关指标本次实际工程中，CFG桩复合地基的桩体直径为45cm，桩体本身的强度等级为C30，桩体的持力层是第四层强风化砂岩层，桩体的设计长度为28m，实际长度为25m，褥垫层的厚度为35cm，主要材料是粗砂，其粒径不小于0．5mm。

1.3CFG桩复合地基的变形校核通过理论计算的验证，可以得出桩体强度等级为C30，可以满足设计要求。同时，按照国家的相关规范的要求，对CFG桩复合地基进行变形计算校核。参考文献［1］，让复合土层的分层同天然地基相同，保证复合土层与天然地基的压缩模量之间的比例关系符合要求。通过PKPM计算软件，可以计算出CFG桩复合地基的沉降符合规定，水平方向和水质方向的倾角均在规范允许的范围内，所以，该建筑的CFG桩复合地基沉降变形符合标准。

2CFG桩复合地基的施工与评价

在现有的高层建筑CFG桩复合地基施工中，主要有3种施工工艺，即振动沉管灌注桩成桩施工工艺，长螺旋孔、管内泵压混合料成桩施工工艺，长螺旋钻孔灌注桩成桩施工工艺。由于该建筑所在地的土层是粘性土，并且要保证施工过程不会对周边居民的生活和工作造成影响，所以本工程选择长螺旋孔、管内泵压混合料成桩施工工艺，工程施工周期为半年。CFG桩复合地基施工结束之后的第30天，需要根据文献相关规定，对CFG桩复合地基的质量进行检测评价，检测方法是低应变完整性检测，结果显示，受到检测的桩体完整性良好。然后，选择3个不用的试验点，通过CFG桩复合地基静载荷试验，检测承压板下应力主要影响范围内单桩符合土层的承载力，检测过程中，主要使用方形承压板，长宽均为1．5m，同单桩置换率相同，让其总加载量是1400kPa，总共10级。试验结果表明，桩体没有出现破坏问题，3个检测点的曲线如图1所示。检测图线表明，3个检测点的P－S曲线都是光滑曲线。通常情况下，选择S为8mm时的压强作为主要参数，进而得出CFG桩复合地基的承载力特征值，从计算结果可以看出，CFG桩复合地基的承载力符合相关规定，即该工程的CFG桩复合地基满足高层建筑的设计要求。

3结束语

从以上研究结果来看，CFG桩复合地基是由定厚度的褥垫层、桩间土以及桩体共同构成的，褥垫层的主要作用是让桩间土和桩体能够共同承担上部基础的荷载，并且桩体还能作为排水通道，提高软土的固结速度，CFG桩复合地基还能够适当的调整褥垫层厚度、桩体材料、桩体间距以及桩体长度，进而改变软土的性质，变形沉降小、可调性比较高。研究发现，同传统的钢筋混凝土桩相比，CFG桩复合地基具有经济性好、操作性强、施工周期短等优势。

作者：徐星单位：安徽寰宇建筑设计院