CFG桩与碎石桩双重复合地基的应用
【摘 要】通过工程实例对CFG桩与碎石桩双重复合地基处理的设计、施工与检测进行了全面分析，阐述了该种复合地基处理的应用范围与应用效果，并对其施工注意事项进行了说明。
【关键词】CFG桩；碎石桩；双重复合
CFG pile and gravel pile composite foundation dual application
Zhang Zuo-peng
(Survey and Mapping Institute of Datong Datong Shanxi 037000)
【Abstract】By engineering example of CFG pile composite foundation with gravel pile double handle design, construction and testing of a comprehensive analysis, interpretation and application of the effect of the application of the kind of composite foundation treatment, and described its construction considerations.
【Key words】CFG pile;Gravel pile;Dual compound
复合地基是指天然地基在地基处理过程中，通过在地基中设置竖向增强体而形成的桩土共同作用的人工地基。它适应于基底压力较小，变形控制不很严格的建构筑物的地基处理。根据目前国内情况，最常见的复合地基处理形式有水泥搅拌桩法、水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩)、碎石桩法、灰土挤密桩法、高压喷射注浆法等五种。结合太原市区的岩土工程条件，上述五种处理方法各自主要解决的岩土工程问题是单一的提高地基承载力、控制地基变形、消除或部分消除地基土的液化、消除或部分消除地基土的湿陷性问题，而在某些场地对某些建构筑物来说，往往单一的复合地基处理方法无法解决建构筑物的要求与场地的岩土工程问题，在这种情况下就需要对上述的复合地基处理方法进行组合。在太原市区最常见最有效的一种组合形式为水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)与碎石桩的双重复合，它主要解决地基承载力与地基土的液化问题，下面笔者就工程实例对该种组合进行阐述。
1. 概况
1.1 工程概况。某工程主体工程的附属建构筑物多为轻型至中型的建构筑物(乙类建筑)，基底压力较小，对差异沉降不很敏感。基础埋深约2.5m。
表1 各土层的主要力学性质指标表
土层指标 承载力特征
值 fak(KPa) CFG桩桩侧极限
侧阻力值 qs(KPa) CFG桩桩端极限
端阻力值qp (KPa)
②粉土 90 25
③粉土 140 35
④粉土 180 40 600
1.2 工程地质条件概述。
(1)地基处理深度内的岩土工程特性：①层，填土：杂色。以粉土为主，含大量的砖渣、煤屑、植物根、碎石等。该层埋深约2.0m。②层，粉土：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。湿，松散～稍密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度较低，韧性较低。该层埋深介于6.5～7.5m之间，平均层厚为5.0m。③层，粉土：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。湿，稍密～中密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度较低。该层埋深介于12.5～13.5m之间，平均层厚为6.0m。④层，粉土：黄褐色。含云母及氧化铁铝等。湿，中密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度较低。该层埋深介于17.5～18.5m之间，平均层厚为5.0m。各土层的主要力学性质指标详见下表1。
(2)地下水情况。地下水位埋深介于2.2～2.5m之间，地下水类型为潜水。
(3)不良地质作用。附属建构筑物场地内未发现有影响工程安全与稳定的滑坡、崩塌、泥石流、采空区等不良地质作用与地质灾害。只是该场地为中等液化场地，液化土层为②层粉土与③层粉土，液化土层埋深为地面下10.0m。
1.3 上部结构设计对地基处理的要求。根据设计单位提供的资料，上部结构设计对地基处理的要求为：
(1)地基处理后的地基承载力特征值不小于200KPa。
(2)地基处理后的残余液化指数不大于4。
(3)主要持力层的压缩模量不小于8MPa。
2. 复合地基的设计
2.1 设计思路。各建构筑物的基础埋深为2.5m，地基基础持力层为②层粉土，该层土力学性质较差，地基承载力特征值为90KPa，远不能满足200 KPa的要求；并且该场地为中等液化场地，各建构筑物为乙类建构筑物，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.3.6条与上部结构设计对地基处理的要求，必须对其进行处理。通常液化处理最有效的方法是采用碎石桩法，但是该法对提高地基承载力作用不明显，所以必须选择一种地基处理方法既能较大幅度的提高地基承载力，又能显著降低地基液化指数，而CFG桩与碎石桩组合的双重复合地基处理方法最适合于上述要求。
2.2 设计方案。
（1）碎石桩桩径为400mm，有效桩长8.0m(深入地面下10.0m)，桩间距1.40m，正方形布置。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)第7.2.8-3式：
fspk=［1+m(n-1)］×fsk
式中：m=0.06；n=3.5； fsk=90KPa。 经计算 fspk=103.5KPa，即经碎石桩单独复合后的地基承载力特征值为103.5KPa。
（2）CFG桩桩径为400mm，有效桩长15.0m，桩间距1.40m，正方形布置。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第9.2.5条与9.2.6条：
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk
Ra=up∑ni=1qsili+qpAp
式中：m=0.06； β=0.75； fsk=103.5KPa； Ra=700/2=350KN(安全系数为2)。
（3）经计算 fspk=240.0KPa，即经碎石桩与CFG桩双重复合后的地基承载力特征值为240.0 KPa，满足上部结构不小于200KPa的要求。
2.3 试桩布置。
（1）根据上述的设计方案，该工程主体工程的附属建构筑物共选择4个试桩点进行CFG桩与碎石桩双重复合地基的处理试验，4个点所在位置分别为 (S1)、 (S2)、 (S3)、 (S4)。各试桩点的桩位布置图均一样，详见下图1。
图1 布桩形式图（2）从图1中可以看出，每个点上布置碎石桩9根，CFG桩12根，共计21根，碎石桩与CFG桩间隔交叉呈正方形布桩，桩的其它设计参数同上述的设计方案。
3. 复合地基的施工
3.1 施工顺序。根据上述的设计方案，结合碎石桩与CFG桩的施工特点，施工时应先施工碎石桩后施工CFG桩，两者的间隔时间为7天。
3.2 施工材质与其它要求。
（1）碎石桩填料：采用75％粒径在20～40mm之间的碎石和25％含泥量小于5％的石屑或中、粗砂的混合材料，碎石的干重度大于20KN／m3。碎石桩的充盈系数为1.5。（2）CFG桩桩体材料：水泥为425号硅酸盐水泥；碎石粒径为10～20mm的级配碎石；粉煤灰用磨细的干灰；石屑粒径为2.5～l0mm的级配砂，其掺入量为坍落度在18～22cm之间为最佳掺量值。桩体强度等级不小于 C20。
4. 复合地基的检测
4.1 检测的方法与手段。在每个试桩点位置布置复合地基静载荷试验点一组(承压板选用1.4m×1.4m方形板)；CFG桩低应变动力检测点一个(进行桩身完整性检测)；碎石桩桩体重型动力触探试验检测点2点(进行碎石桩桩身密实度检测)；桩间土取土、标准贯入试验点2点(进行压缩模量计算与液化判别)。各试桩点检测点的布设位置均一样，详见下图2。
图2 试桩检测平面布置图4.2 检测顺序。检测时先进行CFG桩低应变动力检测，后进行复合地基静载荷试验，最后进行桩间土取土、标准贯入试验与桩体重型动力触探试验。
4.3 检测结果。
（1）根据复合地基静载荷试验Q-S曲线、基桩低应变动力试验曲线、桩间土标准贯入试验液化判别结果、地基处理后土体的物理力学性质指标、桩体重型动力触探试验结果等资料综合分析，检测结果详见下表2。
表2 检测结果表
点位项目 静载
试验 CFG桩低
应变试验 液化
指数 压缩
模量 桩体
密实度
S1 >220KPa A类桩 3.15
S2 >220KPa B类桩 3.23
S3 >220KPa A类桩 1.84
S4 >220KPa A类桩 3.94
处理后的桩间土体压缩模量明显提高，与CFG桩、碎石桩复合后的压缩模量大于8MPa ②层粉土范围内为稍密，③层粉土范围内为中密
（2）从表2中可以看出，各试验点的静载荷试验均满足大于200KPa的上部结构压力的要求；S2点由于CFG桩在桩身2.2m处混凝土发生离析，桩身不完整而定为B类桩；处理后地基土的残余液化指数均小于4.0，地基液化等级为轻微，满足设计要求；主要持力层的压缩模量大于8MPa，满足设计要求；碎石桩桩体在②层粉土的深度范围内(地面下5.0m)密实度较差，在其施工时应进行反插，保证充盈系数。
（3）从检测结果来看，采用CFG桩与碎石桩双重复合地基处理方法对该项工程是非常适合的，它既大幅度提高了地基承载力，又大幅度降低了地基土的液化指数，完全满足上部结构设计对地基处理的设计要求，相比可以满足上述条件的钻孔灌注桩，能够大大降低工程造价，节约工期，值得推广。
5. 结论
5.1 CFG桩与碎石桩双重复合地基处理应用于基底压力较小，对沉降不很敏感的中等液化场地的乙类建构筑物是非常适合的。
5.2 地基处理设计时，应充分掌握处理深度内土层的物理力学性质与上部结构对地基的设计要求，选择合适的复合地基设计参数，才能达到预期的处理效果。
5.3 地基处理施工时，应先施工碎石桩在一定时间间隔后施工CFG桩，才能保证CFG桩的桩身完整性。
5.4 大面积的复合地基施工工程桩前一定要先进行复合地基试验，经检测合格后方可进行工程桩施工。
参考文献
［1］ 中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范JGJ79-2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.
［2］ 顾晓鲁等.地基与基础(第三版).北京：中国建筑工业出版社，2003
［作者简介］ 张作鹏（1976.3-），男，职称：工程师，工作单位：大同市勘察测绘院，研究方向：工程地质勘察，毕业院校及所学专业：太原理工大学，工程地质勘察专业。水泥土搅拌桩与
钻孔灌注桩组合支护基坑研究应用
【关键词】CFG桩；碎石桩；双重复合
CFG pile and gravel pile composite foundation dual application
Zhang Zuo-peng
(Survey and Mapping Institute of Datong Datong Shanxi 037000)
【Abstract】By engineering example of CFG pile composite foundation with gravel pile double handle design, construction and testing of a comprehensive analysis, interpretation and application of the effect of the application of the kind of composite foundation treatment, and described its construction considerations.
【Key words】CFG pile;Gravel pile;Dual compound
复合地基是指天然地基在地基处理过程中，通过在地基中设置竖向增强体而形成的桩土共同作用的人工地基。它适应于基底压力较小，变形控制不很严格的建构筑物的地基处理。根据目前国内情况，最常见的复合地基处理形式有水泥搅拌桩法、水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩)、碎石桩法、灰土挤密桩法、高压喷射注浆法等五种。结合太原市区的岩土工程条件，上述五种处理方法各自主要解决的岩土工程问题是单一的提高地基承载力、控制地基变形、消除或部分消除地基土的液化、消除或部分消除地基土的湿陷性问题，而在某些场地对某些建构筑物来说，往往单一的复合地基处理方法无法解决建构筑物的要求与场地的岩土工程问题，在这种情况下就需要对上述的复合地基处理方法进行组合。在太原市区最常见最有效的一种组合形式为水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)与碎石桩的双重复合，它主要解决地基承载力与地基土的液化问题，下面笔者就工程实例对该种组合进行阐述。
1. 概况
1.1 工程概况。某工程主体工程的附属建构筑物多为轻型至中型的建构筑物(乙类建筑)，基底压力较小，对差异沉降不很敏感。基础埋深约2.5m。
表1 各土层的主要力学性质指标表
土层指标 承载力特征
值 fak(KPa) CFG桩桩侧极限
侧阻力值 qs(KPa) CFG桩桩端极限
端阻力值qp (KPa)
②粉土 90 25
③粉土 140 35
④粉土 180 40 600
1.2 工程地质条件概述。
(1)地基处理深度内的岩土工程特性：①层，填土：杂色。以粉土为主，含大量的砖渣、煤屑、植物根、碎石等。该层埋深约2.0m。②层，粉土：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。湿，松散～稍密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度较低，韧性较低。该层埋深介于6.5～7.5m之间，平均层厚为5.0m。③层，粉土：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。湿，稍密～中密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度较低。该层埋深介于12.5～13.5m之间，平均层厚为6.0m。④层，粉土：黄褐色。含云母及氧化铁铝等。湿，中密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度较低。该层埋深介于17.5～18.5m之间，平均层厚为5.0m。各土层的主要力学性质指标详见下表1。
(2)地下水情况。地下水位埋深介于2.2～2.5m之间，地下水类型为潜水。
(3)不良地质作用。附属建构筑物场地内未发现有影响工程安全与稳定的滑坡、崩塌、泥石流、采空区等不良地质作用与地质灾害。只是该场地为中等液化场地，液化土层为②层粉土与③层粉土，液化土层埋深为地面下10.0m。
1.3 上部结构设计对地基处理的要求。根据设计单位提供的资料，上部结构设计对地基处理的要求为：
(1)地基处理后的地基承载力特征值不小于200KPa。
(2)地基处理后的残余液化指数不大于4。
(3)主要持力层的压缩模量不小于8MPa。
2. 复合地基的设计
2.1 设计思路。各建构筑物的基础埋深为2.5m，地基基础持力层为②层粉土，该层土力学性质较差，地基承载力特征值为90KPa，远不能满足200 KPa的要求；并且该场地为中等液化场地，各建构筑物为乙类建构筑物，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.3.6条与上部结构设计对地基处理的要求，必须对其进行处理。通常液化处理最有效的方法是采用碎石桩法，但是该法对提高地基承载力作用不明显，所以必须选择一种地基处理方法既能较大幅度的提高地基承载力，又能显著降低地基液化指数，而CFG桩与碎石桩组合的双重复合地基处理方法最适合于上述要求。
2.2 设计方案。
（1）碎石桩桩径为400mm，有效桩长8.0m(深入地面下10.0m)，桩间距1.40m，正方形布置。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)第7.2.8-3式：
fspk=［1+m(n-1)］×fsk
式中：m=0.06；n=3.5； fsk=90KPa。 经计算 fspk=103.5KPa，即经碎石桩单独复合后的地基承载力特征值为103.5KPa。
（2）CFG桩桩径为400mm，有效桩长15.0m，桩间距1.40m，正方形布置。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第9.2.5条与9.2.6条：
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk
Ra=up∑ni=1qsili+qpAp
式中：m=0.06； β=0.75； fsk=103.5KPa； Ra=700/2=350KN(安全系数为2)。
（3）经计算 fspk=240.0KPa，即经碎石桩与CFG桩双重复合后的地基承载力特征值为240.0 KPa，满足上部结构不小于200KPa的要求。
2.3 试桩布置。
（1）根据上述的设计方案，该工程主体工程的附属建构筑物共选择4个试桩点进行CFG桩与碎石桩双重复合地基的处理试验，4个点所在位置分别为 (S1)、 (S2)、 (S3)、 (S4)。各试桩点的桩位布置图均一样，详见下图1。
图1 布桩形式图（2）从图1中可以看出，每个点上布置碎石桩9根，CFG桩12根，共计21根，碎石桩与CFG桩间隔交叉呈正方形布桩，桩的其它设计参数同上述的设计方案。
3. 复合地基的施工
3.1 施工顺序。根据上述的设计方案，结合碎石桩与CFG桩的施工特点，施工时应先施工碎石桩后施工CFG桩，两者的间隔时间为7天。
3.2 施工材质与其它要求。
（1）碎石桩填料：采用75％粒径在20～40mm之间的碎石和25％含泥量小于5％的石屑或中、粗砂的混合材料，碎石的干重度大于20KN／m3。碎石桩的充盈系数为1.5。（2）CFG桩桩体材料：水泥为425号硅酸盐水泥；碎石粒径为10～20mm的级配碎石；粉煤灰用磨细的干灰；石屑粒径为2.5～l0mm的级配砂，其掺入量为坍落度在18～22cm之间为最佳掺量值。桩体强度等级不小于 C20。
4. 复合地基的检测
4.1 检测的方法与手段。在每个试桩点位置布置复合地基静载荷试验点一组(承压板选用1.4m×1.4m方形板)；CFG桩低应变动力检测点一个(进行桩身完整性检测)；碎石桩桩体重型动力触探试验检测点2点(进行碎石桩桩身密实度检测)；桩间土取土、标准贯入试验点2点(进行压缩模量计算与液化判别)。各试桩点检测点的布设位置均一样，详见下图2。
图2 试桩检测平面布置图4.2 检测顺序。检测时先进行CFG桩低应变动力检测，后进行复合地基静载荷试验，最后进行桩间土取土、标准贯入试验与桩体重型动力触探试验。
4.3 检测结果。
（1）根据复合地基静载荷试验Q-S曲线、基桩低应变动力试验曲线、桩间土标准贯入试验液化判别结果、地基处理后土体的物理力学性质指标、桩体重型动力触探试验结果等资料综合分析，检测结果详见下表2。
表2 检测结果表
点位项目 静载
试验 CFG桩低
应变试验 液化
指数 压缩
模量 桩体
密实度
S1 >220KPa A类桩 3.15
S2 >220KPa B类桩 3.23
S3 >220KPa A类桩 1.84
S4 >220KPa A类桩 3.94
处理后的桩间土体压缩模量明显提高，与CFG桩、碎石桩复合后的压缩模量大于8MPa ②层粉土范围内为稍密，③层粉土范围内为中密
（2）从表2中可以看出，各试验点的静载荷试验均满足大于200KPa的上部结构压力的要求；S2点由于CFG桩在桩身2.2m处混凝土发生离析，桩身不完整而定为B类桩；处理后地基土的残余液化指数均小于4.0，地基液化等级为轻微，满足设计要求；主要持力层的压缩模量大于8MPa，满足设计要求；碎石桩桩体在②层粉土的深度范围内(地面下5.0m)密实度较差，在其施工时应进行反插，保证充盈系数。
（3）从检测结果来看，采用CFG桩与碎石桩双重复合地基处理方法对该项工程是非常适合的，它既大幅度提高了地基承载力，又大幅度降低了地基土的液化指数，完全满足上部结构设计对地基处理的设计要求，相比可以满足上述条件的钻孔灌注桩，能够大大降低工程造价，节约工期，值得推广。
5. 结论
5.1 CFG桩与碎石桩双重复合地基处理应用于基底压力较小，对沉降不很敏感的中等液化场地的乙类建构筑物是非常适合的。
5.2 地基处理设计时，应充分掌握处理深度内土层的物理力学性质与上部结构对地基的设计要求，选择合适的复合地基设计参数，才能达到预期的处理效果。
5.3 地基处理施工时，应先施工碎石桩在一定时间间隔后施工CFG桩，才能保证CFG桩的桩身完整性。
5.4 大面积的复合地基施工工程桩前一定要先进行复合地基试验，经检测合格后方可进行工程桩施工。
参考文献
［1］ 中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范JGJ79-2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.
［2］ 顾晓鲁等.地基与基础(第三版).北京：中国建筑工业出版社，2003
［作者简介］ 张作鹏（1976.3-），男，职称：工程师，工作单位：大同市勘察测绘院，研究方向：工程地质勘察，毕业院校及所学专业：太原理工大学，工程地质勘察专业。水泥土搅拌桩与
钻孔灌注桩组合支护基坑研究应用
