CFG桩复合地基在岩溶地区的应用

CFG桩复合地基在岩溶地区的应用

舒利煌

佛山市佳誉房地产开发有限公司 528000

摘要：CFG桩则相对向上运动，逐渐刺入褥垫层，上部土体对桩产生负摩阻力，抵消下部产生的正摩阻力出现中性点；与桩顶接触的褥垫层受力压缩同时可以向周围移动，使得桩间土始终与褥垫层保持接触，桩间土进一步压缩和加固，承载力得到发挥。

关键词：CFG桩复合地基，注浆，桩土共同作用

工程概况

1. 概述：本项目岩溶地貌广布、种类多样，岩类以石灰岩为主。流水侵蚀作用强烈。基岩层面起伏较大、岩石较破碎及溶洞洞隙较发育。拟建高层住宅楼采用灌注桩，以微风化石灰岩作为基础持力层。按嵌岩桩设计，桩径1.0~1.5m，长10~35m，桩端全断面嵌入完整岩层不宜小于0.5m。成桩方式选择冲击钻成桩。

2. 6#楼基础施工进展如下：106号桩前后共漏浆6次，塌孔2次。进场开工15天，正常作业机械为5台，累计完成4条桩，对成桩质量、施工人员、机械安全造成隐患。平均钻深度38.1m，平均充盈系数2.0，塌孔次数非常多，引起成本的巨大浪费，充盈系数异常由多方面因素引起^[1]。

1. 采用注浆加CFG复合地基处理岩溶问题。

3. 在粉质粘土层承载力能够达到20吨左右的情况下，专家建议做CFG桩，钻孔探明溶洞情况。处理见岩后连续岩厚小于2米的溶洞，且只需处理第一层，注浆达到顶板，处理后累积超过两米即可。先处理深度较深的溶洞，再以此孔为中心向四周扩散进行布孔。采取钻孔方式，探明溶洞的底板位置变化以及填充虚实度，检验注浆效果，判断注浆是否继续。结果显示平均洞高6.18m，平均回填达5.74m,大部分溶洞得到充填，可承载范围内的最深溶洞洞底得到处理和加强，在原土层强度可观的前提下，深层岩溶区达到较好土层标准，能够满足CFG桩端承强度。后期CFG桩施工正常且静载检测试验合格验证注浆有效^[2]。

本工程采用的是长螺旋钻孔成桩。桩间距为1.2m×1.2m正方形布置，复合地基承载力特征值为450kPa，单根长螺旋钻孔灌注桩的抗压承载力特征值为500kN，基础等级为甲级。长螺旋钻孔灌注桩直径为0.4m，桩身采用C25强度等级混凝土，长螺旋桩端要求落在微风化岩面作为持力层（要求磨钻）。长螺旋钻孔桩有效桩长为12-28米，如果桩长达到28米，而桩端为落在岩面可以终孔。传统观念上的垫层有缓冲、分散上部集中力和压实地基土的作用，起到合理过度，传力途径明显，稳定连接上下部分的作用^[3]。

CFG桩的褥垫层颠覆了传统的观念对于垫层的认知，其传力变化方向可变，隔断上下结构性连接。褥垫层整体属于柔性材料，刚性较差。褥垫层主要功能是通过压缩变形协调桩与土的变形，调节荷载分布，达到桩土作用的平衡状态。

褥垫层施工要点： 褥垫层厚度为0.25m（通常取0.1~0.3m)，材料配合比为碎石（10~30mm粒径）：石屑：中粗砂：水=5:3:1:1，褥垫层可以分段铺设分层夯实，垫层超过筏板边线400mm，夯填度（夯填厚度与虚铺厚度之比）小于0.9。砾石最大粒径不超过31mm。未破碎的卵石不适合，咬合力及摩擦力太小。褥垫层以上铺0.1m素混凝土垫层，然后施工1.15m厚基础大筏板。

2. CFG桩复合地基的工作机理

CFG桩中的水泥有粘结和增加强度的双重作用，其在工程中表现为一种高粘结强度的、高刚性性能的桩，能分担更多的竖向荷载；桩端落在较好的土层时能发挥一定的端承作用。CFG桩复合地基以相当于C25混凝土强度的CFG桩置换受力性能较差的天然软土地基，通过施工和周围桩体挤压、加固的桩间土对CFG桩侧向起到约束作用，CFG桩与桩间土有互相挤密、加固的作用^[4]。

当垫层受到筏板传递的竖向荷载，传递给CFG桩和土，土体比CFG桩模量小，有更大的沉降，CFG桩则相对向上运动，逐渐刺入褥垫层，上部土体对桩产生负摩阻力，抵消下部产生的正摩阻力出现中性点；与桩顶接触的褥垫层受力压缩同时可以向周围移动，使得桩间土始终与褥垫层保持接触，桩间土进一步压缩和加固，承载力得到发挥。桩应力和桩土应力比相对地减小，从而使复合地基承担的荷载得到再分配和均化调整。反复循环调节，中性点应力增加到最大，且位置下移，当中性点应力值达到极限，桩改为向下刺入，端承力发挥作用，土体压缩基本完成，达到一个桩和桩间土共同承担荷载的状态，地基的变形情况稳定，承载力大幅提高^[5]。

褥垫层分割上下结构刚性连接，且具有变形能力，可以充当地基抗震中的橡胶支座，起到一定的吸收能量；上部结构受到地震的水平作用，褥垫层可以变形消耗能量，阻止上部水平荷载传入桩基和基础，减小集中力和冲击力造成的毁坏，提升CFG桩复合地基抗震隔震能力。

3. CFG桩复合地基处理的综合分析。

由于冲孔桩工期、质量和成本不可控，经专家论证研讨，现与CFG桩复合地基工期进度、成本、工程质量三个主要方面作对比可知采用CFG桩复合地基处理岩溶地基节约成本5413950元，约占75.52%；节约工期67天，约占74.4%，成桩质量可靠有保障，就施工因素方面CFG桩复合地基相比桩基础具有优越性。

4. CFG桩单桩及复合地基检测。

本工程抽取297根CFG桩进行低应变检测，占总桩数的30.0%。未检测到Ⅲ类桩、Ⅳ类桩，检测结果符合设计要求；桩直径桩长符合设计要求，铅垂度偏差满足设计要求的小于0.4D，总体成桩质量达到合格标准。

本工程抽取十条CFG桩进行高应变检测，结合CAPWAPC软件分析结果，选择两根具有代表性桩的高应变结果进行分析，可知：1#、2#CFG桩侧摩阻力极限值可以取925kN、876kN；其单桩极限承载力均可达到1000kN。

本工程CFG桩共990条，静载试验各抽取5条进行单桩及复合地基承载力的静载试验，占总桩数的1.01%；选取有代表性的两条CFG桩静载结果比分析。单桩承载力设计值500kN、复合地基承载力设计值450kN，单桩承载力静载试验最大试验荷载1000kN，复合地基承载力的静载试验采用1.2×1.2㎡的刚性承压板进行桩土共同受力试验，最大实验荷载1300kN，最大加载荷载均大于承载力设计值的2倍。

当试验荷载加载到1000kN，总的沉降量为7.74mm。p-s曲线显示未达到确定极限荷载值的累积沉降量28mm，故其仍未进入极限状态。，得到该桩极限承载力为Qu≥1000kN，单桩承载力特征值大于500kN，承载力满足设计要求。

当S/b=0.008时，所对应的沉降为9.6mm，对应的荷载等级为850kN，分布在1.44平米的承载板上，约为590.27kPa，大于最大加载荷载（13000/1.44=902.78kPa）的一半451.39kPa，综合分析，取该点承载力特征值为451kPa，满足设计要求的450kPa。后续沉降观测未超警戒值。。

5. 相关的说明与展望。

本文在真实的工程经验的基础上进行论文研究，相关数据及经验，对后续岩溶地基处理具有指导意义。CFG桩复合地基承载力计算没有明确的方法，各种系数也都是参考工程经验，容易导致工程误差。桩土叠加法计算CFG桩复合地基承载力关键在于系数取值大小，许多学者进行了研究，推出各类修正公式^[6]。本项目CFG桩复合地基未进行破坏试验，未考虑地下水对筏板及辱垫层的影响。

参考文献

[1]姚成.灌注桩中影响充盈系数的因素分析及对策[J].中国新技术新产品。

[2]王建武. 冲孔桩施工影响充盈系数的因素分析与对策[J].企业导报

[3]邱小平. 冲孔桩施工影响充盈系数的因素分析与对策 [J]. 中小企业管理与科技(上旬刊)

[4]孙晓义，孙建胜. 不良地质条件下CFG桩充盈系数超常的影响因素分析及改进措施 [J]. 土工基础，第27卷第6期

[5]谢建敏. 关于充盈系数的探讨 [J]. 福建建筑2015年06期47-50

[6]谢建敏. 控制充盈充盈系数的施工措施[J]. 铁道标准设计第24卷增刊，2009年9月