关于地基CFG桩复合地基基本原理及工程运用

论文导读：.5对桩周土的约束作用。在无侧向约束的土体，受荷后其侧向变形比有侧向约束的大，从而使垂直应力集中，由于CFG桩对桩周土体侧向变形限制，使侧向变形减小，相应的也减小了垂直变形。2、桩间土的作用2.1承担竖向、水平荷载。2.2对桩具有约束的作用，可以提高桩的承载力。有试验表明：桩顶荷载相同时，复合地基中单桩的沉
摘要：本文阐述了CFG桩复合地基的原理，介绍了CFG桩复合地基桩、桩周土以及褥垫层的作用。
关键词：CFG桩；复合地基；工程应用

引言：
伴随着地基处理技术的不断发展和进步,复合地基技术的在工程中得到了越来越多的广泛应用。特别是近年来出现的CFG桩复合地源于：大专毕业论文www.7ctime.com
基这种新型的地基加固技术,因其费用低、施工方便、承载力高和适应性强等优点使其在工程中得到广泛的推广和应用。其桩体材料是由少量的水泥、粉煤灰、石屑及碎石等材料加水拌合而成,可采用螺旋钻机、振动沉管桩机等设备进行成孔,是一种具有较高粘结强度的刚性桩,强度等级为C5—C30。桩体与周围土体及褥垫层三部分构成了承载力较高的复合地基。它适用于粘性土、粉质土、粉细砂、淤泥质土等地基的加固,对软土地基更为有效。

一、CFG桩复合地基的基本原理

CFG桩复合地基是复合地基的代表，目前多用于高层建筑中。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度的桩，和板间土，褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层和基础连接，上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩周土和褥垫层共同承担的。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，在荷载的作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩顶的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土，以保证在任意荷载下桩和桩间土始终参与工作；由于CFG桩桩体材料可以调整，可避免散体材料及低强度桩的限制而使荷载传递深度有限的缺陷；CFG桩不配钢筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为搀和料，降低了从工程的成本。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的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，对复合地基影响受力很大。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，桩间土承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，使桩同承担荷载。以下分别对CFG桩复合地基中桩、桩间土、褥垫层的作用进行分析。

1、桩的加固作用

1.1对地基土具有一定的挤密作用。对于散填土，松散粉细沙，粉土，由于振动沉管CFG桩的振动和侧向挤压作用使桩间土孔隙比较小，含水量降低，土的干密度和内磨擦角有所增加，土的物理力学性质得到改善，同时提高桩间土的承载力。
1.2桩体的排水作用。CFG桩复合地基在成桩初期，因桩孔内和周边充填过滤性较好的粗粒填料，在地基中就形成了渗透性能良好的人工竖向排水和减压的通道，使孔隙中的水沿柱体向上排出，可以有效的消散和防止振冲产生的超孔隙水压的增高，加快地基的排水，这种排水作用不但不会降低桩体的强度，而且可以使土体强度恢复并超出原土体的天然承载力。
1.3 预振效应。CFG桩复合地基形成过程中，振冲器以一定的振动频率或冲击水平向加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预振。提高沙土抗液化能力。
1.4 桩的置换作用。CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及粉煤灰的凝结反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，它能使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高，所以在负载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小。因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现了应力集中现象，大部分荷载将有桩周和桩端承受，桩间土应力比原有地基承载力有所提高。
1.5对桩周土的约束作用。在无侧向约束的土体，受荷后其侧向变形比有侧向约束的大，从而使垂直应力集中，由于CFG桩对桩周土体侧向变形限制，使侧向变形减小，相应的也减小了垂直变形。

2、桩间土的作用

2.1承担竖向、水平荷载。

2.2对桩具有约束的作用，可以提高桩的承载力。有试验表明 ：桩顶荷载相同时，复合地基中单桩的沉降量要大于自由单桩。其原因是：桩间土所承担的荷载使桩间土产生沉降，而桩的端阻和侧摩阻都需依靠桩和土的相对位移来共同承担．桩间土的沉降加大了复合地基桩的沉降量；另一方面，桩身一定范围的负摩阻力以及群桩效应，也增大了复合地基桩的沉降量。同时，复合地基中单桩的承载力要高于自由单桩。复合地基由于桩问土承受荷载，产生的正向压力，增大丁桩周的摩阻力；从而桩端处围压增加，桩承受荷载的能力增加。

3、褥垫层的作用

3.1 减小和减缓基础底面的应力集中。当桩顶与基础不设置褥垫层时，桩顶与基础直接接触，CFG桩对基础的应力集中和钢筋混凝土对承台或桩上基础应力集中现象类似。设计时需要考虑桩对基础的冲切破坏。造成基础尺寸的增加，如果设置一定厚度的褥垫层，由于褥垫层产生的应力扩散作用，使得基底的应力扩散范围增大，相应的应力集中减小，有实验表明，桩对基础的冲切相当明显，随着褥垫层厚度的增加，CFG桩对基础的冲切逐渐减小，当厚度大于300mm时应力集中已经很小，设计时不考虑桩对基础的集中应力。
3.2 调整桩，土荷载分担比。调整竖向荷载在桩，土的分担比：当褥垫层厚度增加，桩土应力比减小，即桩间土承载力发挥的水平增高。当褥垫层厚度为零时，桩土应力比最大，受力状况与桩基相同，但当厚度很大时，受力状况与天然地基的受力状况一致。通过改变褥垫层的厚度，可以调整和改善水平荷载在桩，土的分担比；调整水平荷载在桩，土的分担比：CFG桩复合地基由于褥垫层的作用，桩体本身与承载板没有连接，基础受水平荷载作用力由基础底面抗力，侧摩阻力及基底摩擦阻力来平衡，当基础受到一定荷载时，桩顶和桩间土分别承受荷载，并导致桩顶产生一水平位移，褥垫层的厚度对桩顶水平位移的影响，当基础承受垂直荷载，基础埋深，置换率都相同的情况下，垫层越厚，桩顶的水平位移越小，反之，桩顶水平位移越大。
3.3 保证CFG桩共同承担荷载。在CFG桩复合地基中，由于基础是通过褥垫层与桩和桩周土进行联系，故当基础承受负荷时先传给褥垫层，通过褥垫层再传给桩和桩周土，由于褥垫层的存在，桩可以向上刺入，桩顶上的垫层材料在受压的同时会挤向周围的桩间土，以保证在任一荷载下桩与桩间土始终参与工作，桩间土首先承受较多的荷载并发生沉降变形。随着桩周土沉降的增大，桩周土会不断的将荷载桩侧摩擦阻力传递给桩。因此褥垫层能保证桩间土在任意荷载作用下都始终参与工作，并最大限度的发挥其承载力。

二、CFG桩基在工程中的应用

CFG桩复合地基设计主要依据场地工程地质条件及复合地基承载力标准值要求，确定桩长、桩径、桩间距、桩体材料强度等有关参数极为重要，试用西安国际陆港梦想公社一期工程作如下阐述：

1、工程概况

西安国际陆港梦想公社一期工程由1＃楼18层、2＃楼19层及地下车库组成，总建筑面积6万m2，主体为框架剪力墙结构。
２、工程地质条件
西安国际陆港梦想公社项目一期工程在勘察深度范围内，地层由上到 下可分为：⑴耕土，⑵黄土状粉质粘土，承载力为150kPa；⑶中砂，承载力为200kPa；⑷圆砾，承载力为300kPa；⑸卵石，承载力为350kPa；⑹粉质粘土，承载力为200kPa；⑺粗砂，承载力为230kPa；⑻粉质粘土，承载力为200kPa；⑼粗砂，承载力为230kPa；⑽粉质粘土，承载力为200kPa；⑾粗砂，承载力为230kPa；⑿粉质粘土，承载力为200kPa等12层。