水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）的设计与应用1

摘要：CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）是由水泥、煤粉灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，由桩、桩间土和褥垫层一起构成的复合地基，目前大量用于高层和超高层建筑地基的加固。桩身强度等级多在C15-C25之间。由于其具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，该技术已在全国各地区高层建筑地基处理中得到广泛应用，绝大多数为20-30层建筑，也有31-35超高层建筑在合肥地区应用比较广泛。目前已成为应用非常普遍的地基处理技术之一。
关键词：CFG桩 普遍 复合地基 造价低廉 地基处理技术 应用价值
第一章 绪论
1.绪论
CFG 桩(水泥粉煤灰碎石桩的简称)复合地基成套技术，已列为建设部重点推广技术和国家科委重点推广研究成果，已在全国 多个省市应用。本文通过分析地基与地基处理方法，及CFG桩在地基处理中的应用并浅析影响其造价的因素从而说明CFG桩复合地基的优点，描述其施工工艺，进一步反映其提高地基承载力，控制沉降方面的作用，由此说明CFG桩在建筑工程中的应用价值和普遍。
第二章 CFG桩复合地基定义及发展
2.1CFG桩复合地基定义
CFG桩是英文Cement Fly-ash Grave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合，用各种成桩机制成的可变强度装。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基，是地基处理的一种常见方法。 CFG桩的适用范围很广。在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。
2.2CFG桩复合地基发展历史与应用现状
CFG桩复合地基成套技术是中国建筑科学研究院地基所20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术。该技术于1994年被列为建设部全国重点推广项目，被国家科委列为国家级全国重点推广项目。1997年被列为国家级工法，并制定了中国建筑科学研究院企业标准。
CFG桩施工最初选用振动沉管打桩机，该工艺不足之处在于存在振动和噪音污染，遇厚砂层和硬土层难以穿透。为完善CFG桩的施工技术，1997年国家投资立项研制开发长螺旋钻机和配套的施工工艺，并列入“九五”全国重点攻关项目，于1999年12月通过国家验收。
CFG桩复合地基时高粘结强度复合地基的代表，80年代多用于多层建筑地基处理，现今大量用于高层和超高层建筑地基的加固，并成为某些地区应用最普遍的地基处理方法之一。
目前CFG桩复合地基技术在国内许多省市都得到广泛应用，据不完全统计，应用这一技术的有：北京、天津、江苏、浙江、河北、河南、山西、山东、陕西、安徽、湖北、广西、广东、辽宁、黑龙江、云南等23多个省、市、自治区。
2.3复合地基与桩基础的区别
桩基是桩基础的简称，是一种广义的深基础，它是由桩和连接桩顶的承台组成。
复合地基是在天然地基中设置一定比例的增强体，并由原土和增强体共同承担由基础传来的建筑物的荷载。这样一种人工地基称为复合地基。
这里的增强体是由强度和模量①相对原土高的材料组成，习惯上讲纵向增强体称为桩。例如由碎石桩组成的纵向增强体叫碎石桩；由水泥和土搅拌形成的纵向增强体叫水泥土桩；由水泥、粉煤灰、碎石组成的纵向增强体称为水泥粉煤灰碎石桩也就是CFG桩。
需要指出的是，不论是碎石桩、水泥土桩，还是强度和模量很大的水泥粉煤灰碎石桩，，都视为天然土体中的增强体，它和原土一起形成复合土体，属于地基的范畴。而桩基础的桩是深基础的一部分，与上述的增强体是有本质区别的。
第三章 地基与基础
3.1地基与基础的区别
房屋建筑通常是由上部结构和基础两大部分组成的。基础是承受上部结构荷载并将荷载传到基础以下土层的结构，承受基础传来的建筑物荷载的这一部分土称为地基。
3.2地基处理的方法
作为支承建筑物荷载的地基，必须能防止强度破坏和失稳，同时，必须控制基础的沉降不超过地基的变形允许值。当地基不能满足上述条件，则应进行地基加固处理。
近些年来，有些建筑物不得不在不良地基上修建，当承载力和变形不能满足设计要求需要时，需要进行处理。另外，随着建筑造型的复杂化，建筑物的荷载日益增大和不均匀，对形变的要求也越来越高，即使一些良好的地基，也可能在某些特定条件下需要进行处理。进行地基处理的方法有很多，如密实法、置换法、加筋灌浆法、复合地基法等，在此着重介绍复合地基法。
3.2.1复合地基法
复合地基法是在天然地基中设置一定比例的增强体（桩体），是桩土共同承担荷载，并具有密实法和置换法的效应。
由于打设增强体的方法不同、选用的桩体材料不同，复合地基法的密实作用和置换作用对承载力的提高幅值占的比例也不相同，通常复合地基面积置换率②一般在3%-25%之间，个别方法，如碎石桩用到过40%。
与其它方法不同的是，复合地基时70年代以来发展最快的一种方法。不同桩型的复合地基，其承载力和变形特性明显不同。
3.2.2复合地基的分类
复合地基技术在我国得到了广泛的应用和发展。据不完全统计，在地基处理中应用的桩型不下十几种，其中应用比较广泛的有：振冲碎石桩复合地基、干振碎石桩复合地基、土桩复合地基、灰土桩复合地基、石灰桩复合地基、深层搅拌水泥土桩复合地基、粉喷水泥土桩复合地基、夯实水泥土桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基即CFG桩。
3.2.3复合地基的效应优点
（1）置换作用
也称桩体效应，复合地基中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减少了桩间土承担的荷载。
工程实践表明，复合地基置换作用的大小，主要取决于状体材料的组成。散体桩置换作用最小，高粘结强度桩置换作用最大。散体桩增加桩的长度，对复合地基置换作用影响不大；一般粘结强度桩，特别是高粘结强度桩，加大桩长可使复合地基置换作用明显提高。
（2）挤密、振密作用
对松散填土、松散粉细沙、粉土等采用非排土和振动成桩工艺，可使桩间土孔隙比减小、密实度增加，提高桩间土的强度。如振动沉管挤密碎石桩、振冲碎石桩、振动沉管CFG桩。
需要指出的是，对饱和的软粘土、硬的粘性土、粉土、密实砂土，振动成桩不仅不能是桩间土挤密，反而使土体结构强度丧失，孔隙比增大、密实度减小、承载力降低。
（3）排水作用与减载作用
复合地基中的桩体，很多有良好的透水性，如碎石桩、砂桩、CFG桩等。桩体的排水作用，有利于孔隙水压力消散、桩间土强度和复合地基承载力提高。
对排土成桩工艺，用轻质材料取代原土成桩，在加固土层范围内，复合土层的有效重度将比原土有明显的降低。
（4）桩对土的约束作用
在群桩复合地基中，桩对桩间土具有阻止土体侧向变形的作用。相同荷载水平条件下，无侧向约束的土的侧向形变大，从而使垂直变形加大；由于桩对土体侧向变形的限制，减少了侧向变形，也就减小了垂直变形，是复合地基抵抗垂直变形的能力有所加强。