CFG桩计算软件最终
CFG桩复合地基工程特性分析及承载力计算
CFG桩复合地基工程特性分析及承载力计算摘要：CFG桩复合地基加固高等级公路软基就是一种新引入的软基处理方法，具有施工周期短、工后沉降小、无噪音、无振动、不排污、节约钢材等特点而得到广泛的应用。
但是由于自身的复杂性和多样性，致使群桩相互作用机理及其承载力的计算一直没有得到令人满意的研究成果。
文章对CFG桩各个组成部分进行了详细的分析，介绍了复合地基各个参数的合理取值范围，在此基础上结合相关试验进行了承载力计算公式的推演。
关键词：水泥粉煤灰碎石桩、复合地基、软基处理、工程特性、计算参数、承载力计算0 引言CFG桩即为水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成的竖向增强体。
碎石桩复合地基，处理后承载力提高系数一般在1.2~1.6之间。
而在同样的地质条件下，CFG桩复合地基的承载力提高系数可以高达2倍以上。
CFG桩具有刚性桩特点，可全桩长发挥侧阻力，桩落在好的土层上还具有明显的端承作用。
这样就可以通过增加桩长或改变桩端持力层的方式，使桩进入较坚硬的土层来提高复合地基整体的承载力，以满足不同的设计要求。
同其他刚性桩一样，CFG桩体的刚度及变形量远大于桩间土。
在通常情况下，在桩顶和基底间设置褥垫层有效调节了桩与桩间土在荷载作用下的变形，从而确保了桩与桩间土的共同工作，这充分显示出CFG桩复合地基的柔性桩特征。
CFG桩的沉降远小于桩间土的沉降，桩体上部形成负摩擦区，致使CFG桩的实际受力与基桩有着很大的区别，其计算方法和取值也就区别于传统的基桩。
1 CFG桩复合地基结构分析1.1 褥垫层褥垫层技术是复合地基的核心技术，CFG桩只有通过褥垫层才能够构成桩土复合地基。
褥垫层厚度如果过小，桩顶时将产生非常明显的应力集中，桩间土的承载作用无法得到充分的发挥。
图1 褥垫层结构褥垫层厚度如果过大，桩土的应力比值会接近1，这样桩基就失去了在CFG复合地基中存在的意义。
所以，褥垫层厚度一般设计为10~30cm，特殊情况为50cm。
CFG桩承载力计算表
桩侧土磨擦阻力特 桩端阻力特征 征值qsi（KPa） 值qp（KPa）
10 12 15 25 25 45
复合地基承载力特 单桩承载力发 征值fspk(KPa) 挥系数（λ）
180
0.95
复合土层压缩模量计算
Байду номын сангаас
承载力 压缩模量 处理后承 处理后压缩
faki
Esi 载力fspki 模量Esi’
80
2.5 182.07 5.69
100
3
197.59 5.93
140
5.5 228.63 8.98
180
8
259.67 11.54
180
8
259.67 11.54
350
12 391.60 13.43
有效桩长(m) 桩截面面积(m2) 桩周长μp(m)
圆周率π
L
6
2
Ap=π*D2/4
0.19635
3
μp=π*D
1.5708
4
3.14159
5
6
桩端端阻力发挥系数：αp
桩间土承载力折 桩间土承载 减系数：β 力特征值 (0.75～0.95) fsk(KPa)
0.9
0.85
80
单桩承载力特征值、桩体强度
0.0854 2.9262
1.5
0.0870
1.1 0.8 0.5 1.5 1.5 0.6
桩端阻力 qp(KPa)
500
实际复合地基承载力fspk(KPa) 有效桩长(m)
fspk=λm*Ra/Ap+β*(1-m)*fsk 6
正方形布桩间距(m)
1.5
注：红色部分人工输入 ，绿色部分为人工选用。
CFG桩地基强度和沉降计算20180227
序号
计算内容
据《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012，水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、 石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩（简称CFG桩）；水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有承 载力提高幅度大，地基变形小等特点，适用范围较大；水泥粉煤灰碎石桩不仅用于承载力 较低的地基，对承载力较高（如承载力fak＝200kPa）但变形不能满足要求的地基，也可采 用水泥粉煤灰碎石桩处理，以减少地基变形；水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力和压缩模量 1 相对较高的土层作为桩端持力层； 根据本规范7.1.5复合地基7.1.5-2估算地基承载力特征值；单桩承载力发挥系数，可按地 区经验取值0.8~0.9；桩身强度折减系数可取0.25；桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确 定0.9~1.0，β 为桩间土承载力折减系数0.9~1.0；采用非挤土成桩工艺和部分挤土成桩工 艺，桩间距宜为（3～5）倍桩径；
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
2.057 2.496 1.414 0.1923 0.444 0.444 0.17205 3.716 2.057 2.496 1.414 0.1923 0.444 0.444 0.17205 3.716 2.057 2.496 1.414 0.1923 0.444 0.444 0.17205 3.716 2.057 2.496 1.414 0.1923 0.444 0.444 0.17205 3.716 2.057 2.496 1.414 0.1923 0.444 0.444 0.17205 3.716 2.057 2.496 1.414 0.1923 0.444 0.444 0.17205 3.716 2.057 2.496 1.414 0.1923 0.444 0.444 0.17205 3.716
独立基础下CFG桩设计方法及问题分析
独立基础下CFG桩设计方法及问题分析在现代建筑工程中，CFG桩复合地基因其自身的优势在工程中应用越来越广泛，独立基础下的CFG桩也会在一定的场地条件下体现出其优越性，然而其设计方法可引荐的文章相对较少。
为此，根据具体的设计经验介绍其设计方法。
标签：CFG桩；面积置换率随着社会的不断进步和建筑行业的蓬勃发展，在土建工程中，筏板下满堂布CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩简称）复合地基因其施工工艺简单，建设造价较低，地基处理效果良好，主体最终沉降量较小等优点，其处理方法越来越得到工程界的认可，已经成为一种较为常见的地基处理形式，其设计方法也相对简单，但有时也会遇到一种特殊的CFG桩形式：独立基础下CFG桩复合地基。
其计算过程可能会在一些设计人员脑中存一些疑问：这种情况下的复合地基承载力怎么计算？是否与筏板下满堂布CFG桩复合地基计算方法相同，独立基础底面大小怎么确定？带着这此疑问我们先来看看《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012的CFG桩规范计算公式：由复合地基计算公式可以看出，λ、β均为经验系数，当单桩承载力和桩间土承载力己知时，影响复合地基承载力的因素只有面积置换率。
在筏板下满堂布CFG桩情况下设计时，设计人员在计算面积置换率时会根据桩间距确定一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径来计算，这时当筏板从边桩中心外挑长度小于1/2桩间距时（一般应小于等于1/2桩间距）就存在边桩面积置换率计算值偏小的情况，考虑到筏板基础底面积较大，承载力计算时可忽略其影响作为安全储备。
在独立基础下布置CFG桩时因其桩数量较少（一般不多于16根桩），因此应精确计算面积置换率，否则误差较大。
面积置换率应按m=独立基础底面积/桩数量计算，进而根据规范公式计算复合地基承载力，不过这里存在一个问题就是一般情况下都是先确定地基承载力，再计算基础底面积，而独立基础下CFG桩的独立基础大小又影响着面积置换率的数值，进而影响复合地基承载力，当桩数一定时地基承载力与独基大小是相互影响的关系，也即桩与土承担荷载比例问题。
第一讲CFG桩复合地基
第一讲CFG桩复合地基（一）第一讲CFG桩复合地基（一）目录概述2.CFG 桩体材料3.CFG桩设计计算4.CFG桩施工工艺5.实施举例1.概述CFG桩是在碎石桩体中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成的一种粘结强度较高的桩体，称之为水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel Pile），简称为CFG桩。
CFG桩与碎石桩不同主要体现在：单桩承载力、复合地基承载力、地基变形、三轴应力应变曲线及适用范围等方面，如表1所示。
CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。
CFG桩复合地基技术是由中国建筑科学研究院地基所研制成功的，并于1996年被国家列为重点推广项目。
CFG桩的施工早期常用振动沉管机设备，现在施工长桩多用超流态混凝土压灌工艺，即利用新型中空式长螺旋钻机一次性钻进至设计孔深，从钻杆内（内径通常不小于150mm）泵压超流态混凝土，边压注CFG料边提升钻杆至桩顶而成桩的一种工艺。
施工CFG 短桩多采用长螺旋钻机或人工洛阳铲干成孔，孔底夯实，浇灌CFG料并用碎石桩应用的工程类型有工业和民用建筑，高耸结构物、多层和高层建筑，基础形式有条形基础、独立基础、箱形基础和筏基。
有滨海一带的软土，也有承载力在200kPa左右的较密实的土。
2.CFG 桩体材料近些年，随着CFG桩在高层建筑地基处理广泛应用，桩体材料组成和早期有变化，主要由水泥、碎石、砂、粉煤灰和水组成，其中粉煤灰为Ⅱ～Ⅲ级细灰，在桩体混合料中主要提高混合料的可泵性。
在CFG桩（或素混凝土桩）工程中，一般采用如下几种外加剂，来达到工程要求，如早强剂、防冻剂、泵送剂等。
3.CFG桩设计计算3.1单桩竖向承载力特征值下式计算：单桩承载力特征值Ra式中：Ra—单桩承载力特征值（KN）；qsi—第i层土侧摩阻力特征值（Kpa），可按地区经验确定；qp—桩端端阻力特征值（kPa）,可按地区经验确定；Ap—单桩截面积（m2）；Up—桩周长（m）；li-第 i层土厚度（m）；n——桩长范围内划分的土层数；ap---桩端端阻力发挥系数，与增强体的荷载传递性质、增强体长度及桩土相对刚度密切相关，CFG桩设计一般取1.0。
cfg桩
Page 17
pb可用下式计算：
pDB－(2B 2D)hf pb D
式中，B—复合地基上荷载作用宽度； D—复合地基上荷载作用长度； h—复合地基加固区厚度。 对于平面应变情况，上式可改写为
2hf pb p B
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3.2 Boussinesq-Mindlin联合求解法
pDB pb ( B 2hg )( D 2hg )
对条形基础，仅考虑宽度方向扩散，则上式可改写为：
pB pb ( B inesq法
Boussinesq解是在半空间弹性体边界上作用有集 中力P时,在半空间无限体内任一深度Z处的竖向附 加应力为： 3
桩筏结构
Page 3
桩网结构
Page 4
桩板结构
Page 5
桩筏结构
Page 6
2 为什么研究ＣＦＧ桩
控制沉降量是高速铁路路基工程设计最核心的问 题，尤其是在深厚层软土中，在控制沉降方面难 度加大。 CFG桩复合地基具有沉降量小、承载力高、稳定 快、工期短等特点。 CFG桩复合地基工程造价低。与预制桩相比可节 约费用1/3-1/2；和灌注桩比可节约1/4-1/3；和碎 石桩相比可节约1/6-1/5。
1 式中，μs—应力修正系数， s 1 m(n 1)
（应力修正法形式很简单，但应力修正系数的合理确定比较困难）
Page 11
n和m—分别为复合地基桩土应力比 和复合地基置换率
（3） 桩身压缩量法
路堤荷载作用下，复合地基加固区的压缩量可以 通过计算桩身压缩量Sp再加上桩底刺入下卧层的 变形量Δ得到。
z
2
3 pz 2R 5
式中，R=
r z
2
CFG桩应用及计算方法
绷
式 中 ： 为 白天 然 地 面 以 下 深 度５ Ｏ 围 内 天然 土 层 的加 ．０ｍ范
权平 均重度 ， 中地下水位下 的重度取浮重度 。 其
丫 ０： Ｙｈ ｉ ＝ １ ０ ８． ０ ｋＮ／ｍ
基 础埋 深 ｄ＝ ． ０ 经计算 ＝１３ ９ Ｐ 。 ５ ０ ｍ， ８． １ｋ ａ
灌 注桩 和 Ｃ Ｇ桩是 两种 完全 不 同的设 计理念 ， Ｆ 传力 的 机理也完全不 同 ， 在选用方案时一定 要从 实际 的工 程需要 出
发。
灌 注桩是基 础 的一个构 件 ， 是锚 固在 承 台内 ， 的主 桩 桩
筋与承 台的钢筋是连接 的 ， 因此桩 可 以传 递压 力 、 力 、 矩 拉 弯
铺 设 一 层 １０～ ０ ｍ 的 中 砂 、 砂 、 配 砂 石 或 碎 石 （ ５ ３ ０ｍ 厚 粗 级 称
种加 固 ， 提高地基 的承载 能力 ， 别要 注意 的是 在基 础 和 特
Ｃ Ｇ桩 之间还有褥垫相隔 ， Ｆ 只能 传递压力 ， 可能传 递拉力 、 不 弯矩和剪力 。 不具有抵抗水平力 的能力 。 在评价这两种地基处理方 案 ， 应多角 度考虑 。应 用时不 能只考虑桩侧摩 阻 力和 桩端 阻力 ， 还应 考 虑 Ｃ Ｇ桩是 挤 土 Ｆ 的 ， 注桩是不 挤土 的。 因此在 建筑 物 的荷载 不大 ， 平荷 灌 水 载不是控制条件 的 ， 而采用 天然 地基 的承 载力 不够 ， 有 可 就
＝
２４ ％ ； 。为单 桩竖 向承 载力 特征 值 ，Ｒ ．５ Ｒ 。＝１０ ０ Ｎ； ０ ．０ ｋ ／ ３
为桩 间土 承载 力 折 减 系 数 ， 卢＝０７ 为 处 理 后 桩 问 土 承 载 ．０
注： 表中承载力指天然地基承载力特征值 ， ｄ 田 为基础埋深的地基承载力修正系数。
CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)
桩基础中：（桩穿越欠固结土层、地下水位变化等情况） 负摩阻力对桩的承载力有不利的影响。
CFG桩复合地基中：（褥垫层的存在） 负摩阻力对桩的承载力有不利的影响。 负摩阻力对桩间土的承载力有提高的 作用。 它对提高桩间土的承载力，减少复合地 基的沉降变形起着有益的作用。
.
工作机理 复合地基 复合地基受力特性
.
工作机理 复合地基 复合地基变形特性
3、CFG桩复合地基深层变形性状
曲线1：天然地基土，
l
p曲=线121：9k9P桩a 复合地基，
p=320kPa，σs=119kPa
2、桩传递轴向力的特征
桩基础：s桩顶=s土表面=s承台 s桩顶以下桩>s相应部位的土
土对桩产生的侧摩阻力方向向上，为正摩阻力 最大轴向力Nmax出现在桩的顶部。
.
工作机理 复合地基 复合地基受力特性
CFG桩复合地基：s桩顶≠s桩间土表面≠ s基础底面
ss
sp s
0 z0
N 0
z0
Nmax
z
z
.
工作机理 复合地基 复合地基受力特性
.
概述 技术发展
20世纪80年代，中国建筑科学研究院立题开始试验研究； 1992年，通过部级鉴定； 1994年，被建设部列为全国推广项目； 1995年，被国家科委列为国家级全国重点推广项目。
目前，CFG桩可加固多层建筑及30层以下高层建筑。从 民用建筑到工业建筑均可使用。
.
概述 与碎石桩比较
单桩承载力
要慎重。
.
概述 适用范围
南京造纸厂地基采用CFG桩加固，加固前后取土进行物理力学指标
按照施工工艺不同，分为挤土和非挤土两类 振动沉管法施工－挤土法 （泥浆护壁）螺旋钻孔施工－非挤土法
CFG桩复合地基处理计算
水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）复合地基方案计算工程实例:本工程回填土较厚，拟采用CFG 桩复合地基。
基础底面的桩间图地基承载力为70KPa 。
CFG 桩直径为500，采用C25混凝土浇筑，单桩竖向承载力特征值为450KN ，单桩承载力发挥系数取λ=0.9，桩间土承载力发挥系数取β=0.8，要求处理后的地基承载力为180KPa 。
根据《建筑地基处理技术规范》7.1.5-2 对有粘结强度增强体复合地基应按下式计算：sk pa spk f m A R m f )1(-+=βλ A p =3.14×0.5×0.5÷4=0.19625m 20.0617670)1(8.019625.04509.0180)1(=⇒⨯-⨯+⨯⨯=⇒-+=m m m f m A R m f sk p a spk βλ 面积置换率m ＝d 2/d 2e ；d 为桩身平均直径（m ），等边三角形布桩d e ＝1．05s ，正方形布桩d e ＝1．13s 当采用三角形布置时， 1.90m s m 92.1CFG )05.1(5.006176.022==⇒==取桩间距s s m 当采用正方形布置时， 1.70m s m 78.1CFG )13.1(5.006176.022==⇒==取桩间距s s m 根据7.1.6条有粘结强度复合地基增强体桩身强度应KPa KPa A R f p acu 7.825419625.04509.041000254=⨯⨯≥⨯⇒≥λ 规范条文：根据《建筑地基处理技术规范》7.7.1水泥粉煤灰碎石桩复合地基适用于处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基。
7.7.2水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计应符合下列规定：1 水泥粉煤灰碎石桩，应选择承载力和压缩模量相对较高的土层作为桩端持力层。
2 桩径：长螺旋钻中心压灌、干成孔和振动沉管成桩宜为350mm～600mm泥浆护壁钻孔成桩宜为600mm～800mm；钢筋混凝土预制桩宜为300mm～600mm。
CFG桩单桩竖向抗压承载力特征值计算
工程名称：长动还建楼住宅小区设计依据：《复合地基技术规范》(GB/T50783-2012)1、计算CFG桩单桩竖向抗压承载力特征值（第5.2.2、14.2.6条）计算公式：Ra=Up*Σqsai*li+α*qp*ApCFG桩桩身直径D=500mm，桩端持力层为强风化泥质粉砂岩，桩端全断面进入持力层深度hr≥1.0m；有效桩长L≥6.0米。
Up=3.14*0.5=1.57（m）；Ap=3.14*0.5*0.5/4=0.196（m2）取qsa1=30kPa，L1=2.0m；qsa2=50kPa，L2=3.0m；qsa3=80kPa，L2=0.5m桩端土地基承载力折减系数α=1.0，qp=800kPaRa==380+156.8=536.8（kN）取Ra=530kN2、计算CFG桩桩体强度（第5.2.2、14.2.6条）计算公式：Ra=η*fcu*Ap；fcu=Ra/（η* Ap）桩体强度折减系数η=0.33fcu=530/（0.33*0.196）=8194（kPa）=8.20MPa取fcu=20MPa3、CFG桩复合地基承载力计算（第5.2.1、14.2.5条）计算公式：fspk=βp*m*Ra/Ap+βs*（1-m）*fskβp=1.0，βs=0.7Ra=530kN，fsk=fak=220kPaD=0.5m，S=3*0.5=1.5（m），De=1.13*1.5=1.695（m）m=D*D/（De*De）=0.087fspk=1.0*0.087*530/0.196+0.7*（1-0.087）*220=235.2+140.6=375.8（kPa）取fspk=370kPa工程名称：长动还建楼住宅小区设计依据：《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)1、计算CFG桩单桩竖向抗压承载力特征值（第7.1.5、7.7.2条）计算公式：Ra=Up*Σqsai*li+α*qp*ApCFG桩桩身直径D=500mm，桩端持力层为强风化泥岩，桩端全断面进入持力层深度hr 深度hr≥0.5m；有效桩长L≥5.5米。
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1号楼基础 面积
684442651 684.4427
3700 600 2.3号楼基础面积
74 12
1278669116 1278.669 桩数
107.851
2.044445
布桩数量
57.73019
5B-JGJ79-2002编制。水泥搅拌桩分为干法和湿法。桩身强度折减系数 JGJ 79-2002 编制) μ ，干法取0.2~0.3；湿法取0.25~0. 2。红色部分人工输入
桩侧土磨擦阻力特征值 桩端土阻力(qp:未修正承 (qsia) 承载力值 载力特征值) 50 110 130 165 1100 1900 1600 3500 170 330 580 280 750
CFG桩计算
设计计算： 机具条件： 有效桩长(m)
2
直径D(m) 1.2 L=
2
桩长范围土层名称 7 1.1304 3.768 1 2 3 4 5 6
土厚li(m) 1.36 1.3 1.3 0.9 2.14
桩截面面积(m )Ap=D *3.14/4 桩周长μ p μ p=D*3.14
1.单桩承载力： 桩间土承载 桩身强度折 桩端天然土承载 力折减系 桩间天然土承载力特 面积置换率m(0.01~0.10) 参数取值：：减系数：η 征值fsk(Kpa) 力折减系数:α 数：β (0.33) (0.75~0.95) 0.33 0.9 0.75 342.8395062 0.062923252 Ra=μ p*∑ 2.单桩承载 qsia*li+α 5552.148 *A*qp 力特征值 (取小值) Ra=η 7460.64 *fcu*Ap 5552 取值Ra= 3.复合地基 fspk=m*Ra/ 承载力特征 Ap+β *(1550 值fspk m)*fsk 4.面积置换 率、布桩数 m=(fspk-β 面积置换率 *fsk)/(Ra/A p-β *fsk) 5.结论： 有效桩长 L= 单桩承载力 特征值Ra= 复合地基承 载力特征值 fspk= 桩身混凝土 强度标准值 fcu= 7 5552 550 0.062923252 布桩数n n=m*A/Ap 一根桩置换面积A1=Ap/m
压缩模量
5 23.5 39 20
桩身混凝土无侧限抗压 强度标准值fcu(MPa) 20
桩端阻阻力qp 3500 设计
桩间距
模量提高系 数
4.554547 3.7
置换率 复合地基特征值 压缩模量加权平均
0.095345 700.9166 21.82099
处理厚压缩模量
44.61182
A1=1.6mX1.6m