8 水泥粉煤灰碎石桩法

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四 CFG桩的适用范围
CFG 桩法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地 基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。应选择承载力 相对较高的土层作为桩端持力层。 适用范围广，既可适用于条基、独立基础，也可适用于箱基、筏基；既 有工业厂房，也有民用建筑。
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五 CFG桩与碎石桩的区别
2
三
CFG桩复合地基工Baidu Nhomakorabea特性
（1）承载力提高幅度大、可调性强 CFG桩桩长可从几米到20多米，可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的 荷载占总荷载40%~75%。 （2）刚性桩性状明显 CFG桩具有较大的刚性。不仅能充分发挥侧阻力，当桩端落在好土层上 时，还具有明显的端承作用。 （3）桩体排水作用 当上部土层透水性较差时，CFG桩形成一个良好的排水通道，孔隙水 沿着桩体向上排出，直到CFG桩体硬结为止。 （4）桩体强度和承载力的关系 CFG桩桩体强度不宜太高，一般取桩顶应力的3倍即可。 （5）复合地基变形小 CFG桩复合地基模量大、地基沉降量小。当软弱土层较厚时，将桩端 落在较硬土层，可以有效减小沉降。
与自由单桩相比，在荷载相同的情况下，复合地基中桩的变形大于 自由单桩变形。
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三
CFG桩复合地基各组成要素的主要作用
1）褥垫层作用
（1）保证桩与土共同承担荷载 通过褥垫层塑性调节作用把一部分荷载传到桩间土上，保证桩和桩间 土始终参与工作并满足变形协调条件。
（2）减小基础底面的应力集中 当褥垫层厚度H=0时，桩对基础底板的应力集中显著。 当褥垫层厚度H≥100mm时，桩对基础产生的应力集中现象显著降 低；当褥垫层厚度H=300mm时，应力集中已经很小。当褥垫层超过一 定厚度后，在基础底板设计时可不考虑桩对基础应力集中的影响。
△z (m) b (m)
△z (m)
0.3
2<b≤4 0.6
0.6
4<b≤8 0.8
0.8
1.0
b>8 1.0
当无相邻荷载影响，基础宽度在1~30m范围内时，基础中点的地基变形计 算深度可按下列简化公式计算：
s s1 s2 s3
S1<S2
1-天然地基 2-复合地基 2 Z (m) 1
2）复合地基土的变形性状
复合地基s-z曲线比较平缓，复合地 基桩间土变形小于天然地基变形；随 着荷载增加，复合地基变形大于天然 地基变形。
3）复合地基中桩的变形性状
复合地基和天然地基不同 图 7.5 复合地基和天然地基不同 深度处土的位移曲线 深度处土的位移曲线
8 水泥粉煤灰碎石桩法
8.1 概述 一 CFG桩复合地基的概念
水泥粉煤灰碎石桩（Cement-FlyashGravel pile）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），桩、桩间土和褥垫层 一起构成复合地基。 水泥粉煤灰碎石桩系高粘结强度桩， 需设置褥垫层，以保证桩、土共同承担 荷载形成复合地基。
ψs——变形计算经验系数， 根据当地沉降观测资料及经验确定， 也可采用表 7.3 数值。 17
（2）复合模量法
n2 p0 j p0i s s1 s2 s [ hi hj ] i 1 E spi j 1 E sj n1
p0 s ss s z i i z i 1 i 1 i 1 Es i
对可挤密一般粘性土，fsk 可取 1.1～1.2 倍天然地基承载力特征值，即 fsk=（1.1～1.2）fak， 塑性指数小，孔隙比大时取高值。 对不可挤密土，若施工速度慢，可取 fsk=fak；对不可挤密土，若施工速度快，宜通过现 场试验确定 fsk；对挤密效果好的土，由于承载力提高幅值的挤密分量较大，宜通过现场试验 确定 fsk。
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8.3 设计计算
一 CFG桩复合地基布桩基本要求
1）平面布置 对可液化地基及饱和软粘土地基宜在基础处设1~2排砂石护桩。最外排 桩中心至基础边缘距离不宜小于1倍桩径，且不大于1.5倍桩距。 2）CFG桩参数设计 （1） 桩径 CFG桩桩径350～600mm。 （2） 桩距 根据复合地基承载力、土性、施工工艺确定桩距，s取3～ 6倍桩径。 CFG桩桩距选择
' n


式中
p0 ——对应于荷载效应标准组合时的基础底面处的附加压力（ kPa） ；
zi 、zi-1 ——基础底面至第 i 层土、第 i-1 层土底面的距离（m） ；
i、 i ——基础底面计算点至第 i 层土、第 i-1 层土底面范围内平均附加应力系数，可
查规范附录； n——地基变形计算深度范围内所划分的土层数； Esi ——第 i 层土的压缩模量（MPa） ，对于加固区范围内土层，取复合土层的压缩 模量 Esp；对桩底下卧层土层，取天然土层的压缩模量 Es。
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（3）桩长 在满足承载力和变形要求的前提下，可以通过调整桩长来调整桩距， 桩越长，桩间距可以越大。 3）褥垫层设计 褥垫层厚度150~300mm。桩径、桩距较大时，褥垫层厚度应取高值。
二
CFG桩复合地基承载力计算
f spk m Ra 1 m f sk Ap
1）复合地基承载力特征值
7.3 △ z 取值 ——在计算深度范围内，第表 式中 s1 i 层土的计算变形值；
表 7.3 △ z 取值
表8.3 Δ z取值 ——在由计算深度向上取厚度为△ 的土层计算变形值，△ 7.3 sn b (m) b≤2 2<z b ≤4 4<b≤8 z 取值见表 b >8 。
b≤2 0.3
土性 基础型式 单、双排布桩的条基 含 9 根以下独立基础 满堂布桩 对挤密性好的土，如砂 土、粉土、松散土等 （3～5）d （3～6）d （4～6）d 可挤密性土，如粉质粘 土、非饱和粘土等 （3.5～5）d （3.5～6）d （4～6）d 不可挤密性土， 如饱和粘 土、淤泥质土等 （4～5）d （4～6）d （4.5～7）d
——石屑率，一般取 0.25 ~ 0.33 。
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四
CFG桩复合地基沉降计算
1）复合地基沉降计算公式 （1）分层计算法
p0 j s0i s s1 s2 s [ hi hj ] i 1 Esi j 1 Esj
n1 n2
式中 s——CFG 桩复合地基总沉降量（mm） ；
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2）桩、土荷载分担
δ s、δ p(%)
p
Pp P
δ p(%)
PS S P
总荷载记为P ; 桩体承担的荷载记为P p； 桩间土承受的荷载记为Ps。
0 pk
δ s(%)
P(kPa)
图 7-3 CFG 桩复合地基桩、土荷载分担比示意图
P=Pk时，桩土承担荷载各占50%。P>Pk后，桩承担荷载超过桩间土。
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三
CFG桩桩体强度与配合比设计
1）桩体强度计算
f cu
Ra 3 Ap
式中 fcu——桩体混合料试块标准养护 28d 立方体（边长 150mm）抗压强度平均值（kPa） ； Ra ——单桩竖向承载力特征值（kN） ； Ap ——桩的截面面积（m2） 。
2）桩体材料中水泥掺量及其他材料的配合比确定 ①以28d混合料试块的强度 确定桩身混合料的水灰比
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8.2 加固机理
一 桩、土受力特性
1）桩土共同作用 基础传来的荷载，先传给褥垫层，再由褥垫层传递给桩与桩间土。上部 传来的荷载大部集中在桩顶，当桩顶压应力超过褥垫层局部抗压强度时， 桩体向上刺入，褥垫层产生局部压缩。
基础 褥垫层 桩间土 桩 桩
s
基础
桩向上刺 入褥垫层
桩土 复合 地基
褥垫层
a）复合地基受力前 b） 复合地基受力后 CFG桩复合地基桩土共同作用示意图
n1 ——加固区土分层数；
n2 ——下卧层土分层数；
； s 0i ——桩间土应力 s0 在加固区第 i 层土产生的平均附加应力（kPa） p0 j ——荷载 p0 在下卧层第 j 层土产生的平均附加应力（kPa） ； ； E si ——加固区第 i 层的压缩模量（MPa）
E sj ——下卧层第 j 层土的压缩模量（MPa） ； ； hi 、 h j ——分别为加固区和下卧层第 i 层和第 j 层的分层厚度（m）
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2）单桩竖向承载力特征值
Ra
Qu 2
Ra u p qs i li q p Ap
i 1
n
Ra f cu Ap
式中 up——桩的周长（m） ； n ——桩长范围内所划分的土层数； qsi ——桩周第 i 层土的侧阻力特征值（ kPa） ； qp——桩端阻力特征值（ kPa） ； li——第 i 层土的厚度（m） ； fcu ——桩体混合料试块标准养护 28 天立方体抗压强度平均值（ kPa）
f cu
C 0.366 Rc ( 0.071) W
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②混合料中粉灰比的用量计算
W F 0.187 0.791 C C
③碎石与石屑的用量计算
G C W F
④石屑率的计算
G1 G1 G2
式中
； G1 ——每 m3 石屑重量（kg） ， G2 G G1 ； G2 ——每 m3 碎石重量（kg）
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2）复合土层压缩模量Esp
E sp E s
f spk f sk
n
Es
3）地基变形计算深度zn
s
' n
' 0.025 s i i 1
——在计算深度范围内，第 i 层土的计算变形值； 式中 s1
——在由计算深度向上取厚度为△z 的土层计算变形值，△z 取值见表 7.3。 s n
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2）桩的作用 （1）承担基础传来的荷载 （2）对地基土产生一定的挤密作用 3）CFG桩复合地基加固作用 （1）置换作用 CFG桩桩体弹性模量远大于桩间土弹性模量，CFG桩承担荷载远大于 桩间土承担荷载，土被CFG桩置换是复合地基承载力得到提高主要原因。 （2）排水作用 CFG桩桩体的渗透系数远大于桩间土层渗透系数。
桩 间 土 基础
褥垫层 桩
桩端土
CFG桩复合地基组成示意图
1
二 CFG桩复合地基的应用与发展
CFG桩是建设部“七五”计划课题，于1988年立题进行试验研究。 1994年被列为国家级重点推广项目。80年代末至90年代初。CFG桩多 采用振动沉管打桩机施工。90年代中期，在北京开始应用长螺旋钻管孔 内泵压CFG桩混合料成桩工艺，并在全国推广。 CFG桩可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层时可很好地发挥端阻， 形成的复合地基置换作用强，复合地基承载力提高幅度大，复合模量高， 地基变形小。 CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配钢筋，可充分发挥桩 间土的承载力，工程造价仅为桩基的1/3~1/2，经济效益和社会效益显著。 CFG桩采用长螺旋钻孔管内泵压成桩工艺，具有无泥浆污染、无振 动、低噪声等特点，且施工速度快、工期短、质量容易控制。
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3）桩传递轴向力的特征
δ
p
s桩
δ
s
sp 0 s桩
Δ
上 max
s桩
s桩
s
0
δ
p
s桩 Z0
ss s桩
土 桩 Δ Z
下 max
s桩
Z
(a) 桩身摩阻力示意图
(c) 桩轴力随深度变化示意图 (b) 桩土位移示意图 a) 桩身摩阻力 b) 桩土位移 c) 桩轴力随深度变化 竖向荷载作用下桩传递轴向力的特征
（1）概念上区别 水泥粉煤灰碎石桩桩体材料除了碎石以外，还有水泥、粉煤灰的成 份，桩身具有高粘结强度。 （2）承载机理区别 CFG桩为复合地基刚性桩，桩身可在全长范围内受力，能充分发挥 桩周摩阻力和端承力；而碎石桩为散体材料桩，桩身无粘结强度，依靠周 围土体的约束力来承受上部荷载。 （3）桩土应力比区别 CFG桩的桩土应力比较高一般在10～40，具有很大的可调性，在软 土中n≥100；而碎石桩桩土应力比一般为1.5～4.0。 （4）适用土类区别 CFG桩用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散砂土、粉土等，对 塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重；而碎石桩宜处理砂土、粉土、粘性 土、填土以及软土，对不排水抗剪强度小于20kPa软土使用要慎重。
图 7-4 竖向荷载作用下桩传递轴向力的特征
4）桩间土应力分布 刚性基础下桩间土上的应力分布情况是在基础边缘应力较大，在基础 8 中间部分较小，内外区的平均应力比在1.25~1.45之间。
二
复合地基变形特性
0 S1>S2 S(mm)
1）变形模式 复合地基加固区范围内土层压缩量 s1、下卧层压缩量s2和褥垫层压缩量s3。