CFG樁復合地基技術與實踐青島市勘察測繪研究院青島巖土基礎工程公司編輯李鵬吳剛安慶軍郝勝利提綱第一章CFG樁復合地基概論（7′）第二章CFG樁復合地基設計計算（8′）第三章CFG樁復合地基施工（5′）第四章CFG樁復合地基幾個問題的探討（15′）第五章CFG樁復合地基工程實例分析（25′）……第一章CFG樁復合地基概論7pages復合地基復合地基compositefoundation部分土體被增強或被置換形成增強體，由增強體和周圍地基土共同承擔荷載的地基。[1]樁體材料性狀分類散體材料樁復合地基：碎石樁、砂樁一般粘結強度樁復合地基：石灰樁、水泥土樁高粘結強度樁復合地基：CFG樁、素混凝土樁復合地基比較特性碎石樁石灰樁CFG樁應力應變性狀強度低圍壓影響大強度較低圍壓影響較大強度高圍壓影響小樁荷載分擔比[2]（m=10%）15%~30%擠密效應為主（m=10%）20%~38%擠密與置換效應（m=10%）40%~75%置換效應為主樁長效應樁長大于2.5倍基礎寬度時作用不大樁傳遞垂直荷載的深度比碎石樁大全樁長發揮側阻力樁端阻作用一般忽略不計樁長增加端阻較小端阻作用明顯CFG樁復合地基水泥粉煤灰碎石樁法cement-flyash-gravelpile由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合形成高黏結強度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復合地基的地基處理方法。[1]CFG樁復合地基技術80年代末進行試驗研究并應用于工程實踐；1994年列為國家級重點推廣項目；1997年列入國家級工法；1999年推出長螺旋鉆孔管內泵壓CFG樁施工工藝。CFG樁體材料和成樁工藝樁體材料水泥、碎石、石屑、粉煤灰、水水泥、卵石（碎石）、砂、粉煤灰、水素混凝土【注】水泥粉煤灰碎石樁與素混凝土樁的區別僅在于樁體材料的構成不同，而在起其受力和變形特性方面沒有什么區別。[1]成樁工藝振動沉管成樁長螺旋鉆孔管內泵壓灌注成樁褥墊層技術褥墊層作用保證樁、土共同承擔荷載調整樁、土荷載分擔比減小基礎底面的應力集中調整樁、土水平荷載的分擔褥墊層厚度厚度過小，褥墊層作用難以發揮厚度過大，樁、土應力比趨于1，變形大褥墊層厚度取0.45~0.5倍樁徑為宜[2]垂直荷載作用下的受力特性CFG樁復合地基初始加載時，大部分荷載由土承擔荷載增加時，樁承擔的荷載比例增加，土承擔的荷載比例減少固定荷載下，褥墊層的調整作用使樁、土的荷載分擔基本為定值，不隨時間變化而變化摩擦樁基初始加載時，全部荷載由樁承擔荷載增加時，樁承擔的荷載比例減少，土承擔的荷載比例增加固定荷載下，承臺的沉降使土承擔的荷載增加，樁承擔的荷載有一個逐步向承臺下土轉移的過程水平荷載作用下的受力特性無褥墊層時，水平荷載主要由樁承擔褥墊層厚度達到一定數值后，樁頂承受剪力占水平荷載的比例大體與面積置換率相當，即水平荷載主要由樁間土承擔實踐和試驗表明，褥墊層厚度不小于10cm，樁體不會發生水平折斷第二章CFG樁復合地基設計計算8pages設計依據資料工程地質勘察報告相關建筑的基礎平面圖和剖面圖建筑物荷載荷載效應標準組合下基礎底面處的平均壓力和最大壓力荷載效應準永久組合下基礎底面處的平均壓力裙房或車庫基底壓力標準值（主樓周圍有裙房或車庫時）基底反力不滿足荷載線性分布或需做抗沖切驗算時另要求設計要求的復合地基承載力和變形設計綜合分析明確地基處理的目的掌握建筑物結構布置及荷載傳遞特點掌握場地土質變化情況考慮施工設備和施工工藝綜合場地周圍環境因素設計確定參數樁長l樁徑d樁間距s樁體強度褥墊層厚度及材料根據樁端持力層綜合選擇一般取350~600mm一般取3~5倍樁徑抗壓強度滿足樁頂應力的3倍一般取150~300mm設計流程據勘察確定樁間土承載力據勘察確定樁端持力層初定樁長，計算單樁承載力據施工工藝確定樁徑計算不同樁間距的承載力據承載力要求確定樁間距樁間距不合理時返回調整計算復合地基變形變形不滿足要求時返回調整設計樁身強度等級設計褥墊層據基礎平面和上述參數布樁樁間距與置換率一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑等邊三角形布樁正方形布樁矩形布樁【注】s、s1、s2分別為樁間距、縱向間距和橫向間距。面積置換率知識回顧：基底壓力與荷載組合承載力計算相應于荷載效應標準組合時基礎底面處的平均壓力：pk變形計算相應于荷載效應準永久組合時基礎底面處的平均壓力：p′k基礎底面處的附加壓力基礎底面處土的自重壓力正常使用極限狀態下的荷載組合承載能力極限狀態標準組合準永久組合承載力計算估算公式β為樁間土承載力折減系數，宜按地區經驗取值，如無經驗時可取0.75~0.95，天然地基承載力較高時取大值。[1]樁體試塊抗壓強度平均值滿足樁頂應力的3倍：承載力修正基礎寬度的地基承載力修正系數應取0；基礎埋深的地基承載力修正系數應取1.0。承載力復核強度等級C15C20C25混凝土強度設計值fc7.29.611.9變形計算變形估算公式ξ為復合土層壓縮模量的提高系數，。[1]【注】參見《建筑地基基礎設計規范》。第三章CFG樁復合地基施工6pages振動沉管CFG樁施工工藝應用條件要求對土質具有擠密作用或預震作用，空曠地區及不存在擾民情況主要問題難以穿透厚的硬土層如砂層、卵石層等振動及噪音污染嚴重振動對臨邊建筑物可能產生不良影響擠土成樁，在飽和粘性土中會造成隆起斷樁，或導致樁間土強度降低施工投料效率低，長樁拔管時需空中投料長螺旋鉆孔管內泵壓CFG樁施工工藝主要優點低噪音，無泥漿污染成孔制樁時不產生振動，避免對已打樁的影響成孔穿透能力強，可穿透砂層、圓礫層和粒徑不大于60mm的卵石層施工效率高施工工序鉆機就位：樁位、垂直度混合料攪拌：配合比、坍落度（16~20cm）鉆進成孔：鉆速、樁長、卵礫層穿越灌注及拔管：工序、提速（2~3.5m/min）、充盈系數長螺旋鉆機清土及CFG樁樁頭處理清土及時清運：減少施工中找樁位和設備就位的時間、便于發現竄孔及其他施工問題、廢棄混合料強度較低便于清運清運方式：人工、機械與人工聯合清運保護樁頭處理截樁：同一水平面同一角度對稱

設置鋼釬，大錘同時擊打樁頭修平接樁褥墊層鋪設鋪設要求宜用中砂、粗砂、級配砂石或碎石等，最大粒徑30mm夯填度（夯實后與虛鋪厚度的比值）不大于0.9高低差與基礎周邊的鋪設高差底部鋪設無特殊要求高差頂部邊緣砌體支擋側向約束高差面可做垂直、臺階形（斜面無樁）高差面可做斜面（斜面有樁，樁頭設低標高砂漿調整）基礎周邊外擴寬度大于厚度，要求有側向約束施工檢測與質量驗收質量檢驗施工記錄、混合料坍落度、樁數、樁位偏差、褥墊層厚度、夯填度和樁體試塊抗壓強度等承載力檢測應采用復合地基載荷試驗檢測樁身強度應滿足試驗荷載條件，宜成樁28天后靜載荷試驗數量宜為總樁數的0.5~1%，且單體不少于3個低應變檢測數量不少于總樁數的10%樁分擔面積確定載荷板面積第四章CFG樁復合地基幾個問題的探討13pages幾個問題的探討荷載傳遞的機理問題樁、土荷載的分擔問題邊載的影響問題承載力的修正問題復合地基的檢測問題CFG樁的負摩阻問題多樁型的復合問題特殊土的適用性問題柔性結構（路基）的加固問題荷載傳遞的機理問題土位移大于樁頂位移—上刺—負摩阻樁底位移大于土位移—下刺—正摩阻中性點：軸力最大初始主要荷載由土承擔荷載增加時樁承擔的荷載比例增加中性點隨荷載增加位置上移先發揮樁摩阻，后發揮樁端阻樁體承載力到極限時復合地基破壞荷載傳遞的機理問題2推論1：單樁復合地基破壞一般由土體剪切破壞引起推論2：群樁復合地基破壞一般由樁體承載力極限破壞引起推論3：破壞前，樁土荷載的分擔趨于定值推論4：樁體破壞時負摩阻接近為零問題A：樁土的荷載分擔有多少呢？如何控制？問題B：單樁復合地基檢測的結論是否可用？如何使用？問題C：設計是否需要考慮CFG樁的負摩阻呢？樁、土荷載的分擔問題問題A：樁土的荷載分擔有多少呢？土荷載分擔比、樁荷載分擔比、樁土應力比 0.25~0.6 0.4~0.75 6~27[2]

經驗應力比 0.2~0.6 0.4~0.8 10~80[4]容許應力比參考

樁土應力比的影響因素正影響：加載、褥墊層模量、樁間距（3~5d）、樁長逆影響：褥墊層厚度、樁間土模量最佳應力比：樁土同時破壞，可研究優化邊載的影響問題邊載效應試驗（9樁復合地基，載荷板邊長1.6m，邊載120kPa）【注】以s/b=0.01對應的荷載作為復合地基承載力，無邊載條件時，fspk=210kPa，有邊載條件時，fspk=310kPa。邊載效應相當于承載力的深度修正邊載效應減小板下變形，使同一深度處變形趨于均勻化邊載效應明顯提高樁間土承載力，提高土的荷載分擔承載力的修正問題問題D：是修正樁間土的承載力，還是復合地基的承載力？邊載效應試驗算例

120kPa等效6m埋深，修正后：310≈210+20*(6-0.5)=320應按后者進行深度修正γm為基礎底面以上土的加權平均重度，地下水位以下取浮重度d為基礎埋置深度，參見后文說明[3]應按修正前的承載力進行靜荷載試驗承載力的修正問題2無地下室時，一般自室外地面標高算起（圖1）有地下室時，整體基礎自室外地面標高算起（圖2），非整體基礎（獨立基礎或條形基礎）從室內地面標高算起（圖3）主樓與裙房相連（臨）時，（假定均為筏基且主樓埋深大，圖4）當裙房寬度大于主樓寬度的2倍時，主樓計算深度為兩者高差+裙房荷載（僅考慮永久荷載且扣除浮力）的當量土高（后加項不大于裙房計算深度）【注】裙房為獨基時自裙房室內地面標高算起當裙房寬度小于主樓寬度的2倍時，主樓計算深度自室外地面算起裙房計算深度自室外地面標高算起復合地基的檢測問題問題B：單樁復合地基試驗、檢測的結論是否可用？檢測自由單樁承載力，樁側土應力作用較小單樁復合地基未考慮實際情況下的邊載效應載荷板面積需與樁分擔處理面積相對應褥墊層厚度影響樁、土荷載的分擔問題B：如何使用？用自由單樁試驗結果估算復合地基中的單樁承載力是偏于安全的對檢測承載力進行深度修正按要求選擇載荷板尺寸褥墊層厚度宜取10~15cm，不需與復合地基設計褥墊層厚度一致，同時應保證褥墊層有側向約束CFG樁的負摩阻問題復合地基中CFG樁的負摩阻負摩阻開始加荷即存在，樁體破壞時負摩阻接近為零負摩阻減緩了摩擦作用，加速了端程發揮，使樁全過程發揮作用負摩阻提高樁間土承載力，對減小沉降變形有益樁基礎的負摩阻傳統樁基礎不考慮樁側土作用，負摩阻減小了基樁摩擦作用問題C：設計是否需要考慮CFG樁的負摩阻呢？考慮極限承載狀態時基本不影響CFG樁應選擇較好的端承地層，樁長不宜過短筏板基礎等大面積處理時建議單樁承載力計算留有余地多樁型的復合問題兩種樁型組成的復合地基CFG樁和碎石樁：提高承載力、消除液化CFG樁和攪拌樁：提高承載力、補強軟弱土長短樁組成的復合地基長、短CFG樁：合理控制承載力、調整變形承載力計算方法一：主控樁與天然地基復合——輔樁與復合地基再復合方法二：變形計算同承載力計算方法一，計算模量提高系數特殊土的適用性問題適用于粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土當土的承載力特征值小于50kPa時，應謹慎使用，砂土、粉土可擠密土層可用，飽和軟粘土不適用振動沉管CFG樁工藝可考慮用于消除液化或濕陷性問題E：CFG加固范圍內存在軟土層，如何復合？【例】墊層下有1m卵石層、6m軟塑粉質粘土、4m粉砂層、厚卵石層，復合地基承載力計算按哪層土復合？建議按軟塑粉質粘土承載力計算復合地基承載力變形計算時，卵石層模量不宜再乘提高系數柔性結構（路基）的加固問題剛性結構與柔性結構剛性結構下CFG樁對復合地基承載力的貢獻大于柔性結構柔性結構下復合地基破壞是先土后樁，區別于剛性結構結構剛度增大，樁土應力比增大柔性結構（路基）的加固問題2同樣條件下，柔性結構的沉降大于剛性結構當荷載水平不超過復合地基承載力的1.5倍時，現有的沉降計算公式在剛性結構下是可行的現有的沉降計算公式在柔性結構下，即使荷載水平較低時理論值也小于實際值，且隨著荷載水平的增加，差距擴大對高速公路路基處理，有CFG樁筏復合地基的案例預測路堤沉降時不應采用現有沉降計算方法，或者應對計算值乘以經驗放大系數第五章CFG樁復合地基工程實例分析36pages即墨坊子街CFG樁復合地基實例工程概況設計計算單樁和復合地基的靜載荷試驗施工過程及問題復合地基檢測建筑物沉降監測樁土應力測試工程概況即墨坊子街B區、E區B區包括7棟22～28層住宅樓，1層地下室，筏板基礎，要求地基承載力特征值不小于450kPa（后調整設計要求為400kPa）E區包括10棟28層住宅樓，1層地下室，筏板基礎，要求地基承載力特征值不小于450kPa網點、地下車庫為獨立基礎，車庫外墻為條形基礎，要求地基承載力不小于280kPaE區設計計算地層編號916地層名稱粗礫砂強風化砂巖地層厚度5m(0.5m)承載力特征值(220kPa)——側阻力標準值80kPa100kPa端阻力標準值——3000kPa布樁形式等邊三角形樁長5.5m樁徑0.5m褥墊層厚度30cm【注】(0.5m)為CFG樁嵌固深度；第9層粗礫砂承載力特征值280kPa，(220kPa)為考慮軟弱夾層后計算取用值。計算Ra=647kN，取Ra=600kN取β=0.8計算m=9.51%計算s=1.54m，取s=1.45m計算右端=9.2MPa選C20，fcu=20MPaE區設計計算2初步計算復合地基承載力450kPa單樁承載力647KN樁身強度C20樁徑500mm樁間距1.54m置換率9.51%施工圖復合地基承載力450kPa單樁承載力600KN樁身強度C25樁徑550mm樁間距1.45m置換率13.05%B區設計計算地層編號5916地層名稱中粗砂粗礫砂強風化砂巖地層厚度2m5m(0.5m)承載力特征值120kPa280kPa——側阻力標準值30kPa80kPa100kPa端阻力標準值————3000kPa布樁形式等邊三角形樁長7.5m樁徑0.5m褥墊層厚度30cm【注】(0.5m)為CFG樁嵌固深度。計算Ra=694kN，取Ra=600kN取β=0.8計算m=11.95%計算s=1.38m，取s=1.30m計算右端=9.2MPa選C20，fcu=20MPaB區設計計算2初步計算復合地基承載力450kPa單樁承載力694KN樁身強度C20樁徑500mm樁間距1.38m置換率11.95%施工圖復合地基承載力400kPa單樁承載力600KN樁身強度C25樁徑550mm樁間距1.30m置換率16.24%增加攪拌樁（短樁），置換率16.24%設計計算的疑問承載力特征值要修正嗎？單樁承載力計算時要打折嗎？樁間土承載力折減系數β的取值合理嗎？樁間距小于3倍樁徑合理嗎？置換率偏高嗎？樁身強度要那么高嗎？攪拌樁參與復合了嗎？參考案例[2]序號地區基礎形式基底土承載力kPa設計承載力kPa檢測承載力kPa設計單樁承載力kN檢測單樁承載力kN樁身強度置換率%1陜西筏板基礎150230327C1010.52北京筏板基礎160~230500~580>500~580755~963C255.8~8.63北京筏板基礎160400>500750C2064北京筏板基礎280(480~520)>650785C206.5~7.45北京筏板基礎150、180500>500862、874>875C256.96北京筏板基礎190630>630800(1315)>800C2587北京筏板基礎200450>500850C256.1【注1】設計承載力（）內為修正后的值。【注2】設計單樁承載力（）內為打折前的值。參考案例2[2]序號地區基礎形式基底土承載力kPa設計承載力kPa檢測承載力kPa設計單樁承載力kN檢測單樁承載力kN樁身強度置換率%8北京筏板基礎160~180225~330滿足460~670>500C2069北京筏板基礎180365>537406C206.910北京筏板基礎140、180159、213滿足350、619C154.911北京筏板基礎200331>570465>600C205.612北京筏板基礎180318386310440713北京筏板基礎180450>900700>700C205.214山西筏板基礎60130180153C207.7設計計算的疑問2承載力特征值要修正嗎？主樓旁聯體車庫為獨立基礎，考慮車庫內坪到基底高差小，未修正。單樁承載力計算時要打折嗎？最好參考靜載荷試驗，一般計算不打折，單樁承載力高時可打折。樁間土承載力折減系數β的取值合理嗎？0.75～0.95，天然承載力高時取大值，E區宜取0.9。樁間距小于3倍樁徑合理嗎？置換率偏高嗎？樁間距較小時對提高承載力有限，本例最終置換率偏高。樁身強度要那么高嗎？本例建議取C20。攪拌樁參與復合了嗎？應參與，本例未計算，砂層中攪拌樁加固亦值得探討。設計小結復合地基承載力儲備較大單樁豎向承載力打折計算樁徑加大，置換率偏高樁身強度偏高攪拌樁有利影響未考慮沉降未進行計算B區單樁的靜載荷試驗試驗樁號樁徑（mm）樁長（m）最大加載（kN）極限承載力Qu（kN）承載力特征值Ra（kN）Ra對應沉降量s（mm）

樁-15007.5154014307157.78樁-25007.5117010405204.52樁-35007.51300130065012.79樁-1號試驗基樁，最大加荷1540kN，樁頂砼破壞。樁-2號試驗基樁，最大加荷1170kN時，樁頂砼破壞。樁-3號試驗基樁，最大加荷1300kN時，樁未破壞。因樁-1、樁-2號試驗基樁承載力特征值相差較大，計算平均值時，樁-1號試驗基樁承載力特征值按650kN參加統計，其它不變。所以，本次試驗基樁的單樁承載力特征值的平均值為605kN。B區單樁復合地基的靜載荷試驗試驗編號比例界限點Po（kPa）最大加載P（kPa）極限荷載Pu（kPa）承載力特征值fak（kPa）fak對應沉降量s（mm）復-1未出現1080108054015.87復-2未出現99099049518.57復-3未出現99099049524.85復-46309008104056.72復-1、復-2、復-3號試驗點P-S曲線未出現比例界限點，P-S曲線呈直線變化，復-4號試驗點P-S曲線比例界限點630kPa。承載力特征值的平均值為480kPa。B區靜載荷試驗報告結論本工程試驗段復合地基承載力特征值fak可按450kPa使用；本工程試驗段素砼樁單樁承載力特征值可按600kN使用；由復合地基靜載荷試驗中，復-4號試驗點最大加荷900kPa時，樁頂砼破壞；單樁靜載試驗中，樁-2號試驗基樁最大加荷1170kN時，樁頂砼破壞。因而建議工程樁的樁徑采用Ф550mm，砼標號采用C25。靜載荷試驗小結靜載荷試驗的疑問樁-1、樁-2、復-4樁頂混凝土破壞的主要原因是樁身強度不夠，還是樁頭應力集中、缺乏必要約束？“進行單樁載荷試驗時為防止試驗中樁頭被壓碎，宜對樁頭進行加固。”

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其他工程也出現過類似情況，建議樁頭加箍處理。試驗最大加荷偏小？部分加載未破壞。試驗時墊層是否有側向約束？未印證。本例靜載荷試驗存在不足，借鑒改進。樁頭處理的參考實例施工準備施工場區鉆機工作面平整、干燥，地基承載力120kPa以上；若地基承載力不滿足要求，需先換填形成鉆機工作面后再進行施工。場區網電容量要求高，每臺長螺旋樁鉆機的用電量約120kW/臺。冬季CFG樁施工時，因商品混凝土車輛等待時間較長，應添加防凍劑，并注意車輛及地泵的保溫措施。施工過程控制按照樁位進行鉆進提升鉆桿同時灌注混凝土成樁養護清除樁間土截樁至樁頂標高鋪設墊層施工過程：施放樁位與鉆進施工過程：清除樁間土施工過程：清除超灌樁頭施工過程：鋪設墊層施工問題樁徑不夠的問題鉆頭較小鉆桿螺旋片小斷樁的問題鉆機施工的間隔時間清理CFG樁樁頭的方式縮徑、擴徑的問題提升速度地層原因施工問題：縮徑、斷樁、接樁B區復合地基檢測完成單樁復合地基靜載試驗30支，低應變法動力試驗518支。2試驗點出現比例界限點（521kPa、729kPa），其他各試驗點P-S曲線呈直線變化，未出現比例界限點。各試驗點極限荷載均不小于833kPa，承載力特征值417kPa，與之對應的沉降量為3.61~9.42mm。檢測基樁樁身完整，均為Ⅰ類樁。結論：CFG樁復合地基承載力特征值可按400kPa使用。建筑物沉降監測方案B區主樓：7棟，22~28層，每棟布置監測點6~7個，共44點地下室：監測點在地下室周邊布置，共33點E區主樓：10棟，28~30層，每棟布置監測點6個，共60點地下室：8點監測周期及監測頻率主樓施工約每周1層，施工期監測頻率約每層1次，主樓封頂工后監測周期1年，每3個月監測一次B區部分沉降監測數據樓座編號引用測點數施工期沉降（mm）工后沉降（mm）最終沉降速率（mm/d）工后沉降占總沉降比重（%）B13-1.36-1.00-0.00244.3B22-1.28-1.04-0.00347.5B55-1.91-2.04-0.00251.4B74-2.01-1.09-0.00137.8平均值-1.64-1.29-0.00245.2B5樓加載過程沉降E區部分沉降監測數據樓座編號引用測點數施工期沉降（mm）工后沉降（mm）最終沉降速率（mm/d）工后沉降占總沉降比重（%）E14-3.36-3.98-0.00255.2E24-4.31-3.59-0.00147.0E64-4.28-2.73-0.00139.4E83-2.74-4.69-0.00263.3E94-5.70-3.40-0.00237.6平均值-4.08-3.68-0.00148.5E8樓加載過程沉降參考案例沉降[2]序號地區基礎形式基底土承載力kPa設計承載力kPa檢測承載力kPa封頂沉降量cm備注1北京筏板基礎160~230500~580>500~5801.8~2.62北京筏板基礎160400>50023北京筏板基礎280(480~520)>6502.1~3.34北京筏板基礎190630>6302.55北京筏板基礎200450>5002.8~3.26北京筏板基礎160~180225~330滿足27北京筏板基礎180365>53728北京筏板基礎140、180159