CFG桩复合地基设计、检测及应用实例
关键词：CFG桩复合地基设计,施工检测,影响因素
1.引言
近40年来，国内外在地基处理技术方面发展十分迅速，老方法得到改进，新方法不断涌现。地基处理的基本方法：置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和冷热等处理方法。CFG桩复合地基作为一项地基处理技术已在全国广泛推广应用，同时CFG桩复合地基设计、检测也越来越引起工程技术人员的重视。现结合工程实例就CFG桩复合地基设计参数的选择和检测效果的影响因素加以讨论。
2.工程概况及场地工程地质条件
某小区中的8#楼高12层，两层地下室，基础埋深4.7m，采用筏板基础形式。要求地基处理后，复合地基承载力特征值不小于170kPa。
本场地地层分布较稳定，表面分布为素填土，8#基础持力层为4层粉土，其地基承载力特征值为130kPa。该场地地下水稳定水位3.5m，水位主要受季节性大气降水的影响。
3.CFG桩复合地基设计
根据《建筑地基基础设计规范》(GBJ79-2002)(简称地基规范)和《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)(简称地基处理规范)，在复合地基设计阶段，地基规范规定：复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定;地基处理规范规定：复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定。初步设计时，也可按下式估算：
式中：fspk— 复合地基承载力特征值(kpa);
m — 面积置换率;
Ra — 单桩竖向承载力特征值(kN);
Ap — 桩的截面积(m2);
β — 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值;
fsk — 桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。
实际工程中，有条件时先在拟建场地做现场载荷试验，可为设计提供可靠的设计参数。而很多情况是在无试验资料条件下按(1)式估算复合地基承载力，本工程按(1)式估算复合地基承载力，合理确定Ra、fsk、β等参数的取值就成为了设计的主要问题。
加固后桩间土承载力特征值fsk与然地基承载力特征值fak是不同的， 通常fsk=afak。a为桩间土承载力提高系数，对挤密效果好的土采用振动挤土成桩工艺，由于土密度的增加和桩对土的侧向约束作用，fsk远大于fak，用单桩承载力Ra和天然地基承载力fak确定复合地基承载力与实测值相比会有较大误差。即使用单桩静载试验的Ra和桩间土静载试验结果fsk按公式(1)计算复合地基承载力，β的取值可能会因人而异，对于同一复合地基，得出不同的计算结果，这样就不能保证复合地基承载力的准确性和唯一性。因此，地基处理规范用强制性条文规定复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验确定。这样检测尤为重要，同时也是对设计参数选择合理性的一个检测。
本设计fsk取天然地基承载力特征值，β取0.75，Ra按公式算出来为605 kPa，取600 kPa。经验算fsk为253.68 kPa，大于170 kPa;沉降计算要求小于80mm，经计算沉降值为30mm。显然本设计过于保守，原因在于a-桩间土承载力提高系数和β的取值问题。地基处理方案满足设计要求的同时，也应考虑经济因素。
4.CFG桩复合地基检测的影响因素
CFG桩复合地基施工后的承载力检测应采用复合地基载荷试验确定，复合地基载荷试验尤为重要，它不仅是对施工质量的一个检测，同时也是对复合地基设计参数选择合理性的一个检测。归纳起来，CFG桩复合地基施工后的承载力检测的影响因素有如下几点。
4.1褥垫铺设及荷载板安装
首先根据设计要求挖一试坑，坑的平面尺寸与荷载板相同，深度和褥垫厚度相同，按设计要求的夯填度铺设褥垫层，厚度为150mm。保证原状土对褥垫层的侧向约束。之后安装荷载板并使荷载板与褥垫层密切接触。
4.2褥垫厚度
根据地基处理规范，静载试验褥垫厚度应取150mm。研究表明，褥垫厚度与桩、土荷载分担密切相关，褥垫越厚，土承担的荷载越多，桩承担的荷载越少，反之亦然。当褥垫太薄，会导致桩顶应力集中，桩间土承载能力不能充分发挥，应该由桩间土承担的荷载转移至桩上，容易发生桩头压碎或桩过早首先达到单桩极限承载力，复合地基承载力偏低。
4.3由载荷试验曲线确定复合地基承载力
地基处理规范规定：
(1)当P—S曲线极限荷载能确定，其值不小于对应比例极限的2倍，可取比例极限作为承载力特征值;其值小于对应比例极限的2倍时，可取极限荷载的一半为承载力特征值。
(2)当P—S曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定承载力特征值，且该值不应大于最大加载压力的一半。对于CFG桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b(或s/d)等于0.008所对应的压力;当以粘性土、粉土为主的地基，可取s/b(或s/d)等于0.01所对应的压力为复合地基承载力特征值。按相对变形确定复合地基承载力特征值不大于最大加载压力的一半。
4.4试验前后对桩做低应变检测
静载试验前应对桩进行低应变检测，如果静载试验前没做低应变检测，当发现承载力有问题，需要了解试验桩是否有缺陷时，由于静载试验在荷载作用下可能使桩的初始状态已经发生了改变，桩是否存在固有缺陷已无法判断，对分析事故原因带来很大困难。
此外，当静载试验时发现承载力有问题，试验结束后应立即进行桩身检验，探查桩头是否被压坏或低应变检测判定桩身某个部位被压坏。
4.5防止桩间土被扰动和含水量发生大的变化
某工程复合地基承载力检测值比予估值大很多，经做桩间土静载试验发现承载力特征值为350kpa (地质报告提供的承载力特征值为170kpa)，其原因是复合地基凉槽达两个月，桩间土含水量大幅度降低。另一工程则是在雨季施工，清土后未抓紧检测，雨后泡槽致使桩间土承载力从150 kpa降低到60～80kpa。显然上述两种情况均无法得到可靠的复合地基承载力值。
5.结语
5.1CFG桩复合地基设计时地基处理方案满足设计要求的同时，也应考虑经济因素，其中设计参数的确定至关重要，应根据岩土工程勘察报告中各层土的物理力学性质指标合理选择设计参数。
5.2.复合地基载荷试验尤为重要，它不仅是对施工质量的一个检测，同时也是对复合地基设计参数选择合理性的一个检测。应根据试验结果及时调整或确认复合地基承载力值。
5.3褥垫厚度及荷载板安装，褥垫材料是否具有侧限、密实度大小及荷载板与褥垫层是否密切接触，对试验结果都有影响。
5.4对于p-s曲线为平缓光滑的缓变型曲线，注意按不大于最大加载压力的一半和相对变形值两个控制条件，来确定复合地基承载力特征值。
参考文献
[1] 建筑地基基础设计规范(GB5007-2002).北京：中国建筑工业出版社，2002
[2] 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002).北京：中国建筑工业出版社，2002
[3] 建筑桩基技术规程(JGJ94-94)北京：中国建筑工业出版社，1995
[4] 阎明礼等CFG桩复合地基承载力及施工检测。