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CFG桩复合地基的机理与设计计算CFG桩复合地基的机理与设计计算摘要：阐述了CFG桩复合地基的加固机理，明确了CFG桩的计算方法和设计参数。
关键词：CFG桩；地基处理；复合地基中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：The mechanism and design of CFG PileCompound Foundation*Liu YuanqingAbstract：This article recommends the mechanism of the CFG Pile Compound Foundation,and also the design parameters together with the calculation method.Key words: CFG Pile;Foundation treatment;Composite foundation一、前言CFG（Cement Fly-ash Gravel）桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是一种由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的具有可变粘结强度的桩。
这种处理方法是通过在碎石体中添加以水泥为主的胶结材料，以及增强混合料的和易性并有低标号水泥作用的粉煤灰，同时还加入适量改善级配的石屑，从而使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转化为具有某些刚性桩特点的高粘结强度桩[1]。
通过调整水泥掺量及配比，其强度等级可在C5-C30之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。
二、CFG桩复合地基的作用机理CFG桩与桩间土、褥垫层一起形成了复合地基，而CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力。
同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载[2]。
cfg桩复合地基的工作原理
CFG桩是一种由水泥、粉煤灰和碎石构成的复合地基桩体，其工作原理主要包括以下几个方面：
1.桩体作用
CFG桩的桩体是主要的承载构件，它通过向地基中传递上部结构的荷载，改善地基的承载性能和变形性质。
桩体在制作过程中会进行充分的搅拌和振动，使得桩体具有较高的密实度和强度。
因此，CFG 桩的桩体能够承担较大的荷载，并且具有较小的变形量。
2.挤密作用
在CFG桩施工过程中，钻孔和挤密作用会同时进行。
桩管打入地基后，通过振动和挤压，使得桩周围的土体被挤密，从而提高地基的承载能力和压缩模量。
挤密作用可以有效减少地基的沉降量和不均匀沉降。
3.置换作用
CFG桩在施工过程中，会将地基中的软弱土层挤出，形成桩孔。
然后，桩体材料被填入桩孔中，形成新的承载层。
这个过程实现了对软弱土层的置换，提高了地基的承载能力和稳定性。
4.排水作用
CFG桩具有较好的透水性能，可以有效地排除地基中的水分。
在施工过程中，桩体材料中的水泥会与粉煤灰发生水化反应，生成氢氧化钙等物质，这些物质具有较好的保水性。
因此，CFG桩能够有效地改善地基的排水性能，减少地基的沉降量和不均匀沉降。
5.加固作用
CFG桩是一种具有加固作用的复合地基。
在施工过程中，桩体材料与周围土体发生物理化学反应，生成一些具有胶结作用的物质，如硅酸钙等。
这些物质能够将桩体与周围土体紧密地粘结在一起，形成一个整体，从而提高地基的承载能力和稳定性。
此外，CFG桩还可以通过提高地基的侧向刚度，增强地基的抗滑稳定性。
CFG桩复合地基的基本原理及工程应用摘要：本文阐述了CFG桩复合地基的原理，介绍了CFG桩复合地基桩、桩周土以及褥垫层的作用。
关键词：CFG桩；复合地基；工程应用引言：伴随着地基处理技术的不断发展和进步,复合地基技术的在工程中得到了越来越多的广泛应用。
特别是近年来出现的CFG桩复合地基这种新型的地基加固技术,因其费用低、施工方便、承载力高和适应性强等优点使其在工程中得到广泛的推广和应用。
其桩体材料是由少量的水泥、粉煤灰、石屑及碎石等材料加水拌合而成,可采用螺旋钻机、振动沉管桩机等设备进行成孔,是一种具有较高粘结强度的刚性桩,强度等级为C5—C30。
桩体与周围土体及褥垫层三部分构成了承载力较高的复合地基。
它适用于粘性土、粉质土、粉细砂、淤泥质土等地基的加固,对软土地基更为有效。
一、CFG桩复合地基的基本原理CFG桩复合地基是复合地基的代表，目前多用于高层建筑中。
它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度的桩，和板间土，褥垫层一起形成复合地基。
CFG桩复合地基通过褥垫层和基础连接，上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩周土和褥垫层共同承担的。
无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作；由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载的作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩顶的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土，以保证在任意荷载下桩和桩间土始终参与工作；由于CFG桩桩体材料可以调整，可避免散体材料及低强度桩的限制而使荷载传递深度有限的缺陷；CFG桩不配钢筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为搀和料，降低了从工程的成本。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。
基础下是否设置褥垫层，对复合地基影响受力很大。
若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。
基础下设置褥垫层，桩间土承载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，使桩土共同承担荷载。
CFG桩在填土地基处理中的应用通过CFG桩复合地基加固，能够对桩身侧阻力和桩底端阻力进行提高，从而使地基承载力提高，达到设计要求。
为了满足上部建筑结构的安全性和稳定性，解决土体原因而出现的工程问题，必须提高CFG桩复合地基加固施工技术。
1.CFG桩复合地基的含义和作用CFG桩又称为钻孔压灌素混凝土桩，复合地基作为一种对地基的新型处理方案，用石屑、砂、粉煤灰、碎石、水泥和水等材料进行搅拌，制成桩体。
该桩适合在湿陷性黄土、淤泥质土、淤泥、粉土、杂填土和砂性土地基中进行使用。
能够对地基进行加固，减少地基的变形，对地基的承载力进行提高。
复合地基是由桩体以及桩体之间的土体共同组成的[1]。
2.提高CFG桩复合地基加固的施工工艺2.1施工前做好场地平整工作在进行CFG桩复合地基加固的正式施工之前，要做好场地平整的工作。
这是为了确保CFG桩机能够顺利的进行工作。
具体方法为用装载机对场地表面的腐殖土进行清除，并进行场地的碾压，确保场地的平整。
碾压程度要能够使桩体与桩间土之间达到规定的结合度。
2.2测量定位工作在已经平整的场地上，要由测量人员对桩位进行设计，并用竹片桩在每个CFG点位上进行插设，用石灰进行醒目的标记。
对于场地还要做好标高的测量，注意对桩位处的标高进行准确的测量和纪录。
这主要是为了对场平面与桩底的深度进行确定。
2.3就位钻机就位钻机要根据CFG桩的桩位来进行。
就位之后要根据实际情況调整钻机。
调整钻杆的垂直度和钻机的水平，要根据导向架上的对照线位置和导向架侧面悬挂的垂球。
要确保其偏差在百分之一以下，并注意垂球在钻进过程中是否出现变化，防止钻机出现偏斜现象。
用醒目颜色在钻机导向架正面进行标记，刻度间隔为0.5米。
2.4钻进成孔要先将钻头阀门进行关闭后，将钻杆下移，使钻头对准并接触地面的准桩位，再进行钻孔作业。
要遵循从慢到快的钻孔原则，及时检查是否有偏差情况。
要配备一名施工人员专门对钻杆旋出的泥土进行清理。
CFG桩复合地基作用机理
CFG桩复合地基作用机理
CFG桩复合地基实验研究是建设部七五计划课题，于1988年立题进实验研究，并用于工程实践。
CFG桩复合地基成套技术，1994年被建设部列全国重点推广项目，被国家科委列为国家级全国重点推广项目。
1997年被列国家级工法。
为了进一步推广这项技术，国家投资对施工设备和施工工艺进了专门研究，并列入九五国家重点攻关项目。
1999年12月通过了国家验该技术已在全国23个省、市广泛推广应用。
和桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基的
1/3~1/2，经效益和社会效益非常显著。
碎石桩系散体材料，本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束传递基础来的垂直荷载。
土越软，对桩的约束作用越差，桩传递垂直荷载的能力越弱CFG桩针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的。
CFG桩采用螺旋钻机或振动沉管桩机等设备进行成孔，是一种具有较高结强度的刚性桩。
与一般的柔性桩复合地基相比，用CFG桩处理地基时，可大幅度提高地基承载力，并可通过调节复合地基桩长、桩距及桩体材料配比等指标较大幅度调节复合地基承载力的变化区间，特别是天然地基承载力较低而计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基难以满足设计要求时，CFG桩复合基则有明显的优势。
CFG桩复合地基可用于填土、饱和及非饱
和粘性土、松砂土等。
它是一种低强度硅桩，可以充分利用桩间土的承载力，共同作用并传递荷载到深层地基中去，具有较高的承载力，承载力提高幅度在2.5~3倍。
由于通过CFG 桩处理过的复合地基具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快工艺性好、灌注方便、易于控制施工质量和工程造价较低等特点，因此具有好的技术性能和经济效果。
由于CFG桩复合地基技术具有以上施工速度快、期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，目前已经成为北京及周边地区用最普通的地基处理技术之一。
CFG可用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基。
既适用于挤效果好的土，又适用于挤密效果差的土，具有加速土体固结、沉降变形小、降稳定快等特点。
CFG桩复合地基的加固机理可以概括为桩体的置换作用，褥垫层的调整
均化作用，对于砂土，粉土和塑性指数比较小的粉质粘土，采用排土成桩工
艺施工，由于是重锤取土，达到设计桩长后，加入CFG填料，夯实成桩。
采
用这样的施工，对土有一定的挤密效果。
1.桩体的置换作用
CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应，生成了主要成分为铝酸钙水化物、硅酸钙水化物以及钙铝黄长石水化物等不溶于水的稳定的结晶化合物，这些物质
以纤维状结晶，并不断生长延伸填充到碎石和石屑的空隙中，相互交织形成空间网状结构，将原来由点-点接触和点-面接触的骨料紧紧粘结在一起，使桩体的抗剪强度和变形模量均大大的提高。
所以在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现了应力集中的现象，大部分荷载将由桩体承担，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原有地基承载力有所提高，沉降量亦有所减小，随着桩体刚度的增加，桩体作用发挥更加明显。
这一点正是碎石桩与CFG桩的受力情况不同的根本点。
因为碎石桩桩桩体，材料是松散碎石，自身无粘结强度，依靠桩周围土约束才能承受上部荷载。
而CFG桩桩身具有一定的粘结强度，在荷载的作用下，不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周摩擦阻力和桩端阻力传至深层地基中，其复合地基承载力提高幅度比碎石桩大。
大量工程实践证明，CFG桩的桩土应力比2～20，远远高于水泥掺量在5%～30%之间的水泥搅拌桩的桩土应力比3～12，石灰桩的桩土应力比2.5～5.0和碎石桩的桩土应力比1.25～4.5，显示出CFG桩的桩体效应大大优于石灰桩、水泥搅拌桩和碎石桩等散体材料桩。
2.褥垫层的作用
在竖向荷载作用下，CFG桩复合地基由于褥垫层的作用，桩体逐渐向褥垫层刺入，桩体上部垫层材料在受压缩的同时，向周围发生流动;垫层材料的流动补偿使得桩间土与基础底
面始终保持接触并使得桩间土的压缩增大，从而使得桩间土的承载力得以充分发挥，桩土共同作用得到保证。
垫层材料的流动补偿，使桩间土的承载力得以充分发挥、桩体承担的荷载相对减少，地基中的接触压力得到均化和调整，地基中的竖向应力分布得到均化，地基的变形状况得到明显改善，复合地基的承载力得到大大的提高。
此外，作用在桩间土上竖向荷载的增大，使得桩侧法向应力增大、桩身侧摩阻力增大，桩体的承载力得到提高，从而使复合地基的承载力得到进一步的提高。
3.挤密和加筋的作用
CFG在成桩的过程中，不再向地基中注入附加水，桩体中的粉煤灰及水泥粉在水化时，对周围软土具有吸水、发热和膨胀的作用，使周围的土体达到挤密的效果.同时，CFG桩除了可以提高地基承载力之外，还可以起到提高土体的抗剪强度，增加软土路基填筑的稳定性.
4.桩体的排水作用
CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力。
较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道。
孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩结硬为止，这样的排水过程可以延续几个小时。
