CFG桩复合地基沉降变形计算问题的研究

CFG桩复合地基沉降变形计算问题的研究
CFG桩复合地基是近几年来建筑工程领域新发展起来的一项地基处理技术，
因由碎石、砂、石屑、粉煤灰、水泥等经过拌和而制成，因此又成为水泥粉煤灰
碎石桩。CFG桩具有适用范围广、承载力强、地基沉降变形量小、施工方便、
工程造价低等特点，以其较为明显的技术优势和成本优势广泛应用于建筑物的地
基改造处理方面。本文主要对CFG桩复合地基的加固机理和沉降变形模式进行
了分析，对其沉降变形计算及变形影响因素进行了探讨。

标签：CFG桩；复合地基；变形计算
随着工程建设的快速发展和建筑技术的日趋成熟，复合地基逐渐被应用于建
筑施工当中。复合地基就是通过设置一定比例的增强体，将其与天然地基相结合，
形成共同承载体，共同承担建筑物荷载的一种人工地基。纵向增强体被称为柱，
由模量和强度高于原土的材料组成，CFG桩即是由碎石、砂石、粉煤灰等粒径
不大于30mm的材料与适量水泥和水进行拌和，用成桩机械在地基中制成，强度
等级为C15—C25的桩。CFG桩与褥垫层、桩间土一起形成了复合地基，有效提
高了地基的承载力和抗变形力，是目前高粘结强度桩复合地基的代表，在目前很
多的多层和30层以下高层建筑的地基处理中都有应用，对于CFG桩复合地基沉
降变形的计算也成为了建筑中的重要问题。

一、CFG桩复合地基的工作机理。
CFG桩复合地基由高粘结强度桩、褥垫层、桩间土一起组成，通过褥垫层
与建筑基础连接，使桩端无论落在坚硬土层或是一般土层，都可以保证桩间土始
终参与工作，使地基整体受力更均衡，结构更稳固，充分体现出了复合地基的优
势。CFG桩复合地基主要通过桩体作用、桩间土作用及褥垫层作用对地基进行
加固，当地基承受竖向荷载时，桩间土与桩都会受力而产生沉降变形，由于桩的
模量要大于桩间土的模量，桩间土的变形量要小于桩间土，长时间的荷载作用下，
就会产生荷载慢慢向桩顶集中的情况。通过设置褥垫层，可以将上部传来的压力
进行变形，使压力能够以一定的比例同时分配给桩与桩间土，使两者共同承担荷
载压力。同时，由于桩在承担荷载时，会对土产生挤密作用，使桩间土变得更为
密实，更为稳固，并且对桩体产生较强的侧应力，改善了桩的受力性能，桩体、
桩间土、褥垫层共同作用，形成了复合地基的受力整体。

二、CFG桩复合地基的变形计算。
1.CFG桩复合地基沉降变形模式。
当地基承受荷载后，复合地基的各部分，包括褥垫层、桩间土、桩体、下卧
层都会产生沉降变形，地基的基础总沉降量一般为各部分变形量的总和。当荷载
P作用于地基时，桩顶产生的变形量为Sp，桩端处桩变形量为Sp’，由于桩体模
量较大，因此一般轴向力造成的桩体的压缩变形极小，可忽略不计，桩体任一截
面处的位移则可视为等于桩顶位移，则有Sp=Sp’。同时，桩顶、桩端会在荷载
作用下分别刺入褥垫层和下卧层，刺入量分别为?上、?下，褥垫层、下卧层间土
在荷载作用下产生的变形量S1=?上+?下。下卧层压缩量为S2，褥垫层压缩量为
S3，则基础沉降量S=S1+S2+S3。由于褥垫层主要起到传递荷载的作用，压缩变
形量很小，因此，S=S1+S2+S3≈S1+S2。

2.CFG复合地基的沉降变形计算。
对于CFG复合地基最终沉降量的计算可按照分层总和法来进行，将地基划
分为若干层，对每个单元层的沉降变形量进行计算，将计算结果进行相加从而得
到最终沉降量。在进行变形量计算时，应注意以下：复合地基与天然土层地基的
分层方法相同，各复合土层的压缩模量为该天然地基层压缩模量的一定倍数，这
个倍数可以用复合地基承载力特征值除以基础底面下天然地基承载力特征值来
计算；复合地基的变形计算深度必须大于复合土层的厚度。

三、计算时应注意的问题。
1.模量的选取。
模量的选取应根据地基结构情况来决定，下卧层用天然地基压缩模量来计算
变形，复合地基加固层则用复合模量来计算。压缩模量有两种，即自重压力和附
加压力为100，200，300，…kPa压力范围的压缩模量和整数压力区间的压缩模
量，两种形式都存在一个同样的问题：如果自重压力与自重压力与附加压力的和
在同一个压力区间时，可选取近似该整数压力区间的模量，而当其不在同一压力
区间时，模量选取时就会有一定的误差存在。针对这种情况需要通过获取不同固
结压力下的孔隙比而精确计算出相应压力区间的模量，再进行地基的变形计算。

2.附加压力的计算。
在天然地基与复合地基中，都会不可避免地涉及到确定附加压力的问题。
（1）复合地基加固区附加压力的选取。
复合地基的附加压力的选取则与天然地基存在较大的区别。在复合地基加固
区的变形计算中，一般仍使用分层总和法的计算原理，用桩土复合变形模量来替
代天然地基土的变形模量。采用这种方法不仅能够计算出地基中心和边缘处的变
形量，而且还可以计算出加固区各分层土层的变形量，该计算方法较为简便且有
较为充足的理论依据。但是该方法中对于加固区附加应力的选取仍为天然地基中
的值，这点显然是与复合地基的变形计算是不相符的。CFG桩复合地基复合近
似弹性体、半空间无限体，但不满足均质体条件，而该方法中地基附加应力则是
将地基视为均质体而得出的，因此，复合地基中应力的选取应区别于天然地基，
才能计算出较为准确的地基变形量。

（2）地下水位对计算附加压力的影响。
地下水的浮力作用也是影响附加压力的重要因素，由于地下水水位的不同，
会对建筑物和地基土产生浮力。在计算基底压力的时候如果扣除了地下水浮力，
那么同时在计算附加压力时也应充分考虑到地下水的浮力作用，如果计算基底压
力时没有扣除浮力的话，则计算附加压力时也不用考虑地下水位的影响。

参考文献：
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学报，2002，（7）：1084—1086