CFG桩复合地基承载力的试验研究

论文导读：桩、土与桩顶褥垫层共同构成CFG桩复合地基，由于设置了一定厚度的褥垫层，将上部基础传来的基底压力通过褥垫材料的变形以一定比例分配给桩及桩间土，并通过协调桩间土产生的固结沉降，使桩间土始终与基底面保持接触，保证桩土共同工作。施工单位于2006年4月15日进行成桩工艺性试验，成桩6根，桩长20m，经反射波法检测桩身完整性后，取质量较好的两根桩分别做单桩静载试验和单桩复合地基试验。桩土应力比实测的桩土应力比。
关键词：CFG桩复合地基，静载，桩土应力比
 

CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺适量水泥加水拌合制成。桩、土与桩顶褥垫层共同构成CFG桩复合地基，由于设置了一定厚度的褥垫层，将上部基础传来的基底压力通过褥垫材料的变形以一定比例分配给桩及桩间土，并通过协调桩间土产生的固结沉降，使桩间土始终与基底面保持接触，保证桩土共同工作。它具有承载力提高幅度大、地基变形小等特点，并对不均匀地基消除不均匀变形具有很好的适应性。本文通过工程实例，对其进行探讨。论文参考网。

1.加固机理武汉至广州铁路客运专线英德段内软土路基主要采用CFG桩复合地基加固技术，桩径为500mm，正三角形布置，桩间距为1.4m，桩身采用C15混凝土，要求加固后的复合地基承载力达到200kPa。

施工单位于2006年4月15日进行成桩工艺性试验，成桩6根，桩长20m，经反射波法检测桩身完整性后，取质量较好的两根桩分别做单桩静载试验和单桩复合地基试验。

试桩场地覆盖土层为第四系全新统冲积层（Q4al）、坡残积层（Q4dl+el），下伏基岩为上古生界泥盆系上统天子岭组（D3t）灰岩。土层分布为松软土，粉质粘土，卵石土，下伏石灰岩，裂隙发育。场地工程地质情况见表1。

表1 场地工程地质概况

2试验方法本次试验采用慢速维持荷载法，加载分级、测读时间、稳定标准以及终止加载条件严格按照中华人民共和国行业标准《建筑基桩技术规范》JGJ94－94附录C《单桩竖向抗压静载试验》和《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002附录A《复合地基载荷试验要点》进行。

加载系统：横梁堆载反力装置。

加载装置：DYG200-200液压千斤顶，YZB63-0.27-1电动油泵。

加卸载与沉降观测：

①加载分级：每级加载为预估极限荷载的1/10，第一级荷载取2倍的分级荷载；

②沉降观测：每级加载后按5、10、15、15、15分钟测读一次，以后每隔半小时测读一次；

③沉降相对稳定标准：每一小时的沉降不超过0.1mm，并连续出现两次，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载；

④终止加载条件：当出现下列情况之一时，终止加载。

a.桩发生剧烈或者不停的下沉或倾斜；

b.当Q~ s曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶沉降量接近40mm；

c. Q~ s曲线没有明显转折点，但桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24小时尚未达到相对稳定；

d.达到要求的加载值；

⑤卸载与卸载沉降观测：每级荷载值为每级加载值的2倍，每级卸载后按15、15、30分钟测读一次残余沉降，方可卸下一级荷载。

3 CFG桩及复合地基试验3．1单桩静载荷试验测试工作从2006年6月12日上午6点开始，历时19小时35分钟。最大堆载200吨，分9级，每级20吨，第一级40吨。

　　图1 20m单桩Q～s曲线

在加载过程中，前8级沉降均较稳定，加载至第9级1800kN时，桩顶出现陡降，油压急剧下降，说明桩身出现破坏。该桩的最大沉降量为50mm，极限承载力为1600kN。Q~s曲线和s～lgt曲线见图1和图2。

图2 CFG单桩s－lgt曲线

3．2单桩复合地基静载荷试验测试工作从2006年6月27日下午3时52分开始，历时27小时30分钟。试验承压板尺寸为1.415m×1.2m，最大堆载160吨，分9级，每级16吨，第一级32吨。论文参考网。最大沉降量为62.84mm。

图3 CFG单桩复合地基Q－s曲线

在试验过程中，沉降一直较稳定，至第7级时，沉降量为62.84mm，压应力达到659kPa，终止加载。

荷载为复合地基承载力特征值。b=1200mm，s=12mm，对应的荷载为244 kPa，则单桩复合地基承载力特征值为244 kPa。

图4 CFG单桩复合地基p－s曲线

图5 CFG单桩复合地基s－lgt曲线

3．2．1 桩顶荷载－沉降关系根据桩顶埋设的土压力盒和桩顶沉降标可得到复合地基中桩的荷载-沉降关系，试验结果图6。

复合地基中桩的最大沉降为4.3mm，发挥的承载力为565kN，占单桩极限值的35.3%，荷载负担比为50.4%。

3．2．2 褥垫层变形根据复合地基试验过程中对总沉降和桩间土沉降见图7。在最大试验荷载作用下，褥垫层的变形量达30mm，占总沉降的47.7%。

图6复合地基中桩得Q－s曲线

图7 褥垫层荷载－沉降曲线

3．2．3 桩土应力比实测的桩土应力比见图8。极限荷载对应的桩土应力比为8.8，特征值对应的桩土应力比为7.7。论文参考网。

从图8可以看出，当荷载小于极限荷载时，随着荷载的增大，桩间土承受荷载后被压缩（压缩量较小，产生的负摩擦力很小），增加了桩周土对桩体的约束力和抵抗力，从而增加了桩体的侧摩擦阻力和支撑能力，使荷载逐渐向桩体转移，桩土应力比逐渐增大；当荷载大于极限荷载的时候，桩体所承担的荷载超过其极限荷载值，荷载随时间向桩体转移的现象消失，桩体承担的荷载略向桩间土转移，但很快就消失，桩土应力比很快就趋于稳定。

图8 桩土应力比

4 结论从试验可以看出，CFG桩在复合地基中承担的荷载占绝大部分，同时桩间土体也充分发挥了作用。应用CFG桩加固客运专线软土地基，完全可以达到设计要求。CFG桩具有选材方便、地基承载力高、变形小、施工简单、工程质量易保证等优点, 工程造价是一般桩的1/ 2～1/ 3, 具有较高的经济和社会效益。

复合地基中桩的性能和单桩的性能差别较大，因此，由单桩的特性出发设计复合地基是不确切的，应综合考虑桩与桩间土的共同作用，用变形控制来进行设计，以充分发挥桩和桩间土的承载能力。

参考文献：
[1] 陈东佐. CFG桩复合地基的试验研究[J]. 建筑结构学报，2002，4.
[2] 李添福. CFG桩复合地基在公路软基工程中的应用[J]. 城市道路与防洪，2003，（5）.
[3] 《建筑地基处理技术规范》JGJ 79—2002中华人民共和国行业标准.