论文导读：CFG桩主要由适量水泥、碎石、石屑、粉煤灰、掺适量水拌合而成具有高粘结强度的半刚性桩。CFG桩复合地基是由CFG桩、桩间土体及褥垫层三者组成。前述三者在均有特定的要求的前提下，相互作用构成了CFG桩复合地基的作用机理即CFG桩的置换作用和桩体效应、褥垫层的补偿调衡作用、挤密作用（对于沉管灌注成桩法）。另一方面，在建筑物投入使用后，褥垫层的蠕变流动补偿了桩间土缓慢固结沉降，使桩间土通过褥垫层始终与整个基础底面接触，保证了桩土的共同作用。在一些特殊的地基（如粉土、砂土、塑性指数较低的粘性土地基）中采用不排土的振动沉管灌注工艺，可以通过振动和挤压，使桩间土体被动挤密，提高了桩间土的强度和桩侧摩阻力，为桩体提供了挤密效应，结合桩体的置换效应，桩体的承载力进一步加强。
关键词：CFG桩，置换作用，褥垫层，补偿，挤密
1.CFG桩复合地基加固机理概述
CFG桩主要由适量水泥、碎石、石屑、粉煤灰、掺适量水拌合而成具有高粘结强度的半刚性桩。CFG桩复合地基是由CFG桩、桩间土体及褥垫层三者组成；前述三者在均有特定的要求的前提下，相互作用构成了CFG桩复合地基的作用机理即CFG桩的置换作用和桩体效应、褥垫层的补偿调衡作用、挤密作用（对于沉管灌注成桩法）。
2.CFG桩的置换作用和桩体效应
CFG桩是由经水解和水化反应的水泥与粉煤灰发生凝硬反应生成稳定的纤维状结晶化合物，该物质不断生长延伸形成空间网状结构将碎石紧紧缠绕粘结在一起，最终形成具有较高抗剪强度和较大的变形模量的桩体。
CFG桩相对于桩间土模量大得多，能够充分发挥桩侧摩阻力的有效桩长，可使上传荷载沿桩身传递到很深的地基土层；CFG桩的桩身强度很高，故其端承阻力也较其它低粘结强度或散体材料桩高。
由于上述CFG的特性使其桩体具备了显著的置换作用，而使桩体效应极为显著，桩体中桩土应力比达到20~50，甚至更高，复合地基承载力达到天然地基承载力的2~3倍，大大优于水泥搅拌桩、石灰桩等柔性桩和碎石桩等散体材料桩。
3.褥垫层的补偿调衡作用
褥垫层的材料宜采用最大粒径不宜大于30mm的中砂、粗砂、级配砂石或碎石等。褥垫层的作用主要通过其蠕变流动补偿的功能，表现于下方的桩与桩间土和上方的基础三个对象，主要有以下几个方面：
3.1保证桩、土共同承担荷载，并对荷载的分担起调整作用。
褥垫层的材料决定了其柔性蠕变的特点，褥垫层的设置提供了桩顶向上刺入褥垫层的条件，从而解决了桩土相对变形的问题。另一方面，在建筑物投入使用后，褥垫层的蠕变流动补偿了桩间土缓慢固结沉降，使桩间土通过褥垫层始终与整个基础底面接触，保证了桩土的共同作用。不会出现一般桩基因承受大部分上部荷载，产生沉降变形，而使荷载向桩间土体转移，或者因桩端落在岩石等坚硬土层上，难以发挥桩间土的承载力。
褥垫层可以调整桩与桩间土承担垂直荷载和水平荷载的比例。CFG桩复合地基具有其它复合地基无法比拟的桩土应力比的可调性，调节桩土应力比可以通过改变桩长和改变褥垫层的厚度两个方法。桩土应力比通常用n表示：
n = σp / σs（2-1）
式中σp ——桩顶应力（kPa）；
σs ——桩间土应力（kPa）。
桩土应力比也可用桩土荷载分担比δp、δs分开表示:
δp= Pp / P （2-2）
δs= Ps /P （2-3）
式中Pp ——桩顶承担的荷载（kN）；
Ps ——桩间土承担的荷载（kN）;
P ——上传总荷载（kN）。发表论文。
在实际工程中，确定了复合地基的面积置换率m后，以上公式可代换表示为：
n=(1-m)δp/mδs（2-4）
δp= mn/[1+m(n-1)] （2-5）
δs= (1-m)/[1+m(n-1)] （2-6）
桩土应力比n变化范围一般在10~50之间，在软弱土中，n可以达到100左右。桩承担的荷载百分比一般为40%~75%。
通过改变桩长调节桩土应力比，是在桩径、桩距、褥垫层厚度各参数不变时，减少桩长则桩土应力比降低，反之提高。若桩长、桩径、桩距一定，增加褥垫层厚度则桩土应力比降低，反之提高；当不设置褥垫层时（褥垫层厚度H=0），桩土应力比很大同一般桩基，当褥垫层厚度H很大时，桩土应力比趋近于1，此时δp=m。
对于基础传来的水平荷载，也可以通过调整褥垫层的厚度，改变桩与土承担荷载的比例，通常桩顶承受的剪力占基础传来水平荷载的比例与桩的面积置换率m大体相当。发表论文。
3.2显著减少了桩对其上方的基础的应力集中。
具有一定厚度的褥垫层是桩体与基础间过渡层，同时使荷载的传递和分配均匀，解决了普通桩基因对基础的应力集中而产生的冲切破坏影响。褥垫层厚度H宜取150mm~300mm，桩对基础底面产生的应力集中，在H大于100mm时，已显著降低，当H=300mm时，可少至忽略不计。我们可以用桩顶与桩间土对地基的反力之比量化桩对基础的应力集中现象，因此可以通过下图表示应力集中于褥垫层厚度H的关系：
图一 桩顶与桩间土对基底反力之比（β =σRp/σRS）
与褥垫层厚度的关系
3.3褥垫层的补偿使桩间土的有效接触应力增加，使桩周土的抗剪强度提高，相应得使桩的承载力提高。褥垫层、桩及桩间土三者的相互作用，显著提高了复合地基强度和模量，使桩与桩间土的刚度互补，最终形成了强度、模量、刚度和承载力均很高且均匀的优良复合地基。
因此采用CFG桩复合地基，对上部主体受力结构抗震等极为有利，并有效的减少了地基的不均匀沉降，说明CFG桩复合地基也适用于对地基振动控制和变形控制有严格要求的建、构筑物。
4.挤密作用
在一些特殊的地基（如粉土、砂土、塑性指数较低的粘性土地基）中采用不排土的振动沉管灌注工艺，可以通过振动和挤压，使桩间土体被动挤密，提高了桩间土的强度和桩侧摩阻力，为桩体提供了挤密效应，结合桩体的置换效应，桩体的承载力进一步加强。该工艺振动时的激振力很大，使土体内摩擦角变化较大，在成桩过程中，有可能出现液化，但成桩后，灌注桩达到强度，整个桩体的物理力学性能发生改变且已稳定，此时液化现象也随之消失，因此，CFG桩对减弱或消除软弱土层中的液化问题效果显著。发表论文。
5.结论
复合地基在我国地基处理中应用与发展了近四十年，水泥粉煤灰碎石桩法复合地基是我国推广的新桩法之一。CFG桩与桩间土共同通过与基础间的柔性褥垫层始终与整个基础底面接触，形成了桩土协和体，显著提高了地基承载力，同时使其地基承载力具有较强的变调性质，从而使其应用范围的弹性较其它柔性桩或刚性桩大得多。
【参考文献】
[1]张永均等.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）,北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]鞠建英等.特种结构地基基础工程手册.北京:中国建筑工业出版社,2000.
[3]黄熙龄,滕延京,王铁宏等.建筑地基基础设计规范（GB 5007-2002）.北京:中国建筑工业出版社，2002.
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