CFG(素混凝土)短桩复合地基技术实施工作总结

0 序言

CFG短桩复合地基技术是我们依据北方地区建筑地质状况，针对普通CFG桩（简称：长桩）施工中存在的不足，而提出的全新的地基加固理论。

1998年12月申报了发明专利，2002年8月国家专利局授予了发明专利权，专利证号：98 125248.6。经过多年的施工实践，CFG短桩复合地基技术推广应用取得了长足的进展，取得了良好的经济、技术和社会效益，现作以下总结。

1. 设计与施工

以总参谋部北京地区退休干部住宅区南1#、2#楼为例。

1.1工程概况

总参谋部北京地区退休干部住宅区南1#、2#楼位于朝阳区安定门外大屯，安定路东侧，北小河路与辛店路之间，由总参谋部管理局投资兴建，建筑物施工图纸由总参谋部管理局建筑设计院设计。

南1#、2#楼均为地上24层，地下2层，建筑物长度37.2m，南边缘宽度24m，北边缘宽度36.1m，箱形基础，剪力墙结构，±0标高相当于绝对标高南1#楼44.12m、2#楼44.22m，基础埋深-8.81m。按设计要求处理后地基承载力设计值450kPa。

1.2工程地质、水文地质条件

1.2.1地层概况

根据北京市勘察设计研究院《98技1014号勘察报告》，拟建场区地层土分为人工堆积层、新近沉积层及一般第四纪沉积层。

人工堆积层：分布于地表的粉质粘土填土①层及房渣土①1层，厚度1.4~3.2m。

新近沉积层：位于人工堆积层以下，呈带状分布在拟建南2#楼的西北和东南方向，为粉质粘土、粘质粉土②层。

第四纪沉积层：该层位于人工堆积层和新近沉积层以下，主要由下列土层组成：

(1) 自标高38.20~40.38m以下为粘质粉土、粉质粘土③层及砂质粉土、粘质粉土③1层，③层Es=6.6MPa，③1层Es=11.1MPa。

(2) 标高35.57~36.83m以下为粉质粘土、粘质粉土④层，层间分布有中—中低压缩性的砂质粉土、粘质粉土④1层和中高压缩性的粘土、重粉质粘土④2层。

(3)标高32.22~32.97m以下为细、中砂层。该层顶部分布有细、粉砂⑤1层。砂层总厚度为3.40~3.90m。

(4)标高28.42~29.57m以下为粉质粘土、粘质粉土⑥层，及粘土、重粉质粘土⑥1层。层间夹有低压缩性的粉、细砂⑥2层及粘质粉土、砂质粉土⑥3；

(5) 标高20.60~21.90m以下为粉质粘土⑦层及粘土、重粉质粘土⑦2层，并分布有低压缩性的粉、细砂⑦1层及粘质粉土、砂质粉土⑦3层。

1.2.2地下水概况

地下水水位各层分布情况见表1，本场区第一层地下水中仅腐蚀性介质C1在干湿交替状况下，对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性。

地下水各层分布情况表    表1

1.2.3 建筑抗震设计的有关资料

根据勘探结果，拟建场区覆盖层15m深度范围内的平均剪切波速值υsm=240m/s。场地土类型定为中软场地土，场地覆盖层厚度大于80米，建筑场地类别属于Ⅲ类。

根据《北京地区地震烈度区划图》，拟建场区地震基本烈度为8度。

在北京地区进行抗震设计时仅考虑近震影响，该场区地基土无液化的可能性。

1.3地基处理方案设计

1.3.1设计原则

满足设计要求的复合地基承载力经深度修正后不小于450kPa。软弱下卧层满足强度要求。建筑物地基最终沉降量不大于8cm及倾斜值满足规范要求。

 1.3.2设计依据

北京市勘察设计研究院《总参谋部北京地区退休干部住宅小区（南1#、2#楼）岩土工程勘察报告》工程编号98技改014。

总参谋部管理局建筑设计院结—2号《总参大屯退干南1#住宅》《总参大屯退干南2#住宅》基础平面（地基处理）图。

1.3.3地基处理方案选择

勘察报告建议的方案有以下4种：

 (1)采用浅层土换填处理的天然地基方案，挖除较软的粘性土④层和④1层、④2层，将槽底加深至标高32.20~32.70m，持力层土质为细、粉砂⑤1层和细中砂⑤层，然后采用低标号素混凝土或级配砂石分层压实回填至拟定的设计基础底面标高约为35.50m，地基承载力标准值（ fka）为260kPa，并经粉、细砂⑤1层深度修正后的承载力fa设计。

(2)鉴于拟建高层住宅均为单体建筑，各幢楼的地层土质分布较为均匀，又无裙楼相连接等有利情况，可在满足高层建筑地基变形许可值的条件下，再由基础造价的对比后，可考虑槽底加深至标高34.00m，在持力层粉、细砂⑤1层和细、中砂⑤层以上，保留粉质粘土、粘质粉土④层和粘土、重粉质粘土④2层的厚度在1.20~1.50m，且结合槽底的普遍钎探结果控制保留土层的均匀性，然后采用低标高的素混凝土回填至设计基底标高，按照此种浅层土换填处理的地基承载力标准值（ fka）为180kPa，并经粉质粘土、粘质粉土④层，按基础砌置标高34.00m进行深度修正后的承载力fa设计。

(3)采用钻孔灌注桩方案

有关钻孔灌注桩桩端的承载力标准值qp和和桩周土各层的摩擦力标准值qs，按勘察报告给出的值进行计算。

(4)采用预制桩桩基方案

1)选用φ400~900mm预应力离心混凝土管桩，桩尖须进入持力层细砂⑧1层内不小于0.50m，下卧层为卵石、园砾⑧层，建议单桩竖向承载力标准值按1400kN/根考虑。

2)为了桩基施工能顺利进行，建议采取先钻后打，预钻的引孔尝试和直径由试验桩确定，同时应在施工前将地下水降至标高28.50m以下，以防止预钻孔和打桩时发生涌砂、塌孔

行了13次，其中第十二次、十三次观测数据见表3。

表3

1.6技术经济比较和结论

按北京市的市场价进行比较：

方案①，全部换填（厚度3米）造价需140万元，沉降大于7cm；

方案②，换填厚度约2m，加之外扩2m，造价需130万元，沉降量大于8cm；

方案③，灌注桩，钢筋混凝土单方造价850元，总造价200万元以上；

方案④，预制桩，单方造价1020元，总造价240万元；

方案⑤，CFG长桩复合地基，单方造价700元，总造价170万元；

方案⑥，CFG短桩复合地基，单方造价550元，总造价100万元，沉降量小于8cm。

结论：由以上比较可知，采用CFG短桩复合地基，既节约投资又能满足设计要求，在以上比较几个方案中是最优的。

2 制定了相应的质量验收标准

CFG短桩复合地基技术施工质量严格执行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002），同时按照CFG短桩的施工特点，我们对短桩质量验收时的允许偏差等方面进行了统一的规定。如表:CFG（或素混凝土）短桩允许偏差、检验数量及检验方法

表4

3 对CFG短桩复合地基桩间土承载力折减系数值的研究

般不发生扰动和挤密，α取1.0。

对β通常取0.75~1.0，该取值范围较宽，对设计结果影响不小，如取值太过保守，则会造成不小的浪费。

由计算可知，β值范围为0.907≤β≤1.0，β的平均值为0.967，因而建议桩间土承载力折减系数β值采用0.90≤β≤1.0。当采用β=1.0时，复合地基承载力的计算值与载荷试验测试值的误差范围为0≤Δ≤4.13%。

建议式（1）中β值采用0.90≤β≤1.0，当无试验资料进行桩设计时，也可采用其平均值0.967，或利用略保守一点的数值0.95。

4 “短桩”与“长桩”相比的特点及优点

我们把普通CFG桩简称为“长桩”，把CFG短桩简称为“短桩”。

我们经过近2年分析、论证、研究，发明了CFG短桩复合地基技术，CFG短桩复合地基技术特点是将CFG桩端持力层选在北京地层“韵律”的第一层砂层或其它坚硬土层上，其作用机理可视为端承桩，以2层地下室7~8 m的基坑而言，其桩长一般为2.50~5.0m。成孔工艺是长螺旋干成孔或人工洛阳铲成孔，孔底用重锤夯实，灌注CFG拌合料或素混凝土时用振捣棒振密实成桩。同样以1000 m2处理面积的22~25层楼为例，地基处理费用仅在35万元~50万元，与“长桩方案”相比能节省20%~60%的费用。其显著特点是：省钱，施工质量好，既能满足设计承载力的要求，也能满足最终沉降量的要求。

“短桩”技术与“长桩”复合地基技术相比有如下不同：

(1)设计指导思想：“长桩”为“疏桩理论”，即疏而长，很好地利用桩间土承受上部垂直荷载：“短桩”为“密桩理论”，即密而短，用较大的面积置换率，使桩承担较多的上部垂直荷载，桩土共同作用，达到上部荷载需要的承载力。“短桩”技术很好地利用了地基沉降的规律。

(2)桩长：“长桩”的桩长多在6米以上，有的甚至达16~23米，“短桩”的桩长在6米以下。

(3)置换率：“长桩”面积置换率一般不大于10%，“短桩”面积置换率一般大于10%，有的高达20%。

(4)桩间距：“长桩”布置时桩间距一般为3~6倍桩直径，“短桩”布置时桩间距一般为1~3倍桩直径。

(5)CFG料：“长桩”CFG料强度等级一般均高于C20，且多掺泵送剂；“短桩”CFG料强度等级一般多用C10、C15，且不掺泵送剂，还可用粗骨料配制的素混凝土材料。

(6)保护桩长：“长桩”保护桩长一般为0.5~0.7m，“短桩”保护桩长一般为0.1~0.3m。

(7)施工工艺：“长桩”采用超流态工艺，即用中孔长螺旋钻机成孔，用混凝土泵压注CFG料成桩，或长螺旋钻机引孔，振动沉管灌注CFG料成桩；“短桩”采用长螺旋钻机成孔或人工洛阳铲成孔，孔底夯实，之后浇注CFG（或素混凝土），并用振捣棒振捣密实成桩。

(8)施工质量：“长桩”施工质量比较难保证，“短桩”由于桩短，施工质量极易保证。

(9)受力作用机理：“长桩”多为摩擦桩或端摩擦桩，桩端可以没有坚硬层；“短桩”以端承力为主，桩端处须有坚硬层，不能为软弱层。

(10) 经济性：“长桩”单位处理面积成本较高，相比之下“短桩”成本较为低廉。以总参谋部北京地区退休干部住宅小区12栋高层建筑为例，“长桩方案”每栋楼CFG桩复合地基处理最低报价75万元，而“短桩方案”报价是45万元，仅地基处理一项费用节省360万元，相当于每平方米建筑面积降低成本造价10元。再以北苑小区为例，一栋楼“短桩方案”报价仅30万元，而“长桩方案”报价要80万元，仅地基处理一项费用一栋楼即节省50万元，全区100栋高层楼，仅此一项节省费用达5000万元。

5应用的工程实例

(1) 北京北苑居住区4-01#、4-02#、3-05#、3-06#、3-08#、3-12#、5-13#（均为地下2层，地上24~26层框架剪力墙结构）7栋高层住宅楼；

(2) 总参谋部北京地区退休干部住宅小区南1、2、4、5号住宅楼（地下2层，1、2楼为地上24层，4、5楼为地上28层，剪力墙结构）；

(3) 北京市房管一公司大屯职工宿舍5号楼（地下2层，地上16层剪力墙结构）；

(4) 北京建国公寓A、B楼（地下2层，地上22~24层，剪力墙结构）；

(5) 朝阳区太阳宫芍药居小区302#楼，地上24层，地下3层；

(6) 朝阳区石佛营广厦时代家园一期9#10#住宅楼，其中9号楼地上28层，地下2层，10号楼为地下2层，地上22层；

(7) 新发地住宅小区一期工程3#楼建筑物地下一层，地上10~13层；

(8) 廊坊大厂回族自治县工业园区夏安路东侧年产2500万平方米矿棉吸声板项目地基处理工程；

(9) 北京浩庭花园1#住宅楼（地下2层，地上16层）。

6效益分析

6.1经济效益分析

与“长桩”相比，“短桩”节省工程投资成效显著。

北京北苑小区7栋地下2层、地上24～26层住宅楼、总参北京地区退休干部住宅区南4栋地下2层、地上24～28层住宅楼以及地下2层、地上22～24层北京建国公寓A、B楼、北京浩庭花园1#住宅楼等高层住宅楼原设计为CFG桩，后改为长3.5～5.0m的素混凝土短桩，其工程投资比普通CFG桩节约342万元，节约率超过40%。

假定北京每年建造500栋有地下室的高层建筑，均采用“短桩”复合地基技术，按每栋楼节省30万元计算，每年可节省1.5亿元工程投资，从98年至现在10年的时间，应该可以节省不少于15亿元工程投资，可以说明，“短桩”复合地基技术成果有着非常美好的应用前景。

6.2技术效益：从工程实践效果及前述特点、施工要点，在质量上极易控制，合格率均为100%，工期短，较其他工法缩短1/4～1/2的施工时间。

6.3社会效益：与CFG相比，长桩改为短桩，节省了水泥、砂、石的用量，节省自然资源，也节约了大量的能源；利用工业废料粉煤灰作素混凝土添加剂，解决了工业废料的重复利用问题。

6.4环保效益：素混凝土短桩施工时，无扬尘，无振动，适用于旧城改造，特别是素混凝土可以从商品混凝土供应单位统一采购，不但节约成本，也消除了施工现场搅拌的环境污染，完全符合绿色环保的施工要求。

7 发表或交流的学术论文

(1) CFG短桩复合地基技术用于高层建筑地基处理的探讨(《探矿工程》1999年第4期)

(2) CFG短桩复合地基技术在某小区地基处理中的应用(《探矿工程》2000年第3期)

(3)不等径CFG短桩复合地基在某阶梯形高层公寓楼的应用(《探矿工程》2001年增刊)

(4) CFG短桩复合地基桩间土承载力折减系数值的研究(《探矿工程》2003年增刊)

(5) CFG短桩复合地基技术在高层建筑地基处理中的应用(第五届全国岩土工程实录交流会)兵器工业出版社2000年9月

(6)CFG短桩复合地基沉降规律的研究（长春工程学院学报(自然科学版)2010年03期）

8 结论及获奖情况

综上所述，CFG短桩复合地基技术，从理论到现场施工实践都是成熟的，其技术属国内首创，经济、社会、环保效益均取得了显著效果，我们将认真总结，并将推广之整个华北地区，使CFG短桩复合地基技术达到更好应用前景。

该“CFG(素混凝土)短桩复合地基施工工法”获2008年度省级工法，工法编号JSGF-119-2008。并获南通市科技进步三等奖及南通市通州区科技进步一等奖。应用该技术完成的“北京建国公寓地基加固工程”项目获二00二年度中国建材工程建设(部级)优秀工程勘察奖一等奖。