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。