CFG樁復合地基作用機理

CFG樁復合地基實驗研究是建設(shè)部“七五”計劃課題，于1988年立題進實驗研究，并用于工程實踐。CFG樁復合地基成套技術(shù)，1994年被建設(shè)部列全國重點推廣項目，被國家科委列為國家級全國重點推廣項目。1997年被列國家級工法。為了進一步推廣這項技術(shù)，國家投資對施工設(shè)備和施工工藝進了專門研究，并列入“九五”國家重點攻關(guān)項目。1999年12月通過了國家驗該技術(shù)已在全國23個省、市廣泛推廣應用。和樁基相比，由于CFG樁樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力，工程造價一般為樁基的1/3~1/2，經(jīng)效益和社會效益非常顯著。

碎石樁系散體材料，本身沒有粘結(jié)強度，主要靠周圍土的約束傳遞基礎(chǔ)來的垂直荷載。土越軟，對樁的約束作用越差，樁傳遞垂直荷載的能力越弱CFG樁針對碎石樁承載特性的一些不足，加以改進而發(fā)展起來的。CFG樁采用螺旋鉆機或振動沉管樁機等設(shè)備進行成孔，是一種具有較高結(jié)強度的剛性樁。與一般的柔性樁復合地基相比，用CFG樁處理地基時，可大幅度提高地基承載力，并可通過調(diào)節(jié)復合地基樁長、樁距及樁體材料配比等指標較大幅度調(diào)節(jié)復合地基承載力的變化區(qū)間，特別是天然地基承載力較低而計要求的承載力較高，用柔性樁復合地基難以滿足設(shè)計要求時，CFG樁復合基則有明顯的優(yōu)勢。CFG樁復合地基可用于填土、飽和及非飽和粘性土、松砂土等。它是一種低強度硅樁，可以充分利用樁間土的承載力，共同作用并傳遞荷載到深層地基中去，具有較高的承載力，承載力提高幅度在2.5~3倍。由于通過CFG樁處理過的復合地基具有承載力高、沉降變形小、變形穩(wěn)定快工藝性好、灌注方便、易于控制施工質(zhì)量和工程造價較低等特點，因此具有好的技術(shù)性能和經(jīng)濟效果。由于CFG樁復合地基技術(shù)具有以上施工速度快、期短、質(zhì)量容易控制、工程造價低廉的特點，目前已經(jīng)成為北京及周邊地區(qū)用最普通的地基處理技術(shù)之一。CFG可用于處理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等地基。既適用于擠效果好的土，又適用于擠密效果差的土，具有加速土體固結(jié)、沉降變形小、降穩(wěn)定快等特點。

CFG樁復合地基的加固機理可以概括為樁體的置換作用，褥墊層的調(diào)整

均化作用，對于砂土，粉土和塑性指數(shù)比較小的粉質(zhì)粘土，采用排土成樁工

藝施工，由于是重錘取土，達到設(shè)計樁長后，加入CFG填料，夯實成樁。采

用這樣的施工，對土有一定的擠密效果。

1.樁體的置換作用

CFG樁中的水泥經(jīng)水解和水化反應以及與粉煤灰的凝硬反應，生成了主要成分為鋁酸鈣水化物、硅酸鈣水化物以及鈣鋁黃長石水化物等不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，這些物質(zhì)以纖維狀結(jié)晶，并不斷生長延伸填充到碎石和石屑的空隙中，相互交織形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將原來由點-點接觸和點-面接觸的骨料緊緊粘結(jié)在一起，使樁體的抗剪強度和變形模量均大大的提高。所以在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯比樁間土小，因此基礎(chǔ)傳給復合地基的附加應力，隨地層的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)了應力集中的現(xiàn)象，大部分荷載將由樁體承擔，樁間土應力相應減小，于是復合地基承載力較原有地基承載力有所提高，沉降量亦有所減小，隨著樁體剛度的增加，樁體作用發(fā)揮更加明顯。這一點正是碎石樁與CFG樁的受力情況不同的根本點。因為碎石樁樁樁體，材料是松散碎石，自身無粘結(jié)強度，依靠樁周圍土約束才能承受上部荷載。而CFG樁樁身具有一定的粘結(jié)強度，在荷載的作用下，不會出現(xiàn)壓脹變形，樁承受的荷載通過樁周摩擦阻力和樁端阻力傳至深層地基中，其復合地基承載力提高幅度比碎石樁大。大量工程實踐證明，CFG樁的樁土應力比2～20，遠遠高于水泥摻量在5%～30%之間的水泥攪拌樁的樁土應力比3～12，石灰樁的樁土應力比2.5～5.0和碎石樁的樁土應力比1.25～4.5，顯示出CFG樁的樁體效應大大優(yōu)于石灰樁、水泥攪拌樁和碎石樁等散體材料樁。

2.褥墊層的作用

在豎向荷載作用下，CFG樁復合地基由于褥墊層的作用，樁體逐漸向褥墊層刺入，樁體上部墊層材料在受壓縮的同時，向周圍發(fā)生流動;墊層材料的流動補償使得樁間土與基礎(chǔ)底面始終保持接觸并使得樁間土的壓縮增大，從而使得樁間土的承載力得以充分發(fā)揮，樁土共同作用得到保證。墊層材料的流動補償，使樁間土的承載力得以充分發(fā)揮、樁體承擔的荷載相對減少，地基中的接觸壓力得到均化和調(diào)整，地基中的豎向應力分布得到均化，地基的變形狀況得到明顯改善，復合地基的承載力得到大大的提高。此外，作用在樁間土上豎向荷載的增大，使得樁側(cè)法向應力增大、樁身側(cè)摩阻力增大，樁體的承載力得到提高，從而使復合地基的承載力得到進一步的提高。

3.擠密和加筋的作用

CFG在成樁的過程中，不再向地基中注入附加水，樁體中的粉煤灰及水泥粉在水化時，對周圍軟土具有吸水、發(fā)熱和膨脹的作用，使周圍的土體達到擠密的效果.同時，CFG樁除了可以提高地基承載力之外，還可以起到提高土體的抗剪強度，增加軟土路基填筑的穩(wěn)定性.

4.樁體的排水作用

CFG樁在飽和粉土和砂土中施工時，由于沉管和拔管的振動，會使土體產(chǎn)生超孔隙水壓力。較好透水層上面還有透水性較差的土層時，剛剛施工完的CFG樁將是一個良好的排水通道。孔隙水將沿著樁體向上排出，直到CFG樁結(jié)硬為止，這樣的排水過程可以延續(xù)幾個小時。