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1、分类号 密级XX（XX） 毕 业 设 计（论 文）题 目 XXC地块A05号住宅楼CFG桩复合地基处理设计及施工 英文题目 学生姓名 院（系） XX学院专 业 土木工程 学 号 指导教师 职 称 教授 第 49 页摘 要目前，随着我国经济的高速发展，工程建设规模与数量的急剧扩大，对原有天然软弱地基的处理成为工程设计与施工中越来越被关注的环节之一。CFG桩复合地基法以其用材经济、施工快捷、加固效果良好等优点在工程实践中得到了广泛的应用，特别是近年来CFG桩复合地基多种设计方法的提出与实践，极大地推动了复合地基理论与实践的发展，丰富了工程建设中的地基处理技术。本文首先仔细回顾了复合地基的一些发展历
2、史与研究成果；其次，在现有CFG桩复合地基研究成果的基础上对CFG桩复合地基承载特性、作用机理作了相应的分析与介绍；再次，结合实际工程XXC地块A05号住宅楼CFG桩复合地基处理，按照CFG桩复合地基进行了地基设计计算，用恰当的模型验算了相应复合地基的承载力与沉降量，验证了理论的可行性；最后，结合实际工程对CFG桩复合地基的施工工艺作了较为系统的介绍。关键词： CFG桩； 复合地基； 承载力； 沉降量ABSTRACTNowadays, with Chinas rapid economic development and rapid expansion of the scale and quan
3、tity in engineering construction，treatment technology of weak foundation in originally natural status become one of the key problem gradually in geotechnical designing and practicing. As its great advantages such as economical material, fast speed of construction and perfect effect on consolidating,
4、 method of CFG piles composite foundation has been widely used, particularly in recent years when various methods of design and practice are applied for CFG piles composite foundation，which has greatly promoted the development of theory and practice of composite foundation and enriched the technolog
5、y of foundation treatment in engineering construction.Firstly, some development history and research results of composite foundation was reviewed in this article; Secondly, based on the existing research results of CFG piles composite foundation, the load-bearing characteristics and the mechanism of
6、 CFG piles composite foundation was systematically analysised and introduced; Once again, treatment technology of CFG piles composite foundation is applied in a real engineering construction, foundation treatment of building A05, C segment in Changying. Design and calculation of foundation are done
7、according to CFG piles composite foundation, with checking the bearing capacity and settlement of composite foundation. Subsequently, the construction process of CFG piles composite foundation is introduced systematically.Keywords: CFG pile; Composite foundation; bearing capacity; settlement目 录1 绪 论
8、11.1 选题背景及意义11.2 复合地基概述11.3 复合地基的发展概况21.4 CFG 桩复合地基41.4.1 CFG 桩复合地基及其发展概况41.4.2 CFG 桩复合地基工作原理41.4.3 CFG桩复合地基工程特性51.5 本文主要内容72 工程概况92.1 工程简介92.1.1 项目概况92.1.2 场地周边情况102.2 工程地质和水文地质条件102.2.1 地形地貌102.2.2 工程地质条件102.2.3 水文地质条件103 CFG桩复合地基施工工艺的选择与设计参数的确定123.1 CFG桩施工工艺的选择123.2 设计参数的确定123.2.1 CFG桩复合地基构造要求123
9、.2.2 设计参数的确定134 CFG桩复合地基的设计计算144.1 设计依据与要求144.1.1 设计依据144.1.2 设计要求144.2 设计计算144.2.1 CFG桩复合地基设计要点144.2.2 CFG桩复合地基设计思想144.2.3 设计计算步骤154.2.4 桩端持力层的选择154.2.5 桩长、桩径的确定154.2.6 计算单桩承载力164.2.7 根据单桩承载力标准值计算置换率（）184.2.8 计算桩间距（）184.3 复合地基承载力特征值的验算19复合地基沉降验算194.4.1 沉降验算公式194.4.2 沉降验算235 CFG桩复合地基施工275.1 CFG桩施工工艺
10、275.1.1 CFG桩施工前的准备工作275.1.2 CFG桩施工275.1.3 CFG桩施工工艺对施工质量的影响285.1.4 CFG桩施工质量控制措施295.2 CFG桩复合地基清土及桩头处理技术305.2.1 弃土清运305.2.2 桩头处理30褥垫层铺设及质最控制技术31CFG桩复合地基施工检测及验收315.4.1 CFG桩复合地基施工检测315.4.2 CFG桩复合地基施工验收32结 论331 绪 论1.1 选题背景及意义高层建筑荷载大、重心高，对地基强度与变形要求均很高。当天然地基不能满足要求时，多采用桩基础或桩-箱基础，但需耗费大量的钢筋、水泥，造价很高。当地基土具有一定强度时
11、，可采用 CFG 桩复合地基。CFG 桩意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，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在 C5C25 之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG 桩利用工业废料粉煤灰，不配筋并能充分发挥桩间土的承载力，工程造价低廉，可节省投资 30%40%，施工速度快、工期短、质量容易控制，比传统的桩基础具有明显的优势。CFG 桩的适用范围较广，就基础型式而言，CFG 桩既可适用于条形基础、独立基础，也可以用于筏基与箱形基础；就土性而言，CFG 桩可用于处理黏性土、粉土、砂土、回填土与淤泥质土等地基；既适用于挤密效
12、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、沉降稳定快等特点。如能很好地应用于工程实际，必将产生显著的经济效益、社会效益与环境效益。CFG桩复合地基适用性广，从而在工程建设中得到广泛的应用。由于CFG桩是上世纪九十年代发展起来的一种新型地基处理技术，还处于进一步的研究与发展阶段，各种设计方法与理论还需要不断的提高与完善。用已有的理论成果对实际工程进行设计与验算，不断验证理论的可行性，有着很大的理论及社会意义。1.2 复合地基概述复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体)与增强体两部分组成的人工地
13、基。根据地基中增强体的方向又可分为水平向增强体与竖向增强体复合地基。水平向增强体复合地基主要包括由各种加筋材料，如土工聚合物、金属材料格栅等形成的复合地基。竖向增强体习惯上称为桩，竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基。桩体复合地基根据竖向增强体的性质又可分为三类：散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基与刚性桩复合地基。散体材料桩复合地基的桩体是由散体材料组成的，桩身材料没有粘结强度，单独不能形成桩体，只有依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体。散体材料桩复合地基的承载力主要取决于散体材料内摩擦角与周围地基土体能够提供的桩侧侧限力。散体材料桩复合地基的桩体主要形式有碎石桩、砂桩等。柔性桩复合地基的桩体
14、刚度较小，但桩体具有一定粘结强度，柔性桩中部分强度较高的桩(如粉喷桩)已较强地表现出桩的性状。柔性桩复合地基的承载力由桩体与桩间土共同承担。柔性桩复合地基的桩体主要形式有灰土桩、石灰桩、水泥土桩等。刚性桩复合地基的桩体通常以水泥为主要的胶结材料，有时由混凝土、或由混凝土与其他掺合料构成，桩身强度较高。为保证桩土共同作用，通常在桩顶设置一定厚度的褥垫层。刚性桩复合地基较散体材料桩复合地基与柔性桩复合地基具有更高的承载力与压缩模量，而且复合地基承载力也具有较大的调整幅度。从上个世纪 60 年代复合地基概念提出到目前国内外的广泛应用，前后只有不到五十年的时间，但在这短短的几十年中复合地基理论的发展却
15、极为迅速。原因之一就是它引入了桩体与土体相互作用、相互受力的概念，力求把天然材料与人工材料的潜力发挥到极至，是实用性与经济性二者的完美结合。但由于桩土材料性质的差异，造成复合地基形式的千变万化，进而不可避免地带来许多问题，其应力、变形等性状还需进一步深入研究。1.3 复合地基的发展概况现代地基处理技术应从19世纪30年代XX应用砂桩算起。XX在 l930 年提出采用振冲法加密砂性土原理。1933 年，XX的 XX 制成了第一台振冲器，并于 1935 年在XX堡用于加固松散粉砂地基，并在XX、XX、XX等地得到应用。1960 年左右在XX开始将振冲法应用于粘性土地基。不久，在XX、XX与XX也用
16、于加固软填土地基。1976 年下半年，XX研究所与XX部水运规划设计院共同研究振冲法加固填土地基技术，1977年试制造出我国第一台 13kW 振冲水冲器，1977 年 9 月首先用于XX船体车间软粘土地基加固，加固深度 l3 到 18 米1。1979 年 XX 教授2根据有限元的模拟分析指出，为了得到竖向刚度较大的桩-土复合地基而需的桩数并不多，桩数的进一步增加对减少最大沉降与差异沉降作用并不大。1980 年XX著名学者XX教授3根据筏-桩-土相互作用的分析提出了仅用于减少沉降的桩基础的沉降公式。上世纪 80 年代初在XX进行了大量的有关减少沉降的复合地基桩基基础理论与现场试验系统研究，并由X
17、X 设计顾问提出了 Creep Pile(屈服桩，或蠕变形桩)的设计概念与方法，在XX得到了应用与发展2。其设计基本原则是：最大限度的发挥桩的承载力，使桩的安全系数为 1.0。上世纪七八十年代XX建筑研究所对桩-筏基础进行了一系列的实测试验、室内模型试验与理论研究。1986 年，XX总结了对XX硬土地区高层建筑桩基础研究的几十年成果，认为按照目前强度控制的桩基常规设计方法的桩基础的实际安全系数要远大于设计中所选取的 2 或 3，并指出，在桩基础纯粹用来减少基础沉降的地方，均质土中模型试验表明，在桩间距为 4 倍桩径时再加入更多的桩减少沉降作用并不显著。试验结果与简单的分析都表明，6 倍与 8
18、倍桩径的桩间距几乎与较小桩间距一样有效4。1979 年XX基于群桩基础工作机理的分析，提出了分不同情况按沉降设计桩基的初步想法，例如，当容许建筑物产生较多下沉，仅天然地基不满足要求而采用桩基础时，可令土与桩共同承担外荷载，土的容许应力为 6080kPa，余下的荷载由桩来承担，每根桩可发挥极限承载力，同时应验算整个桩基的整体强度；在估算桩基下沉时，要考虑土与桩两者共同传来的应力5。复合地基的概念形成于 60 年代，且已经成为很多地基处理方法的分析及理论公式建立的基础及根据。这最早产生于砂桩加固地基的分析，随后广泛地应用于土桩、碎石桩、深层搅拌桩、石灰桩等加固的理论分析之中5。由于地基处理技术应用
19、的时间不长，相比较而言复合地基理论落后于实践，复合地基作用机理及设计理论的研究正处于发展之中，尚不够成熟。以下就散体材料桩、柔性桩及刚性桩复合地基的发展概况作简要的介绍。散体材料桩主要包括砂桩与碎石桩。在长时间内由于没有实用的设计计算方法，缺少先进的施工工艺与施工设备而影响了它的发展。二次世界大战之后，前苏联在这方面的研究取得了较为广泛的应用。砂桩在上个世纪 50 年代引进我国，在工业与民用建筑，交通，水利等工程建设中都得到了应用。尤其是在近 20 年来，采用砂桩加密松散砂土地基，软土地基，或防止砂土振动液化等发展尤为迅速。振冲法应用于粘性土地基时，填入石料的桩体称为碎石桩，这些桩体与原地基土
20、一起构成复合地基，该方法称为振冲碎石桩法。振冲碎石桩法与振冲砂桩一样，除对桩间土的挤密作用外桩土同时具有置换作用与排水作用6。自 1977 年 9 月振冲碎石桩用于XX船厂船体车间软粘土地基加固开始，根据不完全统计，我国已经有 2100 台振冲器投入工程使用，振冲加固总进尺约2 亿2 千万延米，与旧有地基处理方案相比节约了处理投资数十亿元，同时大幅度缩短了工程的施工工期，节省了大量的“材料”，为国家取得了重大经济效益，1978 年 9 月制定了振冲碎石桩加密砂基暂行施工操作规程7。在XX，重点对地震区易液化的砂性土振冲置换加固地基进行了工程应用与研究。在南方，重点对饱与软弱的粘性土进行设计计算
21、方法研究。1979 年至 1982 年间，振冲法被大量采用，应用到强度大于 15.4kPa 的地基，加固机理及大量室内模型研究取得了显著成果，推动了振冲地基的理论发展7。柔性桩复合地基主要包括土桩及灰土桩复合地基、石灰桩复合地基、深层搅拌水泥土复合地基与高压旋喷桩复合地基。土桩挤密法是前苏联别列夫教授1934年首创，并在工程建设中得到广泛应用8。我国自 50 年代中期开始，在西北黄土地区进行了土桩挤密法研究与应用。60 年代中期，西安地区在土桩挤密法的基础上成功地应用了灰土挤密桩法，并在 70 年代起逐步推广应用。国家行业标准建筑地基处理技术规范中已经编入土桩与灰土桩适用于处理地下水位以上的湿
22、陷性黄土、素填土与杂填土地基9。石灰桩10最早在我国应用。如今，石灰桩已大量应用于工程实践，取得了非常成功的经验。深层搅拌法10的室内试验与机械研制工作，于 1977 年 10月，由XX部建筑研究总院与交通部水运规划设计院进行，并于 1980 年初在XX钢铁总厂第五XX建设公司在三座卷管设备基础软土地基加固工程中正式采用并获得成功，同年 11 月由XX部基建局主持，通过了“饱与软土深层搅拌加固法”鉴定11。关于水泥土桩复合地基进行了大量的室内外试验研究、理论分析及数值模拟，取得了一大批成果，使得深层搅拌水泥土桩的设计理论趋于成熟。张土乔1对水泥的不同掺量龄期强度进行了大量试验，得到其应力应变关
23、系及水泥土搅拌桩的破坏特性。刚性桩复合地基12的设计思想由XX科学研究院XX院士提出，XX科学研究院地基基础研究所于 1991 年开发成功 CFG 桩复合地基。CFG 桩复合地基与一般桩基有明显不同。为提高复合地基承载力、减少沉降，将碎石中掺入水泥、粉煤灰与石屑，形成粘结强度较高的 CFG 桩，具有刚性桩的性状。为保证桩、土能共同作用，在桩顶铺设一定厚度的沙石褥垫层，以利于桩顶向上刺入，由桩体、桩间土与褥垫层一起构成了 CFG 桩复合地基。XX、XX、XX12等对 CFG 桩复合地基进行了系统的研究。XX对 CFG 桩的作用机理，设计方法进行了全面的阐述。XX13采用 CFG 桩加固软粘土，也
24、取得较好的效果。他还讨论了 CFG 桩复合地基承载力的简易计算方法。张雁14也对 CFG 桩复合地基性状进行了分析。褥垫层计算是刚性桩复合地基设计的重要内容。XX15研究了 CFG 桩复合地基中褥垫层技术。李宁16采用数值方法对复合地基中褥垫层的作用机理进行了研究，毛前17、化建新也探讨了褥垫层的作用。除 CFG 桩复合地基外，还开发了很多刚性桩复合地基，例如二灰混凝土桩复合地基、粉煤灰混凝土桩复合地基及其他低标号混凝土桩复合地基等。除了以上所述对散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基与刚性桩复合地基所作的一些试验研究、理论计算外，采用数值方法分析复合地基的作用机理的研究工作也不少。李宁16采用数
25、值试验模型，对不同种类的复合地基进行了全面系统的数值仿真，探讨了单桩复合地基相互作用的机理、荷载传递的性状及附加应力的分布规律。总而言之，由于复合地基中增强体材料种类较多，导致增强体刚度变化很大，渗透固结特性差别较大，而地基土性质也相差甚远，因此各类增强体复合地基作用机理各不相同，寻求统一的设计计算理论是不现实的。由于工程建设需要使得各种新的地基处理方法应运而生，然而复合地基的理论远落后于实践，相信随着研究的深入，各类复合地基的作用机理及设计计算理论会日趋成熟。1.4 CFG 桩复合地基1.4.1 CFG 桩复合地基及其发展概况CFG 桩全称水泥粉煤灰碎石桩(Cemnet Flyash Gra
26、vel Piles)，是由碎石、石屑、砂石与粉煤灰掺适量水泥加水拌与，用各种成桩机械在地基中制成的强度为 C5C30 的桩。这种处理方法是通过在碎石体中添加以水泥为主的胶结材料，添加以增强混合料的与易性并有低标号水泥作用的粉煤灰，同时还添加适量改善级配的石屑，从而使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转化为具有某些刚性桩特点的高粘结强度桩。不同于碎石桩等散体材料桩，在竖向荷载作用下，CFG桩桩身横向变形不显著，不会如碎石桩般出现鼓胀破坏，并可全桩长发挥侧摩阻力。桩落在好土层上具有明显的端承力，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力与桩端阻力传到深层地基中，其复合地基承载力可大幅度提高。另外,CFG 桩没有像碎
27、石桩那样的临界桩长，它可以把外荷载传到深层地基。其与钢筋混凝土桩相比，桩体强度与刚度要小得多。这样有利于充分发挥桩体材料的潜力，降低地基处理费用。CFG 桩复合地基2是由 CFG 桩、桩间土与褥垫层一起构成的刚性桩复合地基。CFG 桩复合地基试验研究是建设部“七五”计划课题，于 1988 年立题进行试验研究，并应用于工程实践。CFG 桩复合地基成套技术，1994 年被XX部列为全国重点推广项目，被国家科委列为国家级全国重点推广项目。1997 年被列为国家级工法，并制定了XX科学研究院企业标准，现已列入国家行业标准建筑地基处理技术规范(JGJ792002)。为进一步推广这项技术，国家投资对施工设
28、备与施工工艺进行了专门研究，并列入“九五”国家重点攻关项目。1999 年 12 月通过国家验收。该技术已在全国 23 个省、市广泛应用，据不完全统计，该技术已在 1000 多个工程中应用。与桩基相比，由于水泥粉煤灰碎石桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、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 1/31/2，经济效益与社会效益显著。1.4.2 CFG 桩复合地基工作原理CFG 桩是在碎石桩的基础上发展起来的复合地基刚-半刚性桩。利用碎石桩加固地基,在砂土与粉土中效果明显，但将碎石桩应用于塑性指数较大、挤密效果明显的黏性土，地基承载力提高幅度不大。碎石桩是散体材料,材料内部不存在黏结
29、力,主要依靠周围土的约束传递基础传来的垂直荷载。土越软对桩的约束作用就越差,桩传递垂直荷载的能力越弱。近年来的工程实践表明，碎石桩主要受力区在 4 倍桩径范围内，沿桩长方向轴向与侧向应力迅速衰减，因此增加桩长对提高复合地基强度作用不大，其桩土应力比一般为 ，要提高地基强度，惟有提高置换率。 CFG 桩复合地基由 CFG 桩体、桩间土与褥垫层三部分组成。CFG 桩体主要材料为碎石，石屑为中等粒径骨料，可改善级配；粉煤灰具有细骨料与低标号水泥的作用。CFG 桩因自身有一定黏结强度,故可在桩体全长范围内受力，能充分发挥桩周摩阻力的作用，桩端落在好土层也可很好地发挥端阻作用。CFG 桩复合地基的加固机
30、理是：当基础承受垂直荷载时，桩与桩间土都要发生沉降变形。桩的变形模量远比土的变形模量大，所以桩比土的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层中垫层材料不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩与桩间土始终参与工作。同时，土由于桩的挤密作用而提高了承载力，而桩又由于其周围土侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载；桩土应力比一般为 1040。CFG 桩与桩间土一起通过褥垫层形成 CFG 桩复合地基，通过设置褥垫层，可保证桩与土共同承担荷载。同时，桩体具有一定的排水作用，可加快软土的固结。CFG
31、 桩复合地基可以通过改变桩长、桩距、褥垫层厚度与桩体材料配比来调整软土工程性质，可调性高、变形小。它能最大限度地利用 CFG 桩本身的单桩承载力，达到控制沉降的目的，又可充分发挥天然地基土的作用，达到疏化桩基，有效降低工程造价的目的。 图1-1 CFG桩复合地基示意图1.4.3 CFG桩复合地基工程特性CFG 桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层构成，褥垫层将上部基础传来的基底压力(或水平力)通过协调变形，以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。CFG桩复合地基承载情况如图1-2所示。图1-2 CFG 桩复合地基承载力示意图CFG 桩复
32、合地基效应主要有以下几种：1.4.3.1 桩体作用（1）对地基土具有一定的挤密作用对于散填土、松散粉细砂、粉土，由于振动沉管桩的振动与侧向挤压作用使桩间土孔隙比减小，含水量降低，土的干密度与内摩擦角有所增加，土的物理力学性能得到改善，从而提高桩间土的承载力。（2）桩体的排水作用CFG桩复合地基在成桩初期，因桩孔内与周边充填过滤性较好的粗颗粒填料，在地基中就形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道，使孔隙水沿桩体向上排出，可以有效地消散与防止振冲产生的超孔隙水压力的增高，加速地基的排水，这种排水作用不但不会降低桩体强度，而且可以使土体强度恢复并超出原土体天然承载力。（3）预震效应CFG桩复合
33、地基成桩过程中，若采用振动沉管灌注成桩施工工艺，振冲器以一定的振动频率或冲击水平向加速激振土体，使填料与地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预震。提高了砂土抗液化能力。（4）桩的置换作用CFG桩中的水泥经水解与水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，它能使桩体的抗剪强度与变形模量大大提高，所以在荷载作用下，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，出现了应力集中现象，大部分荷载将由桩周与桩端承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基的承载力比原有地基承载力有所提高。（5）对桩周土的约束作用在无侧向约束的土体，受荷后其侧向变形比有
34、侧向约束的大，从而使垂直应力集中，由于桩对桩周土体侧向变形的限制，使侧向变形减小，相应地也减小了垂直变形。1.4.3.2 褥垫层的作用及其合理厚度这里所说褥垫层不是基础施工经常做的厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层，其作用可以概述为以下几个方面。（1）保证桩与土共同承担荷载若基础下面不设置褥垫层，基础直接与桩与桩间土接触，在垂直荷载作用下承载特性与桩基差不多。在给定荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的沉降，荷载逐渐向土体转移。其时程曲线的特点是土承担的荷载随时间增加逐渐增加，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。如果桩端落在坚硬土层或岩石上，桩的沉降很小，桩上的荷载
35、向土体转移数量很小，桩间土承载力很难发挥。当基础与桩之间设置了一定厚度的褥垫层后，基础传来的荷载首先作用在褥垫层上，然后通过褥垫层将荷载传递到桩与桩间土上，然而由于桩间土的抗压刚度远小于桩的抗压刚度，桩顶产生应力集中，桩向上刺入，同时褥垫层产生向下的位移压缩桩间土。因此，桩与桩间土自始至终都参与承担荷载。（2）调整桩与桩间土之间竖向荷载的分担比例桩与桩间土的竖向荷载分担比例与面积置换率、桩的类型、桩间土的物理力学性质以及褥垫层的厚度等因素有很大的关系，其中褥垫层厚度是个不可忽视的重要因素。在其它条件不变的情况下，增加褥垫层的厚度，可以使桩顶与褥垫层接触的局部产生更大的压缩量，即桩顶向上刺入量加
36、大，从而使褥垫层与桩间土接触更加紧密，因此，提高了桩间土的竖向荷载分担比例。反之，减小褥垫层的厚度，可以提高桩的竖向荷载分担比例。（3）调整桩与桩间土之间水平荷载的分担比例当褥垫层厚度增大到一定值时，桩受的水平荷载很小，水平荷载主要由桩间土承担。基础受水平荷载的作用时，不会发生桩的折断。（4）减小基础底面的应力集中，降低桩对基础的冲切破坏。由前面的讨论可知，褥垫层厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需考虑桩对基础的冲切，势必导致基础加厚。如果基础承受水平荷载作用，可能造成复合地基中桩发生断裂。而且褥垫层厚度过小，桩间土承载能力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然要增加桩的数量或长度
37、，造成经济上的浪费。若褥垫层厚度过大，会导致桩、土应力比等于或接近了。此时桩承担的荷载太少，实际上复合地基中桩的设置已失去了意义。这样设计的复合地基承载力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大。综合以上分析，参考大量的工程实践总结，即考虑到技术上可靠，经济上合理，褥垫层厚度取1030cm为宜。1.5 本文主要内容本文根据拟建工程场地的工程地质与水文地质条件，结合开挖基坑的深度、面积、工程要求、承载条件及周边环境，选择合适的设计方法与合理的计算模式，根据相关地基处理理论与建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）、建筑地基处理技术规范（JGJ9-2002）等相关技术规范进行CF
38、G桩复合地基实际工程设计与计算。本文的主要内容包括：（1）绪论明确选题背景及意义，概括了复合地基及其发展，系统介绍了CFG桩复合地基承载特性及作用机理。（2）工程概况简单介绍了拟建工程所处的地理位置与周边环境，介绍场地工程地质与水文地质条件，给出了地基地层相关力学参数。（3）CFG桩复合地基施工工艺的选择与设计参数的确定简单介绍几种CFG桩复合地基处理施工工艺及其相应的特点，通过比较分析，并结合拟建工程的工程地质与水文地质等条件，选择合理的施工工艺；通过CFG桩复合地基的一些基本构造要求，确定合理的桩长、桩径等参数。（4）CFG桩复合地基的设计计算概括了CFG桩复合地基的设计要点与设计思想，根
39、据设计要求及相关规范对CFG桩复合地基进行设计，验算相应复合地基的承载力与沉降量。（5）CFG桩复合地基施工简单介绍了CFG桩复合地基的施工工艺，分析了CFG桩复合地基施工工艺对施工质量的影响，并给出了相应的控制措施。介绍了CFG桩复合地基清土、桩头处理及褥垫层的铺设与质量控制技术，最后介绍了CFG桩复合地基施工检测与验收的内容。2 工程概况2.1 工程简介2.1.1 项目概况XXC地块A05号住宅楼位于XX市XX区XX乡，南临XX南路、东为草房西路、北侧为XX北路。图2-1 XXC地块A05号住宅楼基坑平面图根据XX市住宅建筑设计研究院提供的资料，有关A05号楼具体指标如表（2-1）所示。表
40、2-1 A05号楼具体指标项目名称地上层数地下层数正负零标高（m）垫层底标高（m）要求复合地基承载力特征值fspk（kPa）A0512/14/162180根据XX工业XX勘察设计研究院提供的岩土工程勘察报告的结果及XX市住宅建筑设计研究院施工图设计中的基础图的要求，拟建物天然地基承载力不满足设计要求，需对地基进行处理。2.1.2 场地周边情况该工程场地周边主要是居民区，没有别的重要建筑物，也没有河流、湖泊等，影响工程的情况很少，地形平坦。但本工程地基土层分布复杂、不均匀，总体呈现软弱状态，压缩性不连续，强度变化异常，软弱土层的厚度较大、灵敏度较高，有流塑状态的粉质粘土等，所以地基承载能力也相对
41、较低，需要对原地基进行处理。2.2 工程地质与水文地质条件2.2.1 地形地貌m之间。2.2.2 工程地质条件与地基处理有关的地层（以下）自上而下为：粉质粘土1层：黄色，含云母、氧化铁、姜石。可塑，搞压缩性。平均厚度m。砂质粉土、粘质粉土2层：黄色，含云母、氧化铁。可塑，饱与，夹粘质粉土薄层，中高中压缩性。平均厚度4.7m。细砂层：平均厚度3.3m。粉质粘土1层：灰色黄色，含云母，有机质。饱与，可塑，中高压缩性。平均厚度3.7m。砂质粉土2层：黄色，含云母、氧化铁。可塑，中高压缩性。平均厚度4.1m。各土层的物理力学参数详见表2-2。土层名称层厚（m）（kPa）压缩模量（MPa）极限侧阻力（k
42、Pa）极限端阻力（kPa）粉质粘土1层12060砂质粉土、粘质粉土2层16060细砂层20045800粉质粘土1层16055砂质粉土2层20060注：为基础底面下各土层天然地基承载力特征值。2.2.3 水文地质条件第1层水为潜水层，水位埋深绝对标高为（埋深）；第2层水为微承压水，含水层为细砂3层，水位埋深绝对标高为（埋深）；第3层水为微承压水，含水层为细砂4层，水位埋深绝对标高为（埋深）；第4层水为微承压水，含水层为细砂5层，水位埋深绝对标高为（埋深）；3 CFG桩复合地基施工工艺的选择与设计参数的确定3.1 CFG桩施工工艺的选择水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据设计要求与现场地基地层土的性质、
43、地下水埋深、场地周边是否有居民区、有无对振动反应敏感的设备等多种因素选择施工工艺。水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据现场条件选用下列施工工艺：（1） 长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实的砂土；（2） 长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；（3） 振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。若地基土是松散的饱与粉细砂、粉土，以消除液化与提高地基承载力为目的，此时应选择振动沉管打桩机施工；振动沉管灌注成桩属挤土成桩工艺，对桩间土具有挤（振）密效应。但振动沉管灌注成桩工艺难以穿透厚的硬土层、砂层与卵石层
44、等。在饱与粘性土中成桩，会造成地表隆起，挤断已成桩，且振动与噪声污染严重，在城市居民区施工受到限制。在夹有硬的粘性土时，可采用长螺旋钻机引孔，再用振动沉管打桩机制桩。长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实的砂土，属非挤土成桩工艺，该工艺具有穿透能力强、无振动、低噪声、无泥浆等特点，但要求桩长范围内无地下水，以保证成孔时不塌孔。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺，是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺，属非挤土成桩工艺，具有穿透能力强、低噪声、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。长螺旋钻孔灌注成桩与长螺旋钻成孔、管内泵混合料成桩工艺，在城市居民区施工
45、，对周围居民与环境的不良影响较小。在满足结构设计对地基荷载与沉降要求的前提下，为符合现场施工条件与环境，优化施工技术，施工工期合理，在保证安全、可行的基础上，尽量降低工程造价。本工程采用长螺旋钻成孔、管内泵混合料成桩工艺。3.2 设计参数的确定3.2.1 CFG桩复合地基构造要求（1)桩径：宜取350600mm，桩径过小，施工质量不易控制，桩径过大，需加大褥垫层厚度才能保证桩土共同承担上部结构传来的荷载。（2)桩距s： 应根据设计要求的复合地基承载力、建筑物控制沉降量、土性、施工工艺等确定，宜取35倍桩径。设计的桩距首先要满足承载力与变形的要求。从施工角度考虑，尽量选用较大的桩距，以防止新打桩
46、对已打桩的不良影响。（3)桩长： :桩长应根据施工成孔机械的钻入能力与可作桩端持力层的上层理深及基础设计时需要的复合地基承载力标准值与由下卧层验算得出的最小处理厚度来确定。（4)褥垫层厚度： 一般取100300mm, 当桩距较大时，褥垫层厚度可适当加厚。（5)褥垫层材料：选用级配良好的砂石，其中卵石或碎石含量占全重的30%50%，若使用粉细砂时，应掺入25%30%的卵石或碎石。（6)桩的平面布置：一般只在基础底板平面范围内布桩，沿轴线对称布置。独立基础与筏形基础的基础边缘到桩的中心距一般为一个桩径，或基础边缘到桩的边缘最小距离不宜小于150mm，对条形基础不宜小于75mm。3.2.2 设计参数的确定根据场地工程地质与水文地质条件，拟建工程采用基础下满堂红正方形布桩。持力层的选取及桩长、桩径见表（3-1）：表3-1 持力层及桩径、桩长持力层的选取有效桩长（m）桩径（mm）桩顶标高（m）细砂层415桩体材料：C15，坍落度180200mm。褥垫层：200mm厚碎石。复合地基承载力特征值：180kPa。4 CFG桩复合地基的设计计算4.1 设计依据与要求4.1.1 设计依据CFG桩复合地基设计的主要依据是项目场地的工程地质条件、水文地质条件