XX（XX）学士学位论文 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，应根据设计要求和现场地基地层土的性质、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和粉细砂、粉土，以消除液化和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、砂层和卵石层等。在饱和粘性土中成桩，会造成地表隆起，挤断已成桩，且振动和噪声污染严重，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和长螺旋钻成孔、管内泵混合料成桩工艺，在城市居民区施工，对周围居民和环境的不良影响较小。
在满足结构设计对地基荷载和沉降要求的前提下，为符合现场施工条件和环境，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d：宜取350～600mm，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3～5倍桩径。设计的桩距首先要满足承载力和变形的要求。从施工角度考虑，尽量选用较大的桩距，以防止新打桩对已打桩的不良影响。
（3)桩长l： :桩长应根据施工成孔机械的钻入能力和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和由下卧层验算得出的最小处理厚度来确定。
（4)褥垫层厚度h： 一般取100～300mm, 当桩距较大时，褥垫层厚度可适当加厚。
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（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。独立基础和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
根据场地工程地质和水文地质条件，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 4层 细砂○有效桩长 （m） 8.0 桩径 （mm） 415 桩顶标高 （m） 20.50
桩体材料：C15，坍落度180～200mm。
褥垫层：200mm厚碎石。
复合地基承载力特征值：180kPa。
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XX（XX）学士学位论文 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、水文地质条件及工程特点，拟建工程结合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有限公司施工图设计中的基础图的要求，依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）等相关规范进行设计。
4.1.2 设计要求
地基处理的目的就是改善原有地基的承载条件，限制地基沉降，使其满足工程要求。根据工程场地条件和荷载条件，本工程要满足以下两个设计要求：
1.地基处理后，复合地基承载力特征值≥180kPa；
2.复合地基长期最大沉降量小于50mm，倾斜变形小于0.002。
4.2 设计计算
4.2.1 CFG桩复合地基设计要点
复合地基设计除满足复合地基承载力和变形条件外，还要考虑以下诸多因素进行综合分析，确定设计参数：
（1） 施工设备和施工工艺；
复合地基设计时需考虑采用何种设备和工艺进行施工，选用的设备穿透土层能力能否满足最大施工桩长的要求，施工时对桩间土和已打桩是否会造成不良影响；
（2） 场地土质变化； （3） 场地周围环境；
（4） 建筑物结构布置及荷载传递； （5） 地基处理目的。
设计时必须明确地基处理是为了解决地基承载力问题、变形问题还是液化问题，解决问题的目的不同采用的工艺、设计方法、布桩形式均不同。
4.2.2 CFG桩复合地基设计思想
在一般的混凝土桩基工程中，桩可承受垂直荷载也可以承受水平荷载，其传递水平荷载的能力远小于传递垂直荷载的能力，设计时采用桩基让桩承受垂直荷载是扬其长，承受水平荷载是用其短。刚度相比较低的CFG桩复合地基通过褥垫层把桩和基础断开，改变了过分依赖桩承担垂直荷载和水平荷载的传统设计思想。CFG桩复合地基的设计思想可以体现在其传递水平荷载和垂直荷载的工作特性上。
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1.褥垫层调整桩和桩间土水平荷载分担
当基础受垂直荷载P和水平荷载作用Q作用时，有三部分力与其平衡，其一是基础底面摩阻力Ft，其二是基础两侧面的摩阻力F1，其三是与Q作用面相平行的基础侧面上方向与Q相反的土阻力R。基底摩阻力Ft传递到桩和桩间土上，桩顶剪应力为τP，桩间土剪应力为τS。由于CFG桩复合地基置换率一般不大于10%，则有不低于90％的基底面积的桩间土承担了绝大部分水平荷载，而桩承担的水平荷载则占很小一部分。桩土剪应力比(τP／τS)随褥垫层增大而减小，设计时可通过改变褥垫层厚度调整桩土水平荷载分担比。按这一设计思想，复合地基水平承载能力比传统桩基设计思想有相当大的增值。
2.“疏桩理论”调动桩间土承载力承担垂直荷载
CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作，因此，垂直承载力设计首先是将土的承载能力充分利用，不足的部分由CFG桩来承担，由于CFG桩复合地基置换率不高，基础下桩间土的面积和使用的桩间土承载力之积是一个不小的数值。总的荷载扣除桩间土承担的荷载，才是CFG桩应承担的荷载，显然，与传统的桩基设计思想相比，桩的数量可以大大减少。
此外，与混凝土桩相比，CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰和石屑做为掺加剂，大大降低了工程造价，因而较桩基础经济。由于桩身承载力较高，即使在软土地区，也可获得较高的复合地基承载力，且承载力可调幅度较大，通常可达200kPa～600kPa。复合地基压缩模量也较大，因而沉降变形很小。
CFG桩复合地基设计，必须同时满足强度和变形两个条件。强度控制设计是以复合地基承载力特征值为控制指标，通过复合地基变形验算来核定或调整;变形控制设计则是以复合地基沉降量为控制指标，通过复合地基承载力验算来核定或调整。
4.2.3 设计计算步骤
CFG桩加固地基主要依靠桩体将上部结构的荷载传递到地基深处较好的土层，同时通过在桩和基础之间设置的柔性褥垫层 （材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大于30mm），人为地为桩提供可向上刺入的条件，使得桩间土由于褥垫层材料的流动补偿始终与基础底面保持接触，从而充分利用了天然地基的承载力，减少了桩体分担总荷载的比例，为了使天然地基的承载力能得到最大程度的发挥，CFG桩应尽可能以采用较小的桩径、较大的桩距的原则，一般置换率控制在5%～10%左右。本次设计计算步骤见图4-1。
4.2.4 桩端持力层的选择
根据拟建场地的地质资料分析结果，工程基底下有较厚的砂质粉土、粘质粉土，这些土层将是地基沉降的主要来源。粘质粉土下的细砂4层是较好的桩端持力层，选细砂4层为本次设计的桩端持力层。
4.2.5 桩长、桩径的确定
桩长、桩径的选择属于桩型选择的范畴，选择时应考虑上部结构的要求、地质条件、环境要求、施工条件及质量控制，以及工程造价等因素。选择的主要依据是上部结构的形式、荷载、地质条件和环境条件以及当地的桩基施工技术能力与经验等。
根据工程勘察报告所述的工程地质条件和水文地质条件，考虑到拟建物施工的具体条件，对照所选的桩端持力层，选用有效桩长8．00ｍ，保护桩长50cm，桩径415mm，褥垫层铺设200mm，采用基础下满堂红正方形布桩。
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选定持力层 确定桩长、桩径 计算单桩承载力（公式（4-2）、（4-3）） 根据复合地基强度计算置换率（公式（4-4） 计算桩间距（公式（4-5）） 验算复合地基承载力特征值(公式（4-4)） 验算复合地基沉降（公式（4-8）、（4-10）） 否 是否符合规范及设计要求
结 束 是
图4-1 CFG桩复合地基设计计算步骤
4.2.6 计算单桩承载力
单桩竖向承载力Ra宜由软土地区桩的静荷载试验确定。当采用单桩静荷载试验求得单桩极限力后，也可以按下式计算Ra
Ra?Quk/k （4-1）
式中：
Quk——单桩极限承载力标准值(kN)； k——调整系数，宜取1.5～1.75，取2.0；
Ra也可以由以下两式计算，取其最小值：
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