CFG短樁復合地基技術是根據我國北方建築地質條件，針對普通CFG樁(簡稱長樁)施工中存在的缺點而提出的壹種全新的地基加固理論。
1998 65438+2月申請發明專利，2002年8月國家專利局授予發明專利，專利號為98 125248.6。經過多年的施工實踐，CFG短樁復合地基技術的推廣應用取得了長足的進步，取得了良好的經濟、技術和社會效益。現總結如下。
1.設計和施工
以總參北京地區幹休所南區1#和2#樓為例。
1.1項目概況
總參北京市離休幹部住宅區南1#和2#樓位於朝陽區安定門外大屯，安定路東側，大川寺北路與新店路之間。由總參行政部投資建設，建築施工圖由總參行政部建築設計院設計。
南側1#和2#建築地上24層，地下2層，建築長度37.2m，南沿寬度24m，北沿寬度36.1m。箱形基礎和剪力墻結構，正負0標高相當於1#樓44.12m和2#樓44的絕對標高。根據設計要求，地基承載力設計值為450kPa。
1.2工程地質和水文地質條件
1.2.1地層概況
根據調查報告編號北京勘察設計院1014，擬建場地地層土分為人工堆積層、新近沈積層和壹般第四系沈積層。
人工堆積層:地表分布有①層粉質粘土填土和①層房屋渣土，厚度1.4 ~ 3.2m..
新沈積層:位於人工堆積層之下，呈條帶狀分布於擬建南2#樓西北和東南方向，為粉質粘土和粘質粉土②層。
第四系沈積層:該層位於人工堆積層和新近沈積層之下，主要由以下土層組成:
(1)標高38.20~40.38m以下為粘質粉土、粉質粘土③和砂質粉土，粘質粉土③1，③ Es=6.6MPa，③ ES = 1+1。
(2)標高35.57 ~ 36.83米以下有四層粉質粘土和粘質粉土，四層中低壓縮性的砂質粉土和粘質粉土，四層中高壓縮性的粘土和四層重質粉質粘土。
(3)高程32.22 ~ 32.97米以下為中細砂層。該層頂部分布有粉細砂⑤1層。砂層總厚度為3.40 ~ 3.90米
(4)標高28.42~29.57m以下為6層粉質粘土和粘質粉土，6層粘土和重質粉質粘土(1)。有兩層低壓縮性的粉土和細砂，以及粘質粉土和砂質粉土。
(5)標高20.60~21.90m以下為粉質粘土⑦層和粘土、重質粉質粘土⑦層，為低壓縮性粉細砂⑦1層和粘土質粉土、砂質粉土⑦層。
1.2.2地下水概況
各層地下水位分布見表1。在幹濕交替的情況下，該場地僅第壹層地下水中的腐蝕性介質C1對鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性。
地下水層分布表1
1.2.3建築抗震設計相關資料
根據勘探結果，擬建場地覆蓋層15m深度範圍內的平均剪切波速值υsm=240m/s。場地土類型為中軟土，場地覆蓋層厚度大於80m，建築場地類別為ⅲ類。
根據北京地區地震烈度區劃圖，擬建場地地震基本烈度為8度。
在北京地區的抗震設計中，只考慮了近震的影響，該地區不存在地基土液化的可能性。
1.3地基處理方案設計
設計原則為1.3.1
深度修正後，滿足設計要求的復合地基承載力不小於450kPa。軟弱下臥層滿足強度要求。建築物基礎最終沈降不大於8cm，傾斜值滿足規範要求。
1.3.2設計基礎
北京勘測設計院《總參北京地區離休幹部住宅小區巖土工程勘察報告》(1#樓、南側2#樓)，工程編號98，技改014。
總參機關事務管理局建築設計院(JJ-2)展示了總參大屯南退1#住宅和總參大屯南退2#住宅的地基平面圖(地基處理)。
1.3.3地基處理方案選擇
調查報告提出了四個方案:
(1)采用淺層換土處理的天然地基方案。開挖④層、④1層、④2層軟粘性土，槽底加深至32.20~32.70m，持力層土質為細砂、粉砂⑤1、中細砂⑤，然後用低標號素混凝土或級配砂分層夯實回填至擬定設計。
(2)鑒於擬建高層住宅均為單體建築，各建築土層分布較為均勻，且無裙房連接等有利條件，在滿足高層建築地基允許變形值的條件下，經地基造價比較，可考慮將槽底加深至34.00m標高，以上為粉細砂⑤1及中細砂⑤持力層。④層粉質粘土和粘質粉土、④層粘土和重質粉質粘土厚度為1.20 ~ 1.50米，結合槽底壹般鉆探結果控制預留土層的均勻性，然後用低標高素混凝土回填至設計基底標高，本次換土處理地基承載力標準值(fka)為180kPa。
(3)采用鉆孔灌註樁方案
鉆孔灌註樁樁端承載力標準值qp和樁周土摩擦力標準值qs根據勘察報告給出的數值計算。
(4)采用預制樁基方案。
1)選用φ400~900mm預應力離心混凝土管樁，樁尖必須進入細砂⑧持力層不小於0.50m，下臥層為卵石、卵石⑧。建議單樁豎向承載力標準值按1400kN/根考慮。
2)為順利進行樁基施工，建議先鉆後鉆，預鉆的導孔試驗和直徑由試樁確定。同時，施工前應將地下水降至28.50米標高以下，以防止預鉆孔和打樁過程中的湧砂和塌孔。
13次，其中第12次和第13次觀測數據見表3。
表3
1.6的技術經濟比較及結論
根據北京的市場價格比較:
方案(1)，全部換填(厚度3米)費用654.38+0.4萬元，沈降大於7cm；
方案二，換填厚度約2m，加上外擴2m，造價654.38+0.3萬元，沈降8cm以上；；
方案三:灌註樁、鋼筋混凝土單方造價850元，總造價200多萬元；
方案④:預制樁，單方造價1.020元，總造價240萬元；
方案⑤，CFG長樁復合地基，單方造價700元，總造價654.38+0.7萬元；
方案⑥，CFG短樁復合地基，單項造價550元，總造價654.38+0萬元，沈降小於8cm。
結論:通過以上比較，CFG短樁復合地基既能節省投資又能滿足設計要求，是以上比較方案中的最優方案。
2.制定了相應的質量驗收標準。
CFG短樁復合地基技術的施工質量嚴格遵循《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》(GB50202-2002)。同時，根據CFG短樁的施工特點，我們對短樁質量驗收的允許偏差進行了統壹規定。如表:CFG(或素混凝土)短樁的允許偏差、檢驗數量和檢驗方法。
表4
3 CFG短樁復合地基樁間土承載力折減系數研究
壹般沒有擾動和壓實，α為1.0。
β通常為0.75~1.0，範圍較廣，對設計結果影響較大。如果數值過於保守，會造成很大的浪費。
根據計算，β值的範圍為0.907≤β≤1.0，β的平均值為0.967。因此，建議樁間土承載力折減系數的β值為0.90≤β≤1.0。當取β=1.0時，復合地基承載力計算值與載荷試驗值的誤差範圍為0 ≤δ≤ 4.13%。
建議公式(1)中的β值為0.90≤β≤1.0。當沒有樁設計的試驗數據時，其平均值也可為0.967，或采用略保守的0.95。
4“短樁”相對於“長樁”的特點和優勢
我們稱普通CFG樁為“長樁”，短CFG樁為“短樁”。
經過近兩年的分析、論證和研究，我們發明了CFG短樁復合地基技術。CFG短樁復合地基技術的技術特點是CFG樁的樁端持力層選在北京地層韻律中的第壹砂層或其他硬土層上，其作用機理可視為端承樁。二層地下室7~8 m的基坑，其樁長壹般為2.50~5.0m .成孔工藝為長螺旋或人工洛陽鏟幹法成孔，孔底用重錘夯實，CFG混合料或素混凝土用振搗棒振搗密實成樁。同樣，以處理面積為1000 m2的22 ~ 25層為例，地基處理費用僅需35 ~ 50萬元，比“長樁方案”可節省20%~60%。其顯著特點是:省錢，施工質量好，能滿足設計承載力和最終沈降的要求。
與“長樁”復合地基技術相比，“短樁”技術有以下區別:
(1)設計指導思想:“長樁”即“疏樁論”，即疏而長，充分利用樁間土承擔上部豎向荷載；“短樁”是“密而短”，以大面積置換率使樁承擔更多的上部豎向荷載，樁土共同工作滿足上部荷載的需要。“短樁”技術很好地利用了地基沈降的規律。
(2)樁長:“長樁”長度在6米以上，有的甚至達到16~23米，而“短樁”長度不到6米。
(3)置換率:“長樁”的面積置換率壹般不大於10%，“短樁”的面積置換率壹般大於10%，有的高達20%。
(4)樁間距:壹般布置“長樁”時樁間距為3~6倍樁徑，布置“短樁”時為1~3倍樁徑。
(5)CFG材料:“長樁”CFG材料強度等級壹般高於C20，摻泵送劑較多；“短樁”用CFG材料強度等級壹般采用C10和C15，不摻泵送劑，也可采用粗骨料配制的素混凝土材料。
(6)防護樁長度:“長樁”的防護樁長度壹般為0.5~0.7m，“短樁”的防護樁長度壹般為0.1 ~ 0.3m..
(7)施工工藝:“長樁”采用超流態技術，即采用中孔長旋鉆成孔，混凝土泵將CFG料註入樁內，或采用長螺旋鉆成孔，振動沈管將CFG料註入樁內；“短樁”用長螺旋鉆或手動洛陽鏟鉆孔，孔底夯實，然後灌註CFG(或素混凝土)，用振動棒夯樁。
(8)施工質量:“長樁”的施工質量很難保證，但“短樁”由於樁短，施工質量極易保證。
(9)力學機理:“長樁”多為摩擦樁或端摩擦樁，樁端不壹定有硬層；“短樁”主要以端承為主，樁端必須有硬層，而不是軟弱層。
(10)經濟性:“長樁”的單位處理面積成本較高，“短樁”的成本較低。以總參北京離退休幹部居住區12高層為例，“長樁方案”每棟樓cfg樁復合地基處理最低報價為75萬元，“短樁方案”為45萬元，僅地基處理壹項費用就節省了360萬元，相當於減少每平方米建築面積造價10元。以北苑小區為例。壹棟樓的短樁方案只要30萬，長樁方案80萬。僅地基處理壹項費用，壹棟樓就能省50萬，全區有100棟高層建築。僅此壹項就能節省5000萬元。
5應用的工程實例
(1)北京北苑小區4-01#、4-02#、3-05#、3-06#、3-12#、5-13#(均為地下兩層，
(2)總參北京地區離休幹部住宅小區南側1、2、4、5號住宅樓(地下2層，1二層地上24層，四、五層地上28層，剪力墻結構)；
(3)北京市第壹房管公司大屯職工宿舍5號樓(地下2層，地上16層剪力墻結構)；
(4)北京建國公寓A、B棟(地下2層，地上22-24層，剪力墻結構)；
(5)朝陽區太陽宮芍藥居小區302號樓，地上24層，地下3層；
(6)朝陽區石佛營廣廈時代家園壹期9#10#住宅樓，其中9號樓地上28層，地下2層，10號樓地下2層，地上22層；
(7)新發地住宅小區壹期工程為3號樓地下室，地上10~13層；
(8)廊坊大廠回族自治縣工業園夏安路東側年產2500萬平方米礦棉吸音板項目地基處理工程；
(9)北京豪庭花園1#住宅樓(地下2層，地上16層)。
6效益分析
6.1經濟效益分析
與“長樁”相比，“短樁”在節約工程投資方面效果顯著。
北京北苑小區地下2層、地上24-26層住宅樓7棟，總參北京離退休幹部居住區南部地下2層、地上24-28層住宅樓4棟，北京建國公寓A、B、北京豪庭花園1#住宅樓等地下2層、地上22-24層高層住宅樓，原設計為CFG樁，後改為素混凝土短樁，樁長3.5-5..
假設北京每年建500棟帶地下室的高層建築，采用“短樁”復合地基技術。按每棟樓節約30萬元計算，每年可節約工程投資654.38+0.5億元。從1998年至今，項目投資應節省不少於6543.8+0.5億元。可以解釋為“短樁”復合地基的技術成就。
6.2技術效益:從工程實踐效果、前述特點及施工要點來看，質量易於控制，合格率均為100%，工期短，比其他施工方法縮短工期1/4 ~ 1/2。
6.3社會效益:與CFG樁相比，變長樁為短樁，節省了水泥、砂石的消耗，節約了自然資源，節約了大量能源；利用工業廢棄物粉煤灰作為素混凝土的添加劑，解決了工業廢棄物的再利用問題。
6.4環境效益:素混凝土短樁施工過程中，無灰塵，無振動，適用於舊城改造。特別是素混凝土可以統壹從商品混凝土供應商處采購，既節約了成本，又消除了施工現場攪拌造成的環境汙染，完全符合綠色施工的要求。
7 .發表或交換學術論文
(1) CFG短樁復合地基技術在高層建築地基處理中的應用探討(勘察工程1999第4期)
(CFG短樁復合地基技術在某小區地基處理中的應用(《勘察工程》2000年第3期)
(3)不等徑CFG短樁復合地基在某階梯式高層住宅樓中的應用(2001勘探工程補充)。
(4)《CFG短樁復合地基樁間土承載力折減系數研究》( 2003年勘察工程增刊)
(5)《CFG短樁復合地基技術在高層建築地基處理中的應用》(第五屆全國巖土工程記錄交流會)兵器工業出版社，2000年9月。
(6)6)CFG短樁復合地基沈降規律研究(長春工程學院學報(自然科學版)2010003)。
8 .結論及獲獎情況
綜上所述，CFG短樁復合地基技術從理論到現場施工實踐都是成熟的，是國內首創的技術，取得了顯著的經濟、社會和環境效益。我們將認真總結並在整個華北地區推廣，使CFG短樁復合地基技術取得更好的應用前景。
“CFG(素混凝土)短樁復合地基工法”榮獲2008年省工法，工法編號為JSGF-119-2008。並獲得南通市科技進步三等獎、南通市通州區科技進步壹等獎。該技術完成的“北京建國公寓地基加固工程”項目獲得2002年中國建材工程建設(部級)優秀工程勘察壹等獎。
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