由一CFG桩复合地基设计案例引起的思考
作者简介
土木吧
党昱敬，教授级高工，国家注册土木工程师（岩土），dyj765@sina.com，主要从事岩土、地基与基础和城市地下工程方面的科研和设计工作。
一、CFG桩复合地基案例设计概况
图1截图和图2截图分别为CFG桩复合地基案例设计平面布置图和CFG桩复合地基案例设计说明。
图1 CFG桩复合地基设计平面布置图
图2 CFG桩复合地基设计说明
由图1和图2可知：本CFG桩复合地基案例设计面积置换率m、单桩竖向承载力特征值Ra和CFG桩复合地基承载力特征值fspk分别为0.0872、450kN和220kPa。
二、CFG桩复合地基案例承载力设计计算验证
CFG桩复合地基设计计算所依据的公式有式（1）～（4）【1】。
式（1）～（4）符号意义解释详见文献【1】，本文从略。
由式（1）可知：CFG桩复合地基承载力特征值
估算值为：
由此可知，即使考虑桩间土不参与复合地基承载作用，CFG桩复合地基承载力特征值
估算值也满足不小于220kPa要求。
最后通过施工质量验收检验试验，单桩竖向承载力特征值Ra和CFG桩复合地基承载力特征值fspk也分别满足450kN和220kPa要求。
这种从设计计算结果到通过验收检验试验对施工质量验证结果，看着似乎都没有问题的工程项目，经过对设计依据资料的考察和对CFG桩复合地基的形成条件梳理分析，存在一定的安全隐患。
三、CFG桩复合地基案例设计和施工质量看似满足要求实际存在安全隐患的原因分析
图3截图和图4截图分别为CFG桩复合地基案例地基土层的构成情况和持力层土体的岩性描述。
图3 地基土层构成情况
图4 持力层土体岩性描述
由图3可知：CFG桩设计桩顶位于①层粉质黏土素填土—黏质粉土素填土层，又由图4可知：①层粉质黏土素填土—黏质粉土素填土属于欠固结素填土土层。由此发现，CFG桩复合地基案例设计计算违背了CFG桩复合地基适用于处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基原则【1】。
以下针对CFG桩复合地基案例设计计算，在未对浅层欠固结素填土土层进行预密实处理情况下，直接采用仅有置换作用加固机理的CFG桩复合地基进行加固处理，存在安全隐患的原因进行探讨分析。
㈠CFG桩复合地基的形成条件
在探讨分析CFG桩复合地基案例存在安全隐患的原因之前，首先对CFG桩复合地基的形成条件予以梳理和简述。如图5所示，在复合地基上作用外荷载为
，假定基础是刚性的，则在基底下平面内CFG桩与桩间土的沉降量
是相同的。
图5中
和
分别为桩和桩间土的变形模量。当
与
相差不大且沉降量
较小时，根据基础隔离体竖向力平衡方程，经理论推导，复合地基承载力特征值
可以单桩承载力特征值
和桩间土承载力特征值
叠加形式进行计算，见式（5）。
式（5）符号意义解释详见文献【1】，本文从略。
由于CFG桩复合地基中的
远大于
，在荷载Pk作用下，桩间土和CFG桩竖向变形很难同步，如果基底下沉降量
很小，桩间土分担的荷载比例也很小，且CFG桩单桩承载力发挥也不充分，导致CFG桩复合地基承载能力没有完全发挥出来。因此在刚性基础与CFG桩之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，如图6所示，在荷载Pk作用下，通过设置散体材料褥垫层，使CFG桩和桩间土变形相互充分协调，共同承担的荷载作用能力增大。
由于地基土体材料的特殊性及所呈现的弹塑性和不连续性等特点，科技工作者通过对不同边载条件模型试验数据分析、归纳与总结，并在工程实践经验的基础上，在式（5）中引入CFG桩单桩承载力和桩间土承载力两个发挥系数
，形成刚性桩复合地基承载力特征值设计计算公式，见式（6）[1]：
式中
和
取值范围分别为0.8～0.9和0.9～1.0，或按地区经验取值【1】。
由以上所述可知，通过刚性基础下柔性垫层的协调，以保证CFG桩和桩间土两者共同承担荷载，是CFG桩复合地基的形成条件。
㈡CFG桩复合地基案例设计存在安全隐患的原因分析
由于本CFG桩复合地基案例基础基底下有一定厚度的欠固结粉质黏土素填土—黏质粉土素填土层，由此不难理解，随着欠固结粉质黏土素填土—黏质粉土素填土层固结沉降的产生，除了桩间土因负摩擦形成的下拉荷载导致CFG桩单桩竖向承载力特征值Ra降低外，更为严重将会因桩间土固结沉降较大而不参与复合地基承载作用，导致CFG桩和桩间土体不能满足形成复合地基的条件，因此本CFG桩复合地基案例以复合地基理念进行设计是不安全的，同样本CFG桩复合地基案例存在的以高估CFG桩作用的设计理念，也不满足桩基础的形成条件和设计计算理论。由此可见，这种检验试验结果看似满足CFG桩复合地基承载能力，却既不满足形成复合地基的条件，又不满足桩基础的形成条件和设计计算理论，实际上大大降低了安全度，这一极不合理的设计计算理念可能产生较大的安全隐患，应引起设计人员的充分重视。
参 考 文 献
[1] JGJ79－2012建筑地基处理技术规范〔S〕.北京：中国建筑工业出版社，2012
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