由一CFG樁複合地基設計案例引起的思考
作者簡介
土木吧
黨昱敬，教授級高工，國家註冊土木工程師（岩土），dyj765@sina.com，主要從事岩土、地基與基礎和城市地下工程方面的科研和設計工作。
一、CFG樁複合地基案例設計概況
圖1截圖和圖2截圖分別為CFG樁複合地基案例設計平面布置圖和CFG樁複合地基案例設計說明。
圖1 CFG樁複合地基設計平面布置圖
圖2 CFG樁複合地基設計說明
由圖1和圖2可知：本CFG樁複合地基案例設計面積置換率m、單樁豎向承載力特徵值Ra和CFG樁複合地基承載力特徵值fspk分別為0.0872、450kN和220kPa。
二、CFG樁複合地基案例承載力設計計算驗證
CFG樁複合地基設計計算所依據的公式有式（1）～（4）【1】。
式（1）～（4）符號意義解釋詳見文獻【1】，本文從略。
由式（1）可知：CFG樁複合地基承載力特徵值
估算值為：
由此可知，即使考慮樁間土不參與複合地基承載作用，CFG樁複合地基承載力特徵值
估算值也滿足不小於220kPa要求。
最後通過施工質量驗收檢驗試驗，單樁豎向承載力特徵值Ra和CFG樁複合地基承載力特徵值fspk也分別滿足450kN和220kPa要求。
這種從設計計算結果到通過驗收檢驗試驗對施工質量驗證結果，看著似乎都沒有問題的工程項目，經過對設計依據資料的考察和對CFG樁複合地基的形成條件梳理分析，存在一定的安全隱患。
三、CFG樁複合地基案例設計和施工質量看似滿足要求實際存在安全隱患的原因分析
圖3截圖和圖4截圖分別為CFG樁複合地基案例地基土層的構成情況和持力層土體的岩性描述。
圖3 地基土層構成情況
圖4 持力層土體岩性描述
由圖3可知：CFG樁設計樁頂位於①層粉質黏土素填土—黏質粉土素填土層，又由圖4可知：①層粉質黏土素填土—黏質粉土素填土屬於欠固結素填土土層。由此發現，CFG樁複合地基案例設計計算違背了CFG樁複合地基適用於處理黏性土、粉土、砂土和自重固結已完成的素填土地基原則【1】。
以下針對CFG樁複合地基案例設計計算，在未對淺層欠固結素填土土層進行預密實處理情況下，直接採用僅有置換作用加固機理的CFG樁複合地基進行加固處理，存在安全隱患的原因進行探討分析。
㈠CFG樁複合地基的形成條件
在探討分析CFG樁複合地基案例存在安全隱患的原因之前，首先對CFG樁複合地基的形成條件予以梳理和簡述。如圖5所示，在複合地基上作用外荷載為
，假定基礎是剛性的，則在基底下平面內CFG樁與樁間土的沉降量
是相同的。
圖5中
和
分別為樁和樁間土的變形模量。當
與
相差不大且沉降量
較小時，根據基礎隔離體豎向力平衡方程，經理論推導，複合地基承載力特徵值
可以單樁承載力特徵值
和樁間土承載力特徵值
疊加形式進行計算，見式（5）。
式（5）符號意義解釋詳見文獻【1】，本文從略。
由於CFG樁複合地基中的
遠大於
，在荷載Pk作用下，樁間土和CFG樁豎向變形很難同步，如果基底下沉降量
很小，樁間土分擔的荷載比例也很小，且CFG樁單樁承載力發揮也不充分，導致CFG樁複合地基承載能力沒有完全發揮出來。因此在剛性基礎與CFG樁之間設置一定厚度散體粒狀材料組成的褥墊層，如圖6所示，在荷載Pk作用下，通過設置散體材料褥墊層，使CFG樁和樁間土變形相互充分協調，共同承擔的荷載作用能力增大。
由於地基土體材料的特殊性及所呈現的彈塑性和不連續性等特點，科技工作者通過對不同邊載條件模型試驗數據分析、歸納與總結，並在工程實踐經驗的基礎上，在式（5）中引入CFG樁單樁承載力和樁間土承載力兩個發揮係數
，形成剛性樁複合地基承載力特徵值設計計算公式，見式（6）[1]：
式中
和
取值範圍分別為0.8～0.9和0.9～1.0，或按地區經驗取值【1】。
由以上所述可知，通過剛性基礎下柔性墊層的協調，以保證CFG樁和樁間土兩者共同承擔荷載，是CFG樁複合地基的形成條件。
㈡CFG樁複合地基案例設計存在安全隱患的原因分析
由於本CFG樁複合地基案例基礎基底下有一定厚度的欠固結粉質黏土素填土—黏質粉土素填土層，由此不難理解，隨著欠固結粉質黏土素填土—黏質粉土素填土層固結沉降的產生，除了樁間土因負摩擦形成的下拉荷載導致CFG樁單樁豎向承載力特徵值Ra降低外，更為嚴重將會因樁間土固結沉降較大而不參與複合地基承載作用，導致CFG樁和樁間土體不能滿足形成複合地基的條件，因此本CFG樁複合地基案例以複合地基理念進行設計是不安全的，同樣本CFG樁複合地基案例存在的以高估CFG樁作用的設計理念，也不滿足樁基礎的形成條件和設計計算理論。由此可見，這種檢驗試驗結果看似滿足CFG樁複合地基承載能力，卻既不滿足形成複合地基的條件，又不滿足樁基礎的形成條件和設計計算理論，實際上大大降低了安全度，這一極不合理的設計計算理念可能產生較大的安全隱患，應引起設計人員的充分重視。
參 考 文 獻
[1] JGJ79－2012建築地基處理技術規範〔S〕.北京：中國建築工業出版社，2012