0 序言
CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)是我們依據(jù)北方地區(qū)建筑地質(zhì)狀況，針對(duì)普通CFG樁（簡(jiǎn)稱(chēng)：長(zhǎng)樁）施工中存在的不足，而提出的全新的地基加固理論。
1998年12月申報(bào)了發(fā)明專(zhuān)利，2002年8月國(guó)家專(zhuān)利局授予了發(fā)明專(zhuān)利權(quán)，專(zhuān)利證號(hào)：98 125248.6。經(jīng)過(guò)多年的施工實(shí)踐，CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)推廣應(yīng)用取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)效益，現(xiàn)作以下總結(jié)。
1. 設(shè)計(jì)與施工
以總參謀部北京地區(qū)退休干部住宅區(qū)南1#、2#樓為例。
1.1工程概況
總參謀部北京地區(qū)退休干部住宅區(qū)南1#、2#樓位于朝陽(yáng)區(qū)安定門(mén)外大屯，安定路東側(cè)，北小河路與辛店路之間，由總參謀部管理局投資興建，建筑物施工圖紙由總參謀部管理局建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。
南1#、2#樓均為地上24層，地下2層，建筑物長(zhǎng)度37.2m，南邊緣寬度24m，北邊緣寬度36.1m，箱形基礎(chǔ)，剪力墻結(jié)構(gòu)，±0標(biāo)高相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高南1#樓44.12m、2#樓44.22m，基礎(chǔ)埋深-8.81m。按設(shè)計(jì)要求處理后地基承載力設(shè)計(jì)值450kPa。
1.2工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件
1.2.1地層概況
根據(jù)北京市勘察設(shè)計(jì)研究院《98技1014號(hào)勘察報(bào)告》，擬建場(chǎng)區(qū)地層土分為人工堆積層、新近沉積層及一般第四紀(jì)沉積層。
人工堆積層：分布于地表的粉質(zhì)粘土填土①層及房渣土①1層，厚度1.4~3.2m。
新近沉積層：位于人工堆積層以下，呈帶狀分布在擬建南2#樓的西北和東南方向，為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土②層。
第四紀(jì)沉積層：該層位于人工堆積層和新近沉積層以下，主要由下列土層組成：
(1) 自標(biāo)高38.20~40.38m以下為粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土③層及砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土③1層，③層Es=6.6MPa，③1層Es=11.1MPa。
(2) 標(biāo)高35.57~36.83m以下為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土④層，層間分布有中—中低壓縮性的砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土④1層和中高壓縮性的粘土、重粉質(zhì)粘土④2層。
(3)標(biāo)高32.22~32.97m以下為細(xì)、中砂層。該層頂部分布有細(xì)、粉砂⑤1層。砂層總厚度為3.40~3.90m。
(4)標(biāo)高28.42~29.57m以下為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土⑥層，及粘土、重粉質(zhì)粘土⑥1層。層間夾有低壓縮性的粉、細(xì)砂⑥2層及粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑥3；
(5) 標(biāo)高20.60~21.90m以下為粉質(zhì)粘土⑦層及粘土、重粉質(zhì)粘土⑦2層，并分布有低壓縮性的粉、細(xì)砂⑦1層及粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土⑦3層。
1.2.2地下水概況
地下水水位各層分布情況見(jiàn)表1，本場(chǎng)區(qū)第一層地下水中僅腐蝕性介質(zhì)C1在干濕交替狀況下，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕性。
地下水各層分布情況表 表1
1.2.3 建筑抗震設(shè)計(jì)的有關(guān)資料
根據(jù)勘探結(jié)果，擬建場(chǎng)區(qū)覆蓋層15m深度范圍內(nèi)的平均剪切波速值υsm=240m/s。場(chǎng)地土類(lèi)型定為中軟場(chǎng)地土，場(chǎng)地覆蓋層厚度大于80米，建筑場(chǎng)地類(lèi)別屬于Ⅲ類(lèi)。
根據(jù)《北京地區(qū)地震烈度區(qū)劃圖》，擬建場(chǎng)區(qū)地震基本烈度為8度。
在北京地區(qū)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮近震影響，該場(chǎng)區(qū)地基土無(wú)液化的可能性。
1.3地基處理方案設(shè)計(jì)
1.3.1設(shè)計(jì)原則
滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力經(jīng)深度修正后不小于450kPa。軟弱下臥層滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。建筑物地基最終沉降量不大于8cm及傾斜值滿(mǎn)足規(guī)范要求。
1.3.2設(shè)計(jì)依據(jù)
北京市勘察設(shè)計(jì)研究院《總參謀部北京地區(qū)退休干部住宅小區(qū)（南1#、2#樓）巖土工程勘察報(bào)告》工程編號(hào)98技改014。
總參謀部管理局建筑設(shè)計(jì)院結(jié)—2號(hào)《總參大屯退干南1#住宅》《總參大屯退干南2#住宅》基礎(chǔ)平面（地基處理）圖。
1.3.3地基處理方案選擇
勘察報(bào)告建議的方案有以下4種：
(1)采用淺層土換填處理的天然地基方案，挖除較軟的粘性土④層和④1層、④2層，將槽底加深至標(biāo)高32.20~32.70m，持力層土質(zhì)為細(xì)、粉砂⑤1層和細(xì)中砂⑤層，然后采用低標(biāo)號(hào)素混凝土或級(jí)配砂石分層壓實(shí)回填至擬定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底面標(biāo)高約為35.50m，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（ fka）為260kPa，并經(jīng)粉、細(xì)砂⑤1層深度修正后的承載力fa設(shè)計(jì)。
(2)鑒于擬建高層住宅均為單體建筑，各幢樓的地層土質(zhì)分布較為均勻，又無(wú)裙樓相連接等有利情況，可在滿(mǎn)足高層建筑地基變形許可值的條件下，再由基礎(chǔ)造價(jià)的對(duì)比后，可考慮槽底加深至標(biāo)高34.00m，在持力層粉、細(xì)砂⑤1層和細(xì)、中砂⑤層以上，保留粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土④層和粘土、重粉質(zhì)粘土④2層的厚度在1.20~1.50m，且結(jié)合槽底的普遍釬探結(jié)果控制保留土層的均勻性，然后采用低標(biāo)高的素混凝土回填至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高，按照此種淺層土換填處理的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（ fka）為180kPa，并經(jīng)粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土④層，按基礎(chǔ)砌置標(biāo)高34.00m進(jìn)行深度修正后的承載力fa設(shè)計(jì)。
(3)采用鉆孔灌注樁方案
有關(guān)鉆孔灌注樁樁端的承載力標(biāo)準(zhǔn)值qp和和樁周土各層的摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值qs，按勘察報(bào)告給出的值進(jìn)行計(jì)算。
(4)采用預(yù)制樁樁基方案
1)選用φ400~900mm預(yù)應(yīng)力離心混凝土管樁，樁尖須進(jìn)入持力層細(xì)砂⑧1層內(nèi)不小于0.50m，下臥層為卵石、園礫⑧層，建議單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值按1400kN/根考慮。
2)為了樁基施工能順利進(jìn)行，建議采取先鉆后打，預(yù)鉆的引孔嘗試和直徑由試驗(yàn)樁確定，同時(shí)應(yīng)在施工前將地下水降至標(biāo)高28.50m以下，以防止預(yù)鉆孔和打樁時(shí)發(fā)生涌砂、塌孔
行了13次，其中第十二次、十三次觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
表3
1.6技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和結(jié)論
按北京市的市場(chǎng)價(jià)進(jìn)行比較：
方案①，全部換填（厚度3米）造價(jià)需140萬(wàn)元，沉降大于7cm；
方案②，換填厚度約2m，加之外擴(kuò)2m，造價(jià)需130萬(wàn)元，沉降量大于8cm；
方案③，灌注樁，鋼筋混凝土單方造價(jià)850元，總造價(jià)200萬(wàn)元以上；
方案④，預(yù)制樁，單方造價(jià)1020元，總造價(jià)240萬(wàn)元；
方案⑤，CFG長(zhǎng)樁復(fù)合地基，單方造價(jià)700元，總造價(jià)170萬(wàn)元；
方案⑥，CFG短樁復(fù)合地基，單方造價(jià)550元，總造價(jià)100萬(wàn)元，沉降量小于8cm。
結(jié)論：由以上比較可知，采用CFG短樁復(fù)合地基，既節(jié)約投資又能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，在以上比較幾個(gè)方案中是最優(yōu)的。
2 制定了相應(yīng)的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)施工質(zhì)量嚴(yán)格執(zhí)行《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50202-2002），同時(shí)按照CFG短樁的施工特點(diǎn)，我們對(duì)短樁質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)的允許偏差等方面進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)定。如表:CFG（或素混凝土）短樁允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法
表4
3 對(duì)CFG短樁復(fù)合地基樁間土承載力折減系數(shù)值的研究
般不發(fā)生擾動(dòng)和擠密，α取1.0。
對(duì)β通常取0.75~1.0，該取值范圍較寬，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果影響不小，如取值太過(guò)保守，則會(huì)造成不小的浪費(fèi)。
由計(jì)算可知，β值范圍為0.907≤β≤1.0，β的平均值為0.967，因而建議樁間土承載力折減系數(shù)β值采用0.90≤β≤1.0。當(dāng)采用β=1.0時(shí)，復(fù)合地基承載力的計(jì)算值與載荷試驗(yàn)測(cè)試值的誤差范圍為0≤Δ≤4.13%。
建議式（1）中β值采用0.90≤β≤1.0，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料進(jìn)行樁設(shè)計(jì)時(shí)，也可采用其平均值0.967，或利用略保守一點(diǎn)的數(shù)值0.95。
4 “短樁”與“長(zhǎng)樁”相比的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)
我們把普通CFG樁簡(jiǎn)稱(chēng)為“長(zhǎng)樁”，把CFG短樁簡(jiǎn)稱(chēng)為“短樁”。
我們經(jīng)過(guò)近2年分析、論證、研究，發(fā)明了CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)，CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)特點(diǎn)是將CFG樁端持力層選在北京地層“韻律”的第一層砂層或其它堅(jiān)硬土層上，其作用機(jī)理可視為端承樁，以2層地下室7~8 m的基坑而言，其樁長(zhǎng)一般為2.50~5.0m。成孔工藝是長(zhǎng)螺旋干成孔或人工洛陽(yáng)鏟成孔，孔底用重錘夯實(shí)，灌注CFG拌合料或素混凝土?xí)r用振搗棒振密實(shí)成樁。同樣以1000 m2處理面積的22~25層樓為例，地基處理費(fèi)用僅在35萬(wàn)元~50萬(wàn)元，與“長(zhǎng)樁方案”相比能節(jié)省20%~60%的費(fèi)用。其顯著特點(diǎn)是：省錢(qián)，施工質(zhì)量好，既能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載力的要求，也能滿(mǎn)足最終沉降量的要求。
“短樁”技術(shù)與“長(zhǎng)樁”復(fù)合地基技術(shù)相比有如下不同：
(1)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想：“長(zhǎng)樁”為“疏樁理論”，即疏而長(zhǎng)，很好地利用樁間土承受上部垂直荷載：“短樁”為“密樁理論”，即密而短，用較大的面積置換率，使樁承擔(dān)較多的上部垂直荷載，樁土共同作用，達(dá)到上部荷載需要的承載力。“短樁”技術(shù)很好地利用了地基沉降的規(guī)律。
(2)樁長(zhǎng)：“長(zhǎng)樁”的樁長(zhǎng)多在6米以上，有的甚至達(dá)16~23米，“短樁”的樁長(zhǎng)在6米以下。
(3)置換率：“長(zhǎng)樁”面積置換率一般不大于10%，“短樁”面積置換率一般大于10%，有的高達(dá)20%。
(4)樁間距：“長(zhǎng)樁”布置時(shí)樁間距一般為3~6倍樁直徑，“短樁”布置時(shí)樁間距一般為1~3倍樁直徑。
(5)CFG料：“長(zhǎng)樁”CFG料強(qiáng)度等級(jí)一般均高于C20，且多摻泵送劑；“短樁”CFG料強(qiáng)度等級(jí)一般多用C10、C15，且不摻泵送劑，還可用粗骨料配制的素混凝土材料。
(6)保護(hù)樁長(zhǎng)：“長(zhǎng)樁”保護(hù)樁長(zhǎng)一般為0.5~0.7m，“短樁”保護(hù)樁長(zhǎng)一般為0.1~0.3m。
(7)施工工藝：“長(zhǎng)樁”采用超流態(tài)工藝，即用中孔長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，用混凝土泵壓注CFG料成樁，或長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔，振動(dòng)沉管灌注CFG料成樁；“短樁”采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔或人工洛陽(yáng)鏟成孔，孔底夯實(shí)，之后澆注CFG（或素混凝土），并用振搗棒振搗密實(shí)成樁。
(8)施工質(zhì)量：“長(zhǎng)樁”施工質(zhì)量比較難保證，“短樁”由于樁短，施工質(zhì)量極易保證。
(9)受力作用機(jī)理：“長(zhǎng)樁”多為摩擦樁或端摩擦樁，樁端可以沒(méi)有堅(jiān)硬層；“短樁”以端承力為主，樁端處須有堅(jiān)硬層，不能為軟弱層。
(10) 經(jīng)濟(jì)性：“長(zhǎng)樁”單位處理面積成本較高，相比之下“短樁”成本較為低廉。以總參謀部北京地區(qū)退休干部住宅小區(qū)12棟高層建筑為例，“長(zhǎng)樁方案”每棟樓CFG樁復(fù)合地基處理最低報(bào)價(jià)75萬(wàn)元，而“短樁方案”報(bào)價(jià)是45萬(wàn)元，僅地基處理一項(xiàng)費(fèi)用節(jié)省360萬(wàn)元，相當(dāng)于每平方米建筑面積降低成本造價(jià)10元。再以北苑小區(qū)為例，一棟樓“短樁方案”報(bào)價(jià)僅30萬(wàn)元，而“長(zhǎng)樁方案”報(bào)價(jià)要80萬(wàn)元，僅地基處理一項(xiàng)費(fèi)用一棟樓即節(jié)省50萬(wàn)元，全區(qū)100棟高層樓，僅此一項(xiàng)節(jié)省費(fèi)用達(dá)5000萬(wàn)元。
5應(yīng)用的工程實(shí)例
(1) 北京北苑居住區(qū)4-01#、4-02#、3-05#、3-06#、3-08#、3-12#、5-13#（均為地下2層，地上24~26層框架剪力墻結(jié)構(gòu)）7棟高層住宅樓；
(2) 總參謀部北京地區(qū)退休干部住宅小區(qū)南1、2、4、5號(hào)住宅樓（地下2層，1、2樓為地上24層，4、5樓為地上28層，剪力墻結(jié)構(gòu)）；
(3) 北京市房管一公司大屯職工宿舍5號(hào)樓（地下2層，地上16層剪力墻結(jié)構(gòu)）；
(4) 北京建國(guó)公寓A、B樓（地下2層，地上22~24層，剪力墻結(jié)構(gòu)）；
(5) 朝陽(yáng)區(qū)太陽(yáng)宮芍藥居小區(qū)302#樓，地上24層，地下3層；
(6) 朝陽(yáng)區(qū)石佛營(yíng)廣廈時(shí)代家園一期9#10#住宅樓，其中9號(hào)樓地上28層，地下2層，10號(hào)樓為地下2層，地上22層；
(7) 新發(fā)地住宅小區(qū)一期工程3#樓建筑物地下一層，地上10~13層；
(8) 廊坊大廠(chǎng)回族自治縣工業(yè)園區(qū)夏安路東側(cè)年產(chǎn)2500萬(wàn)平方米礦棉吸聲板項(xiàng)目地基處理工程；
(9) 北京浩庭花園1#住宅樓（地下2層，地上16層）。
6效益分析
6.1經(jīng)濟(jì)效益分析
與“長(zhǎng)樁”相比，“短樁”節(jié)省工程投資成效顯著。
北京北苑小區(qū)7棟地下2層、地上24～26層住宅樓、總參北京地區(qū)退休干部住宅區(qū)南4棟地下2層、地上24～28層住宅樓以及地下2層、地上22～24層北京建國(guó)公寓A、B樓、北京浩庭花園1#住宅樓等高層住宅樓原設(shè)計(jì)為CFG樁，后改為長(zhǎng)3.5～5.0m的素混凝土短樁，其工程投資比普通CFG樁節(jié)約342萬(wàn)元，節(jié)約率超過(guò)40%。
假定北京每年建造500棟有地下室的高層建筑，均采用“短樁”復(fù)合地基技術(shù)，按每棟樓節(jié)省30萬(wàn)元計(jì)算，每年可節(jié)省1.5億元工程投資，從98年至現(xiàn)在10年的時(shí)間，應(yīng)該可以節(jié)省不少于15億元工程投資，可以說(shuō)明，“短樁”復(fù)合地基技術(shù)成果有著非常美好的應(yīng)用前景。
6.2技術(shù)效益：從工程實(shí)踐效果及前述特點(diǎn)、施工要點(diǎn)，在質(zhì)量上極易控制，合格率均為100%，工期短，較其他工法縮短1/4～1/2的施工時(shí)間。
6.3社會(huì)效益：與CFG相比，長(zhǎng)樁改為短樁，節(jié)省了水泥、砂、石的用量，節(jié)省自然資源，也節(jié)約了大量的能源；利用工業(yè)廢料粉煤灰作素混凝土添加劑，解決了工業(yè)廢料的重復(fù)利用問(wèn)題。
6.4環(huán)保效益：素混凝土短樁施工時(shí)，無(wú)揚(yáng)塵，無(wú)振動(dòng)，適用于舊城改造，特別是素混凝土可以從商品混凝土供應(yīng)單位統(tǒng)一采購(gòu)，不但節(jié)約成本，也消除了施工現(xiàn)場(chǎng)攪拌的環(huán)境污染，完全符合綠色環(huán)保的施工要求。
7 發(fā)表或交流的學(xué)術(shù)論文
(1) CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)用于高層建筑地基處理的探討(《探礦工程》1999年第4期)
(2) CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)在某小區(qū)地基處理中的應(yīng)用(《探礦工程》2000年第3期)
(3)不等徑CFG短樁復(fù)合地基在某階梯形高層公寓樓的應(yīng)用(《探礦工程》2001年增刊)
(4) CFG短樁復(fù)合地基樁間土承載力折減系數(shù)值的研究(《探礦工程》2003年增刊)
(5) CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)在高層建筑地基處理中的應(yīng)用(第五屆全國(guó)巖土工程實(shí)錄交流會(huì))兵器工業(yè)出版社2000年9月
(6)CFG短樁復(fù)合地基沉降規(guī)律的研究（長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2010年03期）
8 結(jié)論及獲獎(jiǎng)情況
綜上所述，CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)，從理論到現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐都是成熟的，其技術(shù)屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益均取得了顯著效果，我們將認(rèn)真總結(jié)，并將推廣之整個(gè)華北地區(qū)，使CFG短樁復(fù)合地基技術(shù)達(dá)到更好應(yīng)用前景。
該“CFG(素混凝土)短樁復(fù)合地基施工工法”獲2008年度省級(jí)工法，工法編號(hào)JSGF-119-2008。并獲南通市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)及南通市通州區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。應(yīng)用該技術(shù)完成的“北京建國(guó)公寓地基加固工程”項(xiàng)目獲二00二年度中國(guó)建材工程建設(shè)(部級(jí))優(yōu)秀工程勘察獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
