浅析cfg桩加固松软土地基方案及措施设计论文-毕设论文.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二张 XXXX
浅析CFG桩加固松软土地基方案及措施
7.1松软土地基
7.1.1 概述
松软土是在静水或缓慢水流、缺氧、多有机质的条件下生成的，往往与泥炭和粉砂交错沉积。绝大部分生成于全新世的中晚期，也有松软土层埋藏在密实的硬土层之下，生成期较早。但总的说来，在各种土中，松软土应该说是比较年轻的沉积物，甚至还存在正在继续沉积的欠固结软土。
松软土的特征界于软土和一般土之间,天然含水量大、压缩性高、承载力低。松软土在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布。在松软土地基上修筑高速铁路时，若处治不当，往往会导致路基失稳或沉降达不到预期目的，造成铁路不能正常运营以及后期维护费用高等问题。因此，根据松软土地基的实际性能指标和所处的工程部位，合理地选用松软土地基加固处理形式，将直接决定工程项目交付使用后的内在质量和外观效果。
7.1.2 松软土的工程地质特性
土是岩石的风化产物，经水流、风力、冰川、重力等外力作用搬运或多次搬运沉积而成，几乎遍布于整个地壳的表面。
土的工程地质特性一般可分为物理性质、水理性质、力学性质三类，也有把物理性质和水理性质统称为物理性质。
土的物理性质一方面是指土本身由各个组成部分的比例和排列不同所表现的物理状态。如轻重、干湿、松密等。另一方面是指土粒与水相互作用时所表现的性质。如粘性土干燥时坚硬，潮湿时变软；碎石土和砂土的透水性很强，粘性土的透水性则弱。松软土的物理性质主要有：高含水量和大孔隙比，弱透水性，高压缩性，抗剪强度低，高灵敏度、显著的触变性和蠕变性。松软土的力学性质主要有：剪涨性(剪涨性是土基本力学特性之一，指土体在剪切时产生体积膨胀或收缩的特性),压硬性。
松软土地基的破坏形式，一般而言，地基问题可归结为以下几个方面：
1.承载力及稳定性
地基承载力较低，不能承担上部结构的自重及外荷载，导致地基失稳，出现局部或整体剪切破坏，或冲剪破坏。
2．沉降变形
高压缩性地基可能导致建筑物发生过大的沉降量，使其失去使用效能；地基不均匀或荷载不均匀导致地基沉降不均匀，使建筑物倾斜、开裂、局部破坏，失去使用效能甚至整体破坏。
3.动荷载下的地基液化、失稳和震陷
饱和无粘性土地基具有振动液化的特性。在地震、机器振动、爆炸冲击、波浪作用等动荷载作用下，地基可能因液化、震陷导致地基失稳破坏；软粘土在振动作用下，产生震陷。
4.渗透破坏
土具有渗透性，当地基中出现渗流时，将可能导致流土（流砂）和管涌（潜蚀）现象，严重时能使地基失稳、崩溃。
7.2CFG桩复合地基
松软土的特征界于软土和一般土之间,天然含水量大、压缩性高、承载力低。在松软土地基上修筑高速铁路时，若处治不当，往往会导致路基失稳或沉降达不到预期目的，造成公路不能正常运营以及后期维护费用高等问题。
桩网复合地基的承载作用实际是桩－土－褥垫层协调变形、共同工作的过程。由于复合地基尤其是群桩复合地基的共同作用影响因素很多，其机理的研究还有待于进一步深入。复合地基一般沉降过大，若不能合理控制沉降量，易使上部结构产生裂缝或倾斜。按沉降设计比按承载力设计更严格，也更合理。

7.2.1 CFG桩概述
复合地基（Composite subgrade,Composite foundation）是在天然地基中设置一定比例的增强体，或置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然土体）和增强体共同承担有基础传来的上部荷载的一种人工地基。
加固区整体是非均质和各向异性的。根据地基中增强体的方向又可分为纵向增强体和横向增强体复合地基。纵向增强体复合地基根据其性质，可分为散体材料桩复合地基和柔性桩复合地基，分类如表2－1。
表7－1 复合地基分类
复合地基
纵向增强体复合地基
散体材料桩复合地基
碎石桩复合地基
砂桩复合地基
柔性材料桩复合地基
旋喷桩复合地基
深层搅拌桩复合地基
CFG桩复合地基
横向增强体复合地基
主要包括由各种加筋材料，如土工聚合物、金属材料格栅等，形成的复合地基。
CFG桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石桩、石屑或是砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15～C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。
碎石桩系散体材料，本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束传递基础传来的垂直荷载。土越软，对桩的约束作用越差，桩传递垂直荷载的能力越弱。CFG桩针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的。
CFG桩采用螺旋钻机或振动沉管桩机等设备进行成孔，是一种具有较高粘结强度的刚性桩。与一般的柔性桩复合地基相比，用CFG桩处理地基时，可大幅度提高地基承载力，并可通过调节复合地基桩长、桩距及桩体材料配比等指标较大幅度调节复合地基承载力的变化区间，特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基难以满足设计要求时，CFG桩复合地基则有明显的优势。CFG桩复合地基可用于填土、饱和及非饱和粘性土、松散砂土等。它是一种低强度砼桩，可以充分利用桩间土的承载力，共同作用并可传递荷载到深层地基中去，具有较高的承载力，承载力提高幅度在2．5～3倍，由于通过CFG桩处理过的复合地基具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快、工艺性好、灌注方便、易于控制施工质量和工程造价较低等特点，因此具有较好的技术性能和经济效果。由于CFG桩复合地基技术具有以上施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，目前已经成为北京及周边地区应用最普通的地基处理技术之一。
CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。CFG桩适用范围较广，就基础型式而言，CFG桩既可适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基和箱型基础；就土性而言，CFG桩可用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基。既适用于挤密效果好的土，又适用于挤密效果差的土，具有加速土体固结、沉降变形小、沉降稳定快等特点。
图2-1 CFG桩复合地基示意图
刚性桩与碎石桩不同，一般情况下不全长发挥桩的侧阻，桩端落在好土层也可很好地发挥端阻作用。若将碎石桩加以改造，使其具有刚性桩的某些性状，则桩的作用会大大加强，复合地基承载力将会大大提高。这样，在碎石桩桩体中掺加石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和，制成一种粘结强度较高的桩体，称之为水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravelpile），简称CFG桩。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成了CFG桩，如图2-1所示。
7.2.2 CFG桩复合地基加固机理及效应
CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层3部分构成。其加固机理：当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生沉降变形。桩的变形模量远比土的变形模量大，所以桩比土的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力。同时土由于桩的挤密作用(指用沉管方法成桩时)而提高了承载力，而桩又由于其周围土侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。
1 复合地基效应
复合地基中桩间土的性状不同、桩体材料不同、成桩工艺不同，复合地基的效应也不同。CFG桩复合地基的效应，主要有以下四各方面：（1）桩体效应；（2）挤密振密作用；（3）垫层作用；（4）排水固结作用。
(1)桩体效应
因为材料本身的强度与软土地层强度不同，在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象。大部分荷载将由桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原有地基承载力有所提高，即图2-2中的（图中、、分别是桩体承受、基础附加、桩间土承受的三种应力），沉降量亦减小，随着桩体刚度增加，桩体作用发挥更加明显。这一点正是碎石桩与CFG桩受力情况不同的根本点。因为随时桩桩体材料是松散碎石，自身无粘结度，依靠周围土体约束才能承受上部荷载。而CFG桩桩身具有一定的粘结强度，在荷载作用下，不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力传至深层地基中，其复合地基提高幅度也较碎石桩为大。于是，CFG桩常发生刺入破坏，而碎石桩常发生的压胀破坏和整体破坏。

图7-2 桩土受力示意图
(2)挤密振密作用
CFG桩采用振动沉管法施工时，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密，特别是在砂层中这一作用更加显著。砂土在强烈的高频振动下，产生液化并重新排列致密，而且在桩体粗骨（碎石）填入后挤入土中，使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，改善图的物理性质，抗液化能力也提高。
(3)垫层作用
CFG桩所说的垫层不是在一般桩基础下设的10～30cm厚混凝土垫层，而是由颗粒材料组成的散体垫。复合地基和桩基虽然都是以桩的形式处理地基，但桩基基础与桩、桩间土直接接触，在给定荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间延长，桩发生一定沉降，荷载相土体转移，土承载随时间增加逐渐增加，桩承载则逐渐减小。而复合地基因为桩和基础不是直接接触，其间有一层碎石垫层（一般厚度是30cm左右），为桩向上刺入提供了条件，并通过垫层材料的流动补偿，使桩间土与基础始终保持接触，在桩、土共同作用下，地基土的强度得到一定程度的补偿，相应减少了对桩的承载力的要求。
(4)排水固结作用
与一般的碎石桩复合地基一样，采用沉管灌注施工CFG桩，在施工和成桩后的一段时间内，都会在不同程度上降低地层中地下水的含量，最终达到改善地基土物理、力学性质的目的。
在饱和的粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙压力。在上层有相对隔水层时，施工完毕的最初CFG桩因其本身材料的性质决定了它将是一个良好的排水通道，如图2-3所示，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩硬结为止。这样的排水过程还包括CFG桩桩体坍落度小，含水量很小的混凝土类材料水解吸水的过程。有资料证明，这一系列排水作用对减少孔压引起地面隆起和沉陷，对增加桩间土的密实度和提高复合地基承载力极为有利。
图2-3 复合地基排水固结示意图
7.2.3 CFG桩各部分的作用
CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层3部分构成。每个部分在受力时发挥了不同的作用：
1．CFG桩的作用
（1）承担基础传来的竖向荷载及小部分水平荷载；
（2）对地基土产生一定的挤密作用，当采用非排土工艺施工时，可使桩间土得到一定程度的挤密，加固后的地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所降低，而土体的密度、压缩模量均有所增加，从而改善土质性能；
（3）排水作用。在成桩初期，桩孔和周边充填反虑性较好的粗颗粒填料，地基中形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道，可以有效地消散和防止振冲产生的超孔隙水压的增高，从而加速地基的排水固结；
（4）预震作用。在成桩过程中，振冲器以一定的振动频率和冲击力水平向加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预震，从而增强砂土抗液化的能力；

2．桩间土的作用
（1）承担竖向，水平荷载。
（2）对桩体进行约束，保证桩体正常工作。
3．褥垫层的作用
（1）保证桩与土共同承担荷载。在CFG桩复合地基中，路基通过一定厚度的垫层与桩间和桩间土相联系，即指路基传来的荷载，首先传给垫层，再通过垫层传给桩与桩间土。当桩端位于坚硬土层时，路基承受荷载后，桩顶沉降变形很小，绝大部分荷载由桩承担，桩间土承载力很难发挥。当桩端落在一般粘土层上时，路基承受荷载后，开始绝大部分荷载仍由桩承担，随着时间的增加，路基和桩的沉降不断增加，同时路基下土分担的荷载不断增加，即存在一个桩所承担的荷载逐渐向桩间土转移的过程。路基和桩之间设置了一定厚度的垫层后，在上部荷载作用下，桩间土的抗压刚度远小于桩的抗压刚度，桩顶出现应力集中，当桩顶压力超过垫层局部抗压强度时，垫层局部(与桩接触部分)会产生压缩量，路基和垫层整体也会产生向下位移压缩桩问土，此时，桩间土承载力开始发挥作用，并产生沉降直至应力平衡。由此可见，设置垫层后，可以保证路基通过垫层的塑性调节作用将部分荷载传到桩间土上，从而达到桩间土共同承载荷载的目的。
（2）调整桩与桩之间的分配比例与置换率。桩类型和垫层厚度有很大关系，其中垫层厚度是最重要的因素。并在一定条件下，当增加垫层的厚度时，根据前述原理，在桩顶应力不变的情况下，可以使垫层和与桩顶接触的局部产生更大的压缩，路基和垫层整体向下的移动位置和桩间土压缩量便会加大，从而提高了桩间土的荷载分担比例。若减少垫层的厚度时，则会提高桩的竖向荷载分担比例。垫层厚度H=0时，桩土应力比很大，此时的受力状态如同桩基。如H很大时，则桩土应力比接近于1，此时的受力状态接近于无桩的受力状态。所以当垫层厚度越小，桩承担的水平荷载的比例就越大，而垫层的厚度赵大，桩间土承担的水平荷载比例也就越大。设计时应适当调整垫层厚度，以此控制CFG桩承担的水平荷载，提高桩在水平荷载作用下的安全度。
（3）减少和减缓路基底面的应力集中，提高路基整体的稳定性。垫层厚度H=0时，桩对路基基底的应力集中很显著。设计时应考虑桩对路基基底的冲切破坏。随着厚度的增加，应力集中现象越来越明显，当厚度增加至一定程度，基底反力即为天然地基的反力发布。
桩顶对应的基础底面测得的反力与桩间土对应的基础底面测得的反力之比用表示（＝/），值随着褥垫层厚度的变化如图2-4所示。当褥垫层厚度大于10cm时，桩对基础产生的应力集中已显著降低，当为30cm时，值已经很小了。
（4）调整桩、土水平荷载分担比例。CFG桩复合地基中，作用在基础上的水平荷载将由3部分力来分担：基底摩阻力、基础两侧面的摩阻力以及荷载反方向的土抗力。而基底摩阻力与褥垫层的材料性质以及厚度有密切关系。当褥垫层厚度增大到一定数值时，由于CFG桩复合地基置换率一般不大于10％ ，作用在桩顶和桩间土的剪应力和相差不大，桩顶受的剪力(m为置换率；A为基础面积；桩顶剪应力)占水平荷载的比例很小。水平荷载将主要由桩间土承受。另外，选择不同褥垫层材料，可改变基底与褥垫层之间的摩擦系数，从而影响基底摩阻力大小。
4．褥垫层技术
由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心问题，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ179－2002）要求桩顶和基础之间应设置褥垫层，厚度宜取153～300mm，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。
工程实践表明，褥垫层合理厚度为100～300mm，考虑施工时的不均匀性，褥垫层厚度取150～300mm，当桩径大、桩距大时宜取高值。材料中的最大粒径不大于30mm。由于卵石咬合力差，施工时扰动较大，褥垫层厚度不容易保证均匀。
在前面讨论的褥垫层作用中可知，厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需考虑桩对基础的冲切，这势必导致基础加厚，如果基础受水平荷载作用，可能造成复合地基中桩发生断裂。由于褥垫层厚度过小，桩间土承载能力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然增加桩的数量或长度，造成经济上的浪费。唯一的好处是建筑物的沉降量小。
褥垫层厚度大，桩对基础产生的应力集中很小，可不考虑桩对基础的冲切作用，基础受水平荷载的作用，不会发生桩的折断。同时厚度大时，能够充分发挥桩间土的承载能力。若其厚度过大，会导致桩、土应力比等于或接近1。此时桩承担的荷载太小，实际时复合地基中桩的设置已失去了意义。这样的设计的复合地基承载力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大。
综合以上分析，结合大量的工程实践的总结，考虑到技术上可靠，经济上合理，褥垫层的厚度宜取10～30cm。
7.2.4 CFG桩地基工程特性
CFG桩的地基处理在工程中应用很广泛。其工程的特性也很显著。下面对其主要特性的有以下几点。
1．载力提高幅度大、可强调性强
CFG桩桩长可以从几米到20多米，并且可全长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40～75％之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高时，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时桩长可设计得长一些。特别时天然地基承载力较低而设计要求得承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，CFG桩复合地基则比较容易实现。
2．适应范围广
就基础形式而言，CFG桩既适合条形基础、独立基础，也适合筏形和箱形基础。就土性而言，CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土，既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。当其用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密分量，又有置换分量；当其用于不可挤密土时，承载力的提高只与置换作用有关。当土的承载力标准值≤50kPa时，CFG桩的适用性值得研究。
当土是具有良好挤密效果的砂土、粉土时，振动可使土挤密，桩间土承载力可有较大幅度的提高，CFG桩是适合的。而塑性指数高的饱和软粘土，成桩时土的挤密分量为零。承载力的提高唯一取决于桩的置换作用。由于桩间土的承载力太小，土的荷载分担比太低，因此不适合做复合地基。
3．刚性桩的性状明显
对柔性桩，特别时散体桩，如碎石桩、砂石桩，它们主要是通过有限的桩长来传递垂直荷载。当桩长大于某一个数值后，桩传递荷载的作用已显著减小。
CFG桩象刚性桩一样，可全长发挥侧阻，桩落在好的土层是时，具有明显的端承作用。对于上部软下部硬的地质条件，碎石桩将荷载向深层传递非常困难，而CFG桩因为具有刚性桩的性状，向深层土传递荷载时其重要的工作特性。
4．桩体的排水作用
CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩体结硬为止。这样的排水过程可延续几个小时。
5．时间效应
利用振动沉管施工，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，会使结构破坏、强度降低。施工结束后，随着恢复期的增长，结构强度会有所恢复。在复合地基的承载力提高期间，既包含了桩间土结构强度的恢复，也包括了桩、土间相互作用的加强。加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有减小，重度和压缩模量有所增大。对于粉砂层振密效果比较明显，可大幅度提高桩间土的承载能力，有松散状态变为中密并接近密实状态。
6．复合地基变形小
复合地基模量大、建筑物沉降量小时CFG桩复合地基重要特点之一。对于上部和中间有软弱土的地基，用CFG桩加固，桩端放在好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，上部建筑物的沉降不大。
7.3CFG桩复合地基计算
7.3.1 桩体间距的设计计算
CFG桩处理软弱地基，应以提高地基承载力和减少地基沉降为其主要加固目的。其途径是发挥CFG桩的桩体作用。对松软土地基，可考虑其施工时的挤密效应，但若以挤密松散砂土为其主要加固目的，则采用CFG桩是不经济的。
CFG桩复合地基的设计参数共5个，分别为桩长、桩径、桩距、、桩体强度、褥垫层厚度及材料。其设计程序如下图。根据勘察报告，确定桩间土承载力
图3-1 CFG桩复合地基设计流程图
根据勘察报告，确定桩端持力土层
初步确定桩长，并计算单桩承载力
根据施工工艺，确定桩径
计算不同桩间距时的复合地基承载力
根据复合地基承载力要求确定桩间距
桩间距是否合理
计算复合地基变形
设计桩身强度等级
根据基础平面图和上述参数进行布桩
变形是否满足要求
调整桩长
调整桩间距
N
调整桩间距
调整桩长
N
Y
Y

1.桩长
CFG桩复合地基要求桩落端落在好的土层上，这是CFG桩复合地基设计的一个重要原则。因此，桩长是CFG桩复合地基设计时首先要确定的参数，它取决于建筑物对承载力的变形和要求，土质条件和设备能力等因素。
桩长主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好进入坚硬土层或岩层，采用嵌岩桩或端承桩；当坚硬土层埋藏很深时，则宜采用摩擦桩，桩端应尽量到达低压缩性、中等强度的土层上。桩端进入持力层的深度，对于粘性土、粉土不宜小于2d，砂类土不小于1.5d，碎石类不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩端以下持力层厚度不宜小于4d。
在进行复合地基设计时，天然地基承载力是已知的，设计要求的复合地基承载力也为已知。桩径和桩距设定后，置换率和桩的断面面积均为已知。桩间土强度提高系数和桩间土强度发挥度的取值。再将值代入，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94－94）中的和就能算出所需的桩长。
2．桩径
CFG桩常采用振动沉管法施工，其桩径应根据桩管大小而定。从结构要求和方便施工的角度来选择。
表3-1 常用灌注桩的桩径桩长及适用范围
成孔方法
桩径/mm
桩长/m
适 用 范 围
泥浆护壁成孔
冲 抓
≥800
≤30
碎石土、砂类土、粉土、粘性土及风化岩。当进入中等风化和微风化岩层时，冲击成孔的速度比回转钻快。
冲 击
≤50
回转钻
≤80
潜水钻
500～800
≤50
粘性土、淤泥、淤泥质土及砂类土
干作业成孔
螺旋钻
300～800
≤30
地下水位以上的粘性土、粉土、砂类土及人工填土
钻孔扩底
300～600
≤30
地下水位以上的坚硬、硬塑的粘性土及中密以上的砂粘土
机动洛阳铲
300～500
≤20
地下水位以上的粘性土、粉土、黄土及人工填土
沉管成孔
锤 击
340～800
≤30
硬塑粘性土、粉土、砂类
振动
400～500
≤24
可塑粘性土、中细砂
爆破成孔
≤350
≤12
地下水位以上的粘性土、黄土、碎石土及风化岩
人工挖孔
≥100
≤40
粘性土、粉土、黄土、人工填土
3．桩距S
桩距s过大，承载力不能满足；s过小，桩的承载力不能充分发挥，且给施工造成困难。试验表明，当桩距小于4倍桩径后，随着桩距的减小，复合地基承载力的增长率明显下降，从桩、土作用的发挥考虑，桩距大于4倍桩径为宜。下表对桩的最小桩距s的规定。
表3-2 桩的最小中心距
土类与成桩工艺
桩排数≥3，桩根数＞9的摩擦桩基础
其他情况
非挤土桩和部分灌注桩
3.0d
2.5d
挤土灌注桩
穿越非饱和土
3.5d
3.0d
穿越饱和软土
4.0d
3.5d
挤土预制桩
3.5d
3.0d
打入式敞口管桩和H型钢桩
3.5d
3.0d
钻、挖孔扩底灌注桩
1.5或＋1（当＞2m时）
沉管扩底灌注桩
3.0
（1）对于湿陷性黄土和人工填土地基挤密桩桩距s的计算：
设扩孔系数，排距为h，排距系数为n＝h/s，可得到：
(3-1)
式中 －挤密前后土的平均密度；
d－桩体直径。
（2）液化砂土地基振动挤密桩桩距的计算：
砂性土在振动作用下将引起振密下沉。若桩长（处理深度）为Z，由于振动作用引起底面下沉量为，设振沉系数，而成桩的同时还有挤密的作用。
桩距s的计算公式：
(3-2)
施工过程中，无论是振动沉管还是振动拔管，都将对周围土体产生扰动或挤密，振动的影响与土的性质密切相关，振密效果好的土，施工时振动可使土体密度增加，场地发生下沉；不可挤密的土则要发生地表隆起，桩距越小隆起量越大，以致于导致已打的桩产生缩颈或断裂。桩距越大，施工质量越容易控制，但应针对不同的土性分别加以考虑。
4．桩体强度
由和桩断面面积，可计算桩顶应力为
(3-3)
根据桩体强度和承载力的关系分析可知，桩体强度一般取3倍桩顶应力即
(3-4)
则可取桩体强度
由知，桩体强度满足，不会被破坏。
5．褥垫层厚度及材料
褥垫层的材料多用碎石、级配砂石（限制最大粒径一般不超过3cm）、粗砂、中砂等。褥垫层的加固范围要比基底面积大，其四周宽出基底的部分不宜小于褥垫层的厚度。结合大量的工程实践的总结，考虑到技术上可靠，经济上合理，褥垫层的厚度宜取10～30cm。
6．桩的排列与置换率
对可液化地基或有必要时，可在基础外某一范围设置护桩（可液化地基一般用碎石桩做护桩），通常情况下，桩都布置在基础范围内。桩的数量按下式确定
(3-5)
式中 ――――面积置换率；
――――基础面积（）；
――――桩断面面积（）；
――――面积为时的理论布桩数。
实际布桩时受基础尺寸大小即形状等影响，布桩数会有一定的增减。
在各类竖向增强体复合地基中，常见的桩体排列方式为三角形或方形。当按正三角形排桩时，单桩分担的处理范围为正六边形，各桩间距相等，桩间土的挤密效果及桩的作用比较均匀。当按正方形排桩时，单桩分担的处理范围为正方形，布桩与施工较为方便。因此，正三角形布桩最为常见。有时因基础所限或为了布桩简便，也可采用等腰三角形或矩形布桩，无论采用何种三角形或矩形布桩，由图3-3知，在任意相邻四个桩中心线连成的四边形中，其四个夹角合计为360°，亦即其中均包含一根桩体的面积。一根桩分担的处理面积均等于该四边形的面积：
（3-6）

图3-2 挤密桩桩位布列图
a)三角形 b）矩形
按一个桩分担的处理面积，可计算处复合地基的置换率，即
（3-7）
式中 －排距系数，，－桩的中心排距；
－排距系数，。
表3-3排距与单桩分担面积、置换率等的换算公式
项目 布桩方式
排距系数n
单桩分担面积
等效圆压板面积
面积置换率

等腰三角形 矩形

1.129
0.785

1.129

正三角形
0.866

正方形
1.0

对独立基础、箱形基础、筏基，基础边缘到桩的中心距一般为桩径或基础边缘到桩边缘的最小距离不小于150mm，对条形基础不小于75mm。
在松软土地区，当桩长范围内，桩端有可能落在好的土层上时，也可采用比通常用的更大一些的预制桩尖，其桩尖的直径增大到沉管外径的1.5～2.0倍，通常称之为大头桩尖。桩尖沉到较好的土层中便停止沉管，大头桩尖通过松软土层时，松软土会很快回弹，拔出沉管后投料量基本不变，但承载能力有了提高。
7.3.2 CFG桩地基承载力计算
复合地基是由桩间土和增强体（桩）共同承担荷载。但是复合地基承载力不是由天然地基承载力和单桩承载力的简单叠加，需要对如下的一些因素给予考虑：
(1)施工时对桩间土是否产生扰动和挤密，桩间土承载力有无降低或提高；
(2)桩对桩间土有约束作用，使土的变形减少；
(3)复合地基中桩的Q—s曲线呈加工硬化型，比自由单桩的承载力要高；
(4)桩和桩间土承载力的发挥都与变形有关，变形小时桩和桩间土的承载力的发挥都不充分；
(5)复合地基桩间土的发挥与褥垫层的厚度有关。
1、桩间土极限承载力计算
根据天然地基荷载板试验结果，或根据其他室内外土工试验资料可以确定天然地基极限承载力。在地基中设置纵向增强体，使桩间土的极限承载力不同于天然地基承载力。使桩间土极限承载力有别于天然地基极限承载力的主要影响因素有下列几个方面：在桩的设置过程中对桩间土的挤密作用，采用振动挤密成桩法影响是明显的；在软粘土地基中，桩体设置过程中由于振动、挤密、扰动等原因，使桩间土中出现附加孔隙水压力，土体强度有所降低，另一方面孔隙水压力消散，桩间土中有效应力增大，抗剪强度提高，这两部分作用使桩间土承载力大于天然地基承载力。
通常桩间土极限承载力除了直接通过荷载试验，以及根据土工试验资料，查阅有关规范外，常采用Skepton极限承载力公式进行计算。Skepton极限承载力公式为
（3-8）
式中 D－基础埋深；
－不排水抗剪强度；
－承载力因素，当＝0时，＝5.14；
B－基础宽度；
L－基础长度。
在成桩或加荷过程中，桩间土中朝2孔隙水压力等于，随着超孔隙水压力向散体材料桩逐渐消散，土体固结，土体强度增长。抗剪增强长可用下式表示：
（3-9）
（3-10）
式中 －抗剪强度增量；
K－系数，；
－土体内摩擦角；
－平均固结度；
－原天然地基土体不排水抗剪强度。
2 、CFG桩复合地基承载力
计算结合松软土地区CFG桩复合地基的工程实践，对于CFG桩复合地基承载力特征值常采用如下经验公式估算:
（3-11）
式中 —复合地基承载力标准值，kPa;
M—面积置换率；
—单桩承载力标准值，kN；
—单桩的截面面积，；
—桩间土的提高系数，；为加固后桩间土承载力标准值；
—桩间土强度发挥系数，宜按地区经验取值，无经验时可取＝0.75～0.95，天然地基承载力高时取大值；
—天然地基承载力标值，kPa；
（3-12）
式中 －回归修正系数，＝；
－样本数；
－变异系数，，为指标的标准差；为指标的平均值。当承载力具有两个指标时，则应用综合变异系数： ；
－第一指标变异系数；
－第二指标变异系数；
－第二指标折减系数；
－地基承载力基本值，其值查表3-1；
表7-4 粉土承载力（）

10
15
20
25
30
35
0.5
410
390
（365）

0.6
310
300
280
（270）

0.7
250
240
225
215
(205)

0.8
200
190
180
170
(165)

0.9
160
150
145
140
130
(125)
1.0
130
125
120
115
110
105
注：①有括号者仅供内插；②＝0。
也可按下式计算取小值：
（3-13）
（3-14）
式中 ―取0.3～0.33；
―桩体28d立方体试块强度（15cm×15cm×15cm）, 无侧限抗压强度；
—桩的周长；
—第i层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力标准值，查表3-2；
—第i层土厚度；
－与土性、桩的入土深度和施工工艺有关的极限端阻力标准值，查表3-3；
K—安全系数，取1.5～1.6。
表3-5 桩的极限侧阻力标准值
土的名称
土的状态
混凝土预制桩
水下钻(冲)孔桩
沉管灌注桩
干作业钻孔桩
填土
－
20～28
18～26
15～22
18～26
淤泥
－
11～17
10～16
9～13
10～16
淤泥质土
－
20～38
18～26
15～22
18～26
粘性土
>1
21～36
20～34
16～28
20～34
0.75＜≤1
36～50
34～48
28～40
34～48
0.5＜≤0.75
50～66
48～64
40～52
48～62
0.25＜≤0.5
66～82
64～78
52～63
62～76
0＜≤0.25
82～91
78～88
63～72
76～86
≤0
91～101
88～98
72～80
86～96
红粘土
0.7＜≤1
13～32
12～30
10～25
12～30
0.5＜≤0.7
32～74
30～70
25～68
30～70
粉土
＞0.9
22～44
22～40
16～32
20～40
0.75≤≤0.9
42～64
40～60
32～50
40～60
＜0.75
64～85
60～80
50～67
60～80
粉细砂
稍 密
22～42
22～40
16～32
20～40
中 密
42～63
40～60
32～50
40～60
密 实
63～85
60～80
50～67
60～80
中砂
中 密
54～74
50～72
42～58
50～70
密 实
74～95
72～90
58～75
70～90
粗砂
中 密
74～95
74～95
58～75
70～90
密 实
95～116
95～116
75～92
90～110
砾砂
中密、密实
116～138
116～135
92～110
110～130
注：①对于尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土，不计算其侧阻力；②为含水比，；③对于预制桩，根据土层埋深，将乘以下表修正系数。
土层埋深
≤5
10
20
≥30
修正系数
0.8
1.0
1.1
1.2
表3-6 沉管灌注桩的极限端阻力标准值
土的名称
土的状态
桩入土深度/m
5
10
15
＞15
粘性土
0.75＜≤1
400～600
600～750
750～1000
1000～1400
0.5＜≤0.75
670～1300
1200～1500
1500～1800
1800～2000
0.25＜≤0.5
1300～2200
2300～2700
2700～3000
3000～3500
0＜≤0.25
2500～2900
3500～3900
4000～4500
4200～5000
粉土
0.75≤≤0.9
1200～1600
1600～1800
1800～2100
2100～2600
＜0.75
1800～2200
2200～2500
2500～3000
3000～3500
粉砂
稍密
800～1300
1300～1800
1800～2000
2000～2400
中密、密实
1300～1700
1800～2400
2400～2800
2800～3600
细砂
中砂
粗砂
中密、密实
1800～2200
3000～3400
3500～3900
4000～4900
2800～3200
4400～5000