一文带你认识CFG桩
一文带你认识CFG桩
在道路地基处理领域，CFG桩作为一种介于水泥搅拌桩和管桩之间的新型桩型，因其独特的性能和经济性而被广泛应用。本文将从定义、应用条件、施工方法到质量检测等多个维度，全面解析CFG桩的技术特点和使用要点，帮助读者深入了解这一重要的地基处理技术。
一、问题的由来
在道路地基处理中，很多人对水泥搅拌桩、管桩都有一定的了解，但对CFG桩的认知却很少，甚至有设计人员看到水泥粉煤灰碎石桩的名字，认为CFG桩是粒料桩的一种。而CFG桩在很多项目的地基处理中均有应用，因此，有必要对CFG桩进行整理，利于设计人员在项目中进行应用。
二、what-CFG桩是什么
CFG桩是 Cement Fly-ash Gravel 的缩写，即水泥粉煤灰碎石桩。为了进一步了解CFG桩，我们将它与常用的水泥搅拌桩、管桩进行对比：
1）水泥搅拌桩：桩长20m以内，采用原位拌和的方式施工，喷粉或水泥浆，处理后28d的无侧限抗压强度一般不到1Mpa，桩土共同受力，属于柔性桩。
2）管桩：采用钻孔成桩或机械打入，桩身配筋，混凝土强度较高，一般C50以上，桩承担大部分荷载，土基本不受力或受力很小，属于刚性桩。
3）CFG桩，采用振动沉管或旋挖等方式成孔，灌入素混凝土，桩身强度一般C10-C20，桩长可以达到30m，桩土共同受力，也属于柔性桩。
从上面可以看出，CFG桩是一种强度和造价均介于水泥搅拌桩和管桩之间的一种不配筋的素混凝土桩，桩土共同受力，属于柔性桩的一种。
三、Why-为什么要采用CFG桩
要理解CFG桩适合在什么时候应用，我们要从有粘结强度的增强体单桩承载力的计算说起。
单桩承载力有两个计算公式，公式一主要由桩侧阻力和桩端阻力确定，可以理解为土能给桩提供的支撑力：
公式二主要由桩身强度确定，可以理解为桩自身能承受的竖向力：
最终单桩承载力即为上述公式一和公式二计算出的Ra的较小值。
对于水泥搅拌桩来说，通常，Ra1（即由上述公式一计算出来的单桩承载力）＞Ra2（即由上述公式二计算出来的承载力），从承载力的角度来说，土能提供的支撑力存在一些浪费。
对于管桩来说，Ra1远小于Ra2，从承载力的角度来说，管桩的自身强度存在很大的浪费。
而CFG桩正是基于减少桩身强度的浪费这一点来出发，其目标是桩身强度与土能提供的支撑力基本相当，也就是Ra1≈Ra2，与水泥搅拌桩相比，其单桩承载力更大，与管桩相比，两者单桩承载力相差不大（基于上面公式一确定），但其性价比更高。
结合上述分析，CFG桩其主要应用于下述情况：
1）地基承载力要求提升很大，采用水泥搅拌桩难以达到要求时；
2）沉降控制严格，需要处理的土层埋深较大，水泥搅拌桩的桩长难以满足要求时；
3）若采用管桩，桩身强度存在很大的浪费，不经济时。
四、How-如何应用CFG桩
1、适用场地
CFG桩适用范围比较广，当处理软土地基时，软土的十字板抗剪强度宜不小于20kpa。
2、桩长
CFG的桩长可以达到30m。
3、桩径
一般情况下，CFG桩的桩径为350-600mm。如果采用泥浆护壁钻孔成桩，可以做到800mm。
4、桩间距
采用非挤土成桩工艺时，宜为3-5倍桩径，采用挤土成桩工艺时，宜为3-6倍桩径。公路上一般采用4-5倍桩径。
5、置换率
桩的置换率一般小于10%。
6、布桩形式
通常采用等边三角形或正方形布桩。
7、桩身强度
市政类项目中，采用的CFG桩身强度偏低，一般为C5-C20，在建筑类项目中，采用的CFG桩强度高些，一般采用C20-C25。
8、褥垫层
褥垫层厚度一般为桩径的40%-60%，宜取30-50cm，通常采用中砂、粗砂、级配砂砾或碎石，最大粒径不宜大于30mm。
9、复合地基承载力
复合地基承载力计算公式如下：
举个例子：
CFG桩径0.5m，处理前场地地基承载力100kpa，桩距2m，正方形布置，采用C10，单桩承载力由桩身强度确定。
则fcu=10Mpa，桩身截面积Ap=0.196m2；
λ=0.9，β=0.9，m=0.049
Ra=544.4KN
则fspk=208.3kpa
做个对比，水泥搅拌桩桩径0.5m，90d强度抗压强度取1.63Mpa，其余与上述CFG桩均一致。
桩身强度折减系数η=0.25
则Ra=0.251.63Ap=80KN
λ=1，β=0.7
则fspk=86.5kpa（当桩间距减少至1.2m时，fspk也才115.9kpa）
可以看出，在同等条件下，CFG桩对复合地基承载力的提升效率远高于水泥搅拌桩。
10、施工方式
CFG桩的主要施工方式有以下几种：
1）振动沉管灌注成桩
采用振动沉管施工，先振动沉管至桩底，留振（一般10s）后，边拔管边灌注混凝土。采用该方法，对周围土体有挤密作用，但施工时要注意拔管速度，一般宜为1.2-1.5m/min。
2）长螺旋钻孔灌注成桩
该施工工艺为：先采用长螺旋钻成孔，成孔后后再灌注混凝土，由于成孔和灌注混凝土是分开进行，处理地下水位以下土层时，容易引起塌孔，故通常适用于地下水位以上。
3）长螺旋钻中心压灌成桩
与长螺旋钻孔灌注成桩相比，最大的区别是：钻孔达到设计深度后，通过钻机中的中空钻杆，边提钻边压注混凝土，该施工方法不仅适用于地下水位以上，也适用于地下水位以下。
11、质量检测
1）桩身质量和完整性
采用低应变检测桩身质量和完整性，检测时间为受检桩混合料龄期不少于7d，一般不低于总桩数的10%。
2）单桩承载力或复合地基承载力
成桩28d后，进行静载荷试验，数量不应少于总桩数的1%，且每个工点的的试验数量不应少于3点。
五、一些注意事项
1、实际桩长
施工CFG桩前，不能直接开挖到设计桩顶标高，而应留出不少于0.5m的保护层。CFG桩施工完毕后，待桩体达到一定强度（3-7d），再进行基槽开挖，并将桩头凿平。
所以，在计算工程量时，CFG桩的实际桩长应为设计桩长+0.5m。
2、沉降计算
在理正沉降计算模块中，处置措施中，有加固土桩和刚性桩，但没有CFG桩。
在理正中，当采用刚性桩处理时，有一个假设：即桩长范围内不再发生沉降，而实际上，CFG桩处理后，桩土共同受力，桩长范围内仍然会产生沉降。因此，如果采用刚性桩模块，会导致沉降偏小，建议采用理正进行CFG桩复合地基沉降分析时，参照加固土桩模块计算。