CFG桩复合地基法（通用9篇）
CFG桩复合地基法 篇1
0 引言
水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩(Cement Flyash Gravel),是由碎石、石屑、砂石和粉煤灰掺适量水泥加水拌和,采用各种成桩机械在地基中制成桩。因此CFG桩的工作机理,受力特点相对于一般预制桩,灌注桩都要复杂的多,基于此本文结合有限元软件ANSYS对影响CFG桩复合地基承载力的各种因素进行分析。
1 有限元计算假定及模型介绍
1.1 有限元计算假定
1)假定土体,褥垫层均为Drucker-Prager理想弹塑性体。
2)假定桩体,承台为线弹性体,符合广义虎克定律。
3)假定在垂直荷载作用下,荷载面与垫层之间在变形过程中始终保持接触。
4)假定桩、土、褥垫层都为均质,各向同性。
1.2 有限元模型介绍
文中采用有限元分析,采用非线性接触模型。桩以及土体,褥垫层分别采用Solid42单元模拟,采用的有限元计算参数见表1。在接触算法选择方面:由于桩的刚度比土体大很多,所以认为桩表面为刚性面采用Target169单元模拟;土体表面为柔性面采用Conta171单元模拟,通过设置相同的实常数来实现接触。
边界条件:计算域水平方向自桩边缘外延6倍桩径,竖直方向计算至桩端以下1倍桩长。边界条件除地面自由外,其余各面均施加与其垂直的链杆约束。
由于计算条件限制,本文只计算单根CFG桩在荷载作用下的受力机理。
基于以上的选择建立的有限元计算模型见图1。
2 CFG桩复合地基工作性状的影响因素分析
采用上面所述的有限元计算方法并取桩长10 m,桩径400 mm单根桩作为研究对象,对影响桩体工作特性的因素(如荷载、置换率等)进行计算分析。
2.1 荷载的影响
如图2所示,在不同荷载(均布荷载)作用下,垫层厚度为20 cm,圆形承台半径为0.5 m,桩身轴向应力与作用深度关系,随着荷载的增大,桩身轴向应力呈逐步增大趋势,在整个桩长范围内都有分布,且主要集中在桩身上段,最大应力点的位置在桩顶下0.2倍～0.3倍桩长部分。而桩体的应力在靠近桩端段呈现下降的趋势,对于桩身的某一部位来说,随着荷载的增加,桩顶应力增加幅度较大,桩端应力增加较小。这表明,荷载的变化对桩身应力影响较大,同时荷载的增加产生的效果在桩顶部更加显著。
荷载的增加使桩身承担荷载增加的同时,使与桩体接触的土体承担的荷载也增加,如图3所示为桩土应力比与荷载的关系曲线,由图3可以看出:随着荷载的增加,转移到桩体的荷载也增大,桩土应力比越高。通过与工程实际相结合,实际工程中的桩土应力比不会出现有限元模拟得到的那么大,根据本文作者分析,是由于在进行有限元模拟时,桩的刺入以及应力重新分布不那么贴近实际的工况,在实际工程中,由于垫层的作用发挥,桩土应力比不会那么大,所以在进行实际设计时,我们应该考虑到这个问题。
由桩土沉降与荷载的关系可知:随着荷载的增加,桩顶和土体表面的沉降都增加,且当荷载增加幅度较大时,沉降变化较大,增加较快。桩顶和土体的变形是基本一致的,经过分析,这个正是褥垫层在发挥变形协调,应力重分布的作用,从这里看出设计中设置一个适当的褥垫层是非常有必要的。
通过分析桩身以及土体的位移情况可知,在桩顶靠近0.2倍桩长处(此处深度为2 m),土体的位移稍微比桩的位移大,在这样的情况下,桩受到的是负摩擦力。复合地基的“负摩擦力”目前研究的比较少,虽然“负摩擦力”的存在会使桩的承载力减少,但却对土的承载力有所提高。这是一对相互作用的力。由于复合地基是桩土共同受力,因此对于负摩擦力,既有不利的一面,也有有利的一面。一方面使桩基础的承载能力下降,但是同时提高了地基的承载能力[1,2],所以我们在计算复合地基承载力的时候,应该充分考虑到这个影响,特别是设计设置有动力设备的厂房时,更加要注意这个问题。
2.2 置换率的影响
置换率是复合地基设计的一个重要参数,改变置换率一般有两种方法,一种是通过改变承台尺寸来改变置换率,即保持基底均布荷载值不变,改变承台面积,从而改变基底总荷载。另一种是通过改变桩径来改变置换率。一般来说,通过改变桩的直径来提高置换率在工程上是不经济的,所以,在这里只讨论改变承台面积对于应力比的影响。随着置换率的增加,应力比增大,但是应力比的增加趋势在置换率大于0.15以后是趋向缓和的,这表明,复合地基存在着一个最佳置换率,当置换率超过这个最佳置换率的时候,对于复合地基的应力分布影响不大,从而再提高复合地基的置换率是不经济的。
随着置换率的增大,桩和土体的沉降都在减小。但是减小的趋势不一样,在某个置换率处有一个交点,说明在这个时候,桩身跟土体产生的沉降一样大,这个置换率就是最佳的置换率,置换率的高低直接影响工程的造价,在不影响工程质量的前提下,应该尽量避免不必要的浪费。
3 结语
以上通过对均布荷载作用下的CFG桩复合地基的模拟,通过数值模拟的方法,分别根据荷载水平的不同、置换率的不同等影响因素的调整进行分析,通过对数值模拟结果的数据整理和比较,得到以下结论:
1)关于沉降量。
CFG桩复合地基沉降随着荷载、置换率的增大而减小。
2)关于桩土应力比。
CFG桩复合地基桩土应力比随荷载及置换率的增大而增大。
3)关于桩身应力。
桩身应力沿深度方向的最大值并不出现在桩顶,而是位于桩顶下一定深度处,这是因为复合地基中桩体模量远大于土体模量,在荷载的作用下,桩间土的变形会大于桩的变形,因此会在上部产生负摩擦力区。桩身应力随着荷载的增加而增加。
4)置换率。
在荷载一定的情况下随着置换率的增加,桩分担的荷载增大,从而提高了复合地基的承载力,减小了沉降,但是用较大的置换率改善地基沉降作用并不明显,较密的布桩方式对于改善沉降效果不明显,因此,过小的桩间距不能有效的减小沉降,反而不利于桩间土的承载力的发挥而造成浪费。
摘要：运用ANSYS有限元程序,分析了CFG桩复合地基在竖向荷载作用下,桩土应力比、桩身轴向应力、沉降等随荷载不同、垫层厚度不同等因素变化的分布规律,以便于更好的指导工程实践。
关键词：CFG桩复合地基,有限元,工作性状
参考文献
[1]袁灯平,黄宏伟,程泽坤.软土地基桩侧摩阻力研究进展初探[J].土木工程学报,2006(2):36.
[2]易发成,李少和,于远忠,等.CFG桩复合地基负摩阻力的几个问题[J].建筑技术,2006(7):37.
[3]张永安,胥洪伟,李少和.负摩阻力对CFG桩设计参数的影响[J].山西建筑,2006,32(24):110-111.
CFG桩复合地基法 篇2
高速公路CFG桩复合地基处理技术与质量控制
结合工程实践,对CFG桩软基处理方法在公路工程中的`应用情况进行阐述,并对该种桩体的一些工艺要求及注意事项进行介绍.
作 者：熊元 Xiong Yuan 作者单位：广州诚信公路建设监理咨询有限公司,广东,广州,510000 刊 名：建筑・建材・装饰 英文刊名：JIANZHU JIANCAI ZHUANGXIU 年，卷(期)： 10(5) 分类号：U4 关键词：高速出路 CFG桩 复合地基 处理技术 质量控制
CFG桩复合地基法 篇3
【关键词】CFG桩；复合地基；施工
水泥粉煤灰碎石桩(CementFly—ashGravelPile，简称CFG桩)是针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的。由于其施工方便、承载力高以及广泛的适用性等优点而得到迅速的推广和应用，目前已成为应用较为普遍的地基处理技术。
１．基本原理
CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递，并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大，若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层。桩间土承载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。（CFG桩复合地基示意图见图1）
由基体（天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基，能发挥CFG桩高承载力和良好的排水作用的特点。
图1 CFG桩复合地基示意图
2.工程实例
2.1工程概况
某高层住宅楼工程项目由1号、2号、3号楼、裙房及地下车库构成。1号、3号楼均为地下2层地上22层，2号楼为地下2层地上10层，基础埋深1号、3号楼为-8m，2号楼为-5m。1号～3号楼南侧为地下车库，车库基础埋深-13m，现场施工平面示意图如图2所示。
图2 现场施工平面示意图
2.2地基加固方案选择确定
地基处理方法的选择是由建筑物的基础形式、尺寸、深度、天然下卧土的物理力学性质、地下水及要求加固后的承载力提高值和变形量控制等因素决定。根据本工程基础埋深、地质情况，经对多种加固方案的经济、技术及工期对比，确定采用高强度小直径CFG桩复合地基。
2.3 CFG桩复合地基主要参数确定
根据设计单位提供的复合地基承载力要求，结合勘察单位提供的岩土工程勘察报告，本工程CFG桩复合地基主要设计参数见表l所示。
表1 CFG桩复合地基主要设计参数表
2.4施工准备
(1)基坑由其他施工单位施工，存在超挖情况，经协调回填砂性土整平压实后作为工作面施工，保证地基有足够承载力。
(2)施工技术交底：根据施工图，技术人员要进行技术交底。交底内容包括：施工方法、施工工艺、施工安全、机械使用等。
(3)编制试桩施工方案，通过成桩工艺性试验，对该地段内的地质情况进行复核，检验设备配置、施工工艺是否适宜，确定混合料配合比、坍落度、拔管速度、钻机的终孔电流值、保护桩长、钻机的有效钻杆长度等工艺参数。
2.5试桩
施工前要进行成桩试验，试验数量为7根一9根，若不能满足设计要求，应调整施工速率、填料量等施工参数，重新试验或修改施工工艺设计。
2.6土方开挖
本工程采用先挖土后打桩方案。土方采用机械开挖，开挖深度根据基底设计标高和桩顶保护土层厚度确定，本工程保护土层厚度为50cm、褥垫层厚度为20cm，开挖标高为素混凝土垫层底标高以上30cm。每侧土方开挖宽度应比基础外墙宽1．0m，以提供CFG桩作业面。
2.7施工工艺
2.7.1工艺流程
测量放线→钻机就位→钻孔至设计标高→泵送混凝土充满钻杆芯→提升钻杆边泵送混凝土→成桩→钻机移位打下一根桩→清理桩间土→桩头处理→验桩、验槽→褥垫层施工及验收→CFG桩复合地基检测验收。
2.7.2测量放线
在挖好的基坑里按照桩位平面图实地测放桩位，不同部位桩间距分别为1400mm×1300mm，1350mm×l300mm，打入地下30cm并灌入白灰，插上钢筋，便于找桩，编写测量放线记录。
2.7.3定桩位
根据工程测量放线资料和桩位布置图首先确定建筑物的控制轴线，然后进行桩的定位，施放的桩位应明显、易找、不易被破坏。本工程采用直径6mm、长20cm的木条加白灰表示桩位点。
2.7.4桩机就位
桩机就位必须平整、稳固。待桩机就位后，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1％。
2.7.5钻孔
钻孔前用1：1水泥砂浆润滑砼泵送管及钻杆内壁。钻头对准桩位，成桩偏差控制在规范要求范围内，并保证钻架垂直度偏差在l％以内。根据施工图纸和地质资料，制定可行的进尺、速度，不断地观察各种变化，掌握好钻进深度，注意钻杆的倾斜度，若发生斜孔时应采取相应的措施进行处理，钻机下钻的速度及钻进过程中的地质情况应做好记录，发现异常立即上报。在钻至设计桩底标高后，经监理工程师和质检员复核无误后，可进行下步工序施工。
2.7.6泵送混凝土成桩
为确保混凝土的质量，本工程CFG桩采用C20商品混凝土混凝土，其塌落度控制在18cm～20cm之间，以确保混凝土具有良好的流动性。当成孔至设计标高后，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后，方可开始提钻，严禁先提管后泵料，其钻具提升速度应达到相同时间内的泵送混凝土量略大于钻具提升量，一般宜控制在2m／min～3．5m／min，以防缩径。成桩过程应连续进行，应避免后台供料不足、停机待料现象。钻具提升距孔口0．5m时，停止泵送混凝土。利用管内存留混凝土灌满桩顶后，按上述步骤及要求进行下一根桩的施工。
2.7.7清桩间土、凿桩头和褥垫层铺设
CFG桩施工完毕2天后，人工将桩身保护桩头挖出；采用小型的专用挖掘机清运弃土，挖掘机进入处理范围后禁止在打桩工作面行走，挖掘机不得一次性开挖到设计标高，预留10cm由人工进行清槽；测出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断；桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高(桩顶标高容许偏差0～+20mm)；褥垫层材料选用碎石，粒径8～20mm，虚铺22cm后，然后用平板振动器压密至20cm，保证夯填度不大于0．9。
2.7.8 CFG桩复合地基检测
当本工程CFG桩施工完毕后，由具有检测资质的单位对每栋楼进行了复合地基静载荷试验检测和低应变桩身质量检测。根据规范要求，每栋楼由监理随机挑选了3根桩进行复合地基静载荷试验，试验结果表明，本工程CFG桩复合地基承载力满足设计要求。每栋楼低应变检测各抽查了10％，1号楼抽查了51根桩，I类桩48根，II类桩3根；2号楼抽查了74根桩，I类桩69根，II类桩5根；3号楼抽查了5l根桩，I类桩47根，II类桩4根。三栋楼均没有发现III类、Ⅳ类桩，桩身质量满足设计要求。
2.8施工中常见问题处理
2.8.1桩体裂缝
桩体裂缝一般发生在离桩顶1m左右的位置。主要原因是：在进行凿桩头处理时，用大锤横向锤击力量太大；桩间土机械开挖过程中碰撞桩体；桩体尚未达到一定强度，机械行走挤压使桩体裂缝；桩顶混凝土密实度不够也易产生裂缝。故凿桩头时用力不可过大，采用小型机械或人工开挖桩间土，在桩体尚未达到一定强度时尽量避免桩体附近的机械行走。当桩体出现裂缝时，采用灌注水泥浆或凿除接桩处理。
2.8.2缩径或断桩
拔管速度太快或是泵送混凝土不连续时，会产生缩径或断桩；提钻速率过低，会出现高压管路堵塞甚至管路崩开等故障，造成桩身混凝土质量缺陷，甚至产生断桩。因此，要控制拔管速度(1．2m／min～1．5m／min)，每拔管1．5m～2．0m，留振20s。当出现缩径或断桩时，可采取扩径方法，如复打法、翻插法或局部翻插法，也可以进行加桩处理。
2.8.3桩身混凝土离析
混凝土坍落度较大，在泵压作用下，骨料与砂浆分离，会造成泌水、离析；混凝土泵送不连续，在饱和砂土、饱和粉土层中停泵待料时易造成混合料离析。要控制好混凝土坍落度，保证混凝土浇筑连续。当因混凝土离析造成桩身质量缺陷时，采用复打、翻插等扩径方法处理。
3.结束语
CFG桩以其自身的优势，成为近年来高层建筑中应用较为普遍的地基处理技术之一。但是，由于施工技术水平的差异，场地地基土的变化等种种因素，在施工中也发生了不少的质量事故，因此，只有严格CFG桩材料质量要求，掌握它的工艺特点，针对施工过程中易出现的各种质量问题，采取相应的技术保证措施，才能确保CFG桩成桩质量。
【参考文献】
［１］王林华.CFG桩复合地基的探讨[J].治淮，2010（11）.
［２］丁泽培，闫忠明.CFG桩复合地基的质量控制要点及常见问题处理[J].中州建设，2011（13）.
CFG桩复合地基设计 篇4
1 CFG桩设计原理
1.1 CFG桩复合地基设计参数
桩径的确定取决于所采用的成桩设备, 一般设计桩径为35O~600mm;桩间距一般S取 (3~5) d, 桩间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形、土性与施工机具;桩体强度满足fcu为:fcu≥3Rk/Ap;褥垫层厚度一般取1O~30cm为宜, 褥垫层材料可用粗砂、中砂、碎石、级配砂石 (最大粒径不大于20mm) 。
1.2 CFG桩布置原则
CFG桩布置原则只布在基础范围以内。对墙下条形基础, 在轴心荷载作用下, 可采用单排、双排或多排布桩, 且桩位宜沿轴线对称。对独立基础、箱形基础、筏基, 基础边缘到桩的中心距一般为一个桩径或基础边缘到桩边缘的最小距离不宜小于150mm, 对条基不宜小于75mm。
1.3 CFG桩复合地基承载力计算
(1) 根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2012, 计算单桩承载力特征值;
当采用单桩载荷试验时, 应将单桩竖向极限承载力Rk除以安全系数2;
当无单桩荷载试验资料, 可按下式:
(2) 根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2012, 计算复合地基承载力特征值fspk为:
1.4 CFG桩复合地基沉降验算
一般情况CFG桩复合地基沉降由三部分组成。其一为加固深度范围内的压缩变形S1, 其二为下卧层变形S2, 其三为褥垫层变形S3。由于S3数量很小可以忽略不计, 则有S=S1+S2。S1、S2按公式五计算, S2在计算时公式中的Esi用ξEsi代替,
2 工程及土层概况
本工程土层从上至下分别描述如下:
2.1 杂填土:
主要由砖、碎石等建筑垃圾及粘性土组成。
2.2 粉质黏土:
可塑, 中压缩性。全场区分布。fak=160KPa, Es=6.2MPa。桩侧阻力标准值qsik=19KPa。
2.3 粉质黏土:
可塑, 中压缩性。全场区分布。fak=110KPa, Es=4.6MPa。桩侧阻力标准值qsik=11pa。
2.4 粉质黏土:
可塑, 中压缩性fak=130KPa, Es=4.8MPa。全场区分布。桩侧阻力标准值qsik=18Kpa。
3 CFG桩设计
3.1 CFG桩计算数据
计算数据:本工程室内外高差0.45m, 基础顶标高-5.50m, 筏板尺寸为20mx56m, 筏板基础作用在3层粉质黏土上地基承载力标准值fka为110k Pa。CFG桩作用在6层粗砂上, 桩径D=400mm, 桩长21m, 桩距取1.5m, 褥垫层厚度为200mm。桩间土承载力折减系数β取0.95, 单桩承载力发挥系数λ取0.9, 不考虑复合地基承载力深度修正。各层土的压缩模量、桩侧阻力标准值qsik、桩端阻力标准值qpk详见各土层概况。
3.2 CFG桩复合地基承载力计算
(1) 单桩承载力:Ra=up×∑qsi×li+qp×Ap=860KN
(2) CFG桩复合地基承载力:
其中:m=Ap/1.52=0.0557, 满足承载力要求。
(3) 桩身强度计算:fcu≥3Ra/Ap=19.5MPa, CFG桩身混凝土强度选用C25。
(4) 确定褥垫层厚度选取:200mm。
4 基础沉降计算
复合地基压缩量的提高倍数ξ=fspk/fak=440/110=4
修正后土层压缩模量:
基底附加压力:po=430-h×γ0=430- (5.5-0.5) ×18=340KPa
根据Δs’≤0.025∑Δsi’=0.025s’要求, 沉降计算取基底以下24m。沉降计算经验系数ψs=0.31。
满足沉降要求。
CFG桩复合地基设计主要确定桩长、桩径、桩间距, 使处理后的地基满足承载力和沉降要求。
摘要：CFG桩复合地基因承载力提高幅度大、施工简便、造价低等特点, 广泛应用于各项工程。本文结合实际工程介绍一下CFG桩复合地基设计。
关键词：CFG桩复合地基设计参数,CFG桩复合地基承载力和沉降计算,CFG桩布置原则
参考文献
CFG桩复合地基及其应用 篇5
1.1 挤密作用
利用振动成桩工艺时, CFG桩对于挤密效果好的土来讲, 由于桩管振动和侧向挤压, 使得桩间土得到挤密, 从而提高了桩间土的承载力。
1.2 置换作用
CFG桩是具有一定粘结强度的非柔性桩, 桩体强度一般为C5~C20, 在上部荷载作用下, 首先是桩体受力, 表现为明显的应力集中现象, 桩土应力比可达10~40。
1.3 排水作用
CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时, 由于成桩的振动作用, 会使土体内产生超孔隙水压力, 当上面还有弱透水层时, 刚刚施工完成的CFG桩是一个良好的排水通道, 孔隙水将沿着桩体向上排出, 这种排水作用直到CFG桩体结硬为止。
1.4 褥垫层作用
CFG桩复合地基在桩顶必须设置一定厚度的褥垫层, 通过它的流动补偿作用, 减弱基础底面的应力集中现象, 保证基础始终通过褥垫层把一部分荷载传到桩尖土上, 达到桩土共同承担荷载的目的。
2 CFG桩复合地基的设计
CFG桩复合地基的设计应包括以下内容:
2.1 桩的平面布置:一般来讲可只布置在基础范围内。
2.2 桩距:一般为S= (3~6) d。桩距的大小取决于设计要求的复合地基的承载力、土性与施工机具。
2.3 桩径:桩径一般为350~600mm, 通常选用φ=400mm。
2.4 桩长:
可根据具体地层情况, 结合桩侧摩擦力及桩的端承力值大小综合确定, 一般情况CFG桩桩端应位于相对硬层上。
2.5 桩体强度:
最低强度应按3倍的桩顶应力确定, 砼标号一般为C5~C20。长螺旋钻孔泵压混合料成桩工艺, 考虑泵送混凝土工艺特殊要求, 通常选用15混凝土为宜。
2.6 桩顶褥垫层:
褥垫层厚度一般取10~30cm为宜, 当桩径、桩距大时褥垫层厚度宜取高值。褥垫层材料宜用粗砂、中砂、碎石、级配砂石, 最大料径不宜大于30mm。
3 CFG桩的工程应用
3.1 工程概况
某住宅楼位于通洲区, 长57m, 宽17.7m, 高39m, 十二层, 有层地下室, 框架结构, 筏板基础, 基础埋深3.40m。设计要求复合地基承载力特征值为240k Pa, 变形满足规范要求。
3.2 场地工程地质条件
场地地层依据岩土工程勘察报告自上而下依次为:
(1) 层粉质粘土素填土:黄褐色, 含砂粒、砖渣、灰渣等。稍湿, 松~稍密, 层厚0.5~1.2m。
(2) 层新近沉积粉质粘土:褐黄色, 含云母、氧化铁, 湿饱和, 软塑可塑, 层间夹 (2) 1层粘质粉土透镜体, 层厚5.8~8.1m。压缩模量ES=5.3MPa, fka=110k Pa, qsa=20k Pa。该层为基底持力层。
(3) 层新近沉积粉砂:灰黄色, 含云母、氧化铁, 饱和, 稍密, 层间局部夹 (3) 1层粉质粘土透镜体, 层厚2.0~4.8m。压缩模量经验值ES=12MPa, 标准贯入试验锤击数N=10~11击, fka=150k Pa, qsa=30k Pa。
(4) 层新近沉积中砂:灰黄色, 含云母、氧化铁, 饱和, 中密~密实, 层厚4.0~5.5m。压缩模量经验值ES=20MPa;标准贯入试验锤击数N=18击, fka=240k Pa, qsa=40k Pa, qpa=600k Pa。该层为CFG桩的桩端持力层。
以下为一般第四纪冲洪积地层:
(5) 层粉质粘土:黄褐色, 含云母、氧化铁, 饱和, 可塑, 层厚1.2~2.5m。压缩模量ES=16MPa, fka=250k Pa。
(6) 层粉细砂及中粗砂:灰白色, 含云母、石英, 饱和, 密实, 该层为有韵律沉积的砂类土, 层厚大于5m。压缩模量经验值ES=25MPa,
以下地层略。
场地地下水静止水位埋深4.10~5.50m, 地下水对混凝土无腐蚀性。本场地地震基本烈度为8度;建筑场地类别为Ⅲ类;场地内地基土无液化现象。
3.3 地基处理方案选择
住宅楼基底落在 (2) 层粉质粘土层上, 该层属新近沉积, 土质较软, 地基土承载力特征值仅为110k Pa, 不能满足设计要求的240k Pa。另外, 该住宅楼北侧及东侧为居民区。我们通过方案对比论证, 排除了钢筋混凝土灌注桩、预制桩、振冲碎石桩及振动沉管CFG桩等有施工振动噪音的地基处理方法, 决定采用无泥浆污染、无振动、无噪音扰民的长螺旋钻孔砂压混合料成桩的CFG桩地基处理方法。
3.4 CFG桩复合地基设计与计算
3.4.1 CFG桩复合地基设计
布桩方式采用筏板基础范围内等边三角形满堂布设, 桩间距1.6m, 面积置换率m=0.057。
设计桩径φ=400mm, 有效桩长8m, 桩端持力层为 (4) 层中砂, 要求桩端进入中砂层不少于1m。
设计CFG桩桩身强度为C15, 桩体材料为碎石 (料径20mm) 、中粗砂、P.O32.5水泥、Ⅱ级粉煤灰、泵送剂和水。
本工程共布设CFG桩470根。
CFG桩施工完毕后, 在桩顶铺设300mm厚能为配砂石褥垫层, 能为配砂石最大料径不宜大于30mm, 褥垫层铺设宜采用静力压实法, 要求夯填度不得大于0.9。
3.4.2 CFG桩复合地基承载力计算
CFG桩单桩竖向承载力特征值可按下列两式计算, 并取其中小值:
式中:
fcu-桩体砼试块 (边长150mm立方体) 标准养护28d立方体抗压强度平均值 (k Pa) ;
Ra-单桩承载力特征值 (KN) ;
Ap-桩的截面积, Ap=0.1256m2;
Up-桩的周长, Up=1.256m;
qsi-桩侧第i层土的侧阻力特征值 (k Pa) , 根据岩土工程勘察报告提供数据取值;
qp-桩的端力特征值 (k Pa) , qp=600k Pa;
li-第i层土的厚度 (m) ;
代入以上数据, 结果如下:
所以设计时单桩承载力特征值取330KN。复合地基承载力特征值可按下式计算:
式中:
fspk-复合地基承载力特征值 (k Pa) ;
m-桩土面积置换率, m=0.057;
Ap-桩的横截面积, Ap=0.1256m2;
β-桩间土承载力折减系数, 宜取0.75~0.95, 本工程取β=0.9;
fsk-处理后桩间土承载力特征值 (k Pa) , fsk=110k Pa。
所以:
满足设计要求。
3.4.3 复合地基的变形验算
目前复合地基的变形计算理论还处在不断发展和完善这中, 一般认为复合地基的变形主要由加固土体变形S1和下卧层变形S2两部分组成, 分别按分层总和法进行沉降计算。
复合土层的分层与天然地基相同, 各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍, ξ值可按下工确定:
式中:
fak-基础底面下天然地基承载力特征值 (k Pa) ;变形计算经验系数φs可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中表5.3.5取值:
本工程经计算查表, 变形计算经验系数φs=0.33;
复合地基的总沉降量S为:
式中:
P0-对应于荷载标准值时的基础底面处的附加压力 (k Pa) ;
n1-加固区分层数;
n2-总的分层数;
Esi-基础底面下第i层的压缩模量 (MPa) ;
zi, zi-1-基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离 (m) ;
ai, ai-1-基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加压力系数;
ξ-加固区土层模量提高系数;
本工程基底附加压力标准值近似为:
依据各土层压缩模量, 代入式 (5) , 求得复合地基最终沉降量为49mm, 滞设计及规范要求。
3.5 CFG桩复合地基的施工
3.5.1 CFG桩材料及配比
CFG桩桩身强度等级为C15, 正式施工时配合比为:
水泥:水:砂:碎石:泵送剂:粉煤灰292 210 738 10615.04 44 (kg/m3)
其中水灰比为0.72, 砂率41%, 坍落度18~20cm。
3.5.2 CFG桩施工程序
CFG桩施工时, 首先钻机对准桩位, 调整桩身垂直度, 确保垂直度偏差不大于1%, 钻至设计深度, 压送混凝土同时担钻, 压灌至设计桩顶标高, 停止压灌, 移机至下一桩位。整个复合地基施工周期为10天。
3.6 复合地基效果检测
CFG桩施工28天后, 北京市建设工程质量检测中心第一检测所对该CFG桩复合地基进行了检测, 结果如下:
3.6.1 CFG桩桩身完整性
检测单位进行了CFG桩体反射波法低应变动力检测, 抽测率10%, 基抽测47根桩。抽测的47根桩反射波形规则、波列清晰、桩底反射明显, 桩身完整;CFG桩的平均波速为3860m/s, 检测合格率100%。
3.6.2 单桩复合地基承载力
按CFG桩平面分布, 随机抽测了3根桩做单桩复合地基静载荷试验, 三组试验结果为:复合地基承载力标准值fk≥240 k Pa。
三组单桩复合地基静载荷试验Q-S曲线见图1、2、3。
3.6.3 检查桩体试块抗压强度
施工过程中做CFG桩桩身砼试块10组, 经过28天龄期标准养护, 抗压强度试验最小值为17.0MPa, 天于混凝土设计强度等级C15。
住宅楼竣工后的沉降观测资料表明, 该楼沉降已基本稳定, 最大沉降量为22mm, 在规范允许范围内。
4 结论
目前, 长螺旋钻孔泵压混合料成桩的CFG桩复合地基的施工方法是一种比较先进和实用的施工方法, 它无振动、无噪音、无泥浆污染, 通过其转换作用能较大幅度提高复合地基承载力。尤其适合城市地基处理工程使用。CFG桩作为目前有效的地基处理方法, 具有如下工程特性:
4.1 承载力提高幅度大, 可调性强
CFG桩桩长可以从几米到二十多米, 并可全长发挥桩的侧阻力。
当地基土承载力较好时, 荷载又不大, 可将桩长设计的短一些;荷载大时, 桩长可以长一些。特别是天然地基承载力较低, 而设计要求的承载力较高, 用散体材料难以满足设计院要求时, 则CFG桩复合地基比较容易实现。
4.2 适用范围广
对基础型式而言, CFG桩既可适用于独立基础和条形基础, 也可适用于筏式基础和箱形基础。
就土性而言, CFG桩既可用于填土又可以用于饱和及非饱和粘性土;既可以用于挤密效果好的土又可用于挤密效果差的土。
CFG桩复合地基通过改变桩长、桩距、褥垫层厚度和桩体配比, 使复合地基的承载力提高幅度具有很大的可调性, 沉降变形小, 施工简单。
CFG桩复合地基与预制桩和钢筋混凝土灌注桩相比可节省造价1/3~1/2。
参考文献
[1]JGJ79-2002.建筑地基处理技术规范[S].
[2]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].
[3]GB50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].
浅谈CFG桩复合地基的应用 篇6
1 基本原理
CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表,目前多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cement flying-ash gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接,无论桩端落在一般土层还是坚硬土层,均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样,由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小,再加上CFG桩不配筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料,大大降低了工程造价。
夯实水泥土桩是用人工或机械成孔,选用相对单一的土质材料,与水泥按一定配比,在孔外充分拌和均匀制成水泥土,分层向孔内回填并强力夯实,制成均匀的水泥土桩。桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。夯实水泥土桩作为中等粘结强度桩,不仅适用于地下水位以上淤泥质土、素填土、粉土、粉质粘土等地基加固,对地下水位以下情况,在进行降水处理后,采取夯实水泥土桩进行地基加固,也是行之有效的一种方法。夯实水泥土桩通过两方面作用使地基强度提高,一是成桩夯实过程中挤密桩间土,使桩周土强度有一定程度提高,二是水泥土本身夯实成桩,且水泥与土混合后可产生离子交换等一系列物理化学反应,使桩体本身有较高强度,具水硬性。处理后的复合地基强度和抗变形能力有明显提高。
复合地基设计中,基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层,是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层,对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层,复合地基承载特性与桩基础相似,桩间土承载能力难以发挥,不能成为复合地基。基础下设置褥垫层,桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降,即使桩端落在好土层上,也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上,使桩土共同承担荷载。
由基体(天然地基土体)和两种增强体三部分组成的人工地基,既能发挥CFG桩高承载力和良好的排水作用的特点,又因CFG桩的插入而使水泥土桩的侧限约束作用得到增强。同时,由于设置了夯实水泥土桩,地基土的变形能力可得到有效的改善,并同时提高了土体的抗剪强度,亦可使CFG桩避免产生刺入破坏的可能。
2 CFG桩复合地基的设计与施工
本工程设计主要参数为单桩竖向承载力标准值850kN,桩径420mm,桩长17m,桩端持力层为强风化岩,桩身混凝土强度等级C25;面积置换率4.26%,按正方形布置,桩间距为1.80m×1.80m。
2.1 施工准备资料和条件
(1)建筑场地和勘察报告。
(2)CFG桩图和设计说明。
(3)建筑场地的水准控制和点和建筑物位置控制坐标。
(4)具备三通一平。
2.2 塑料排水板的设计
在地基中设置塑料排水板的作用主要是增加排水途径,缩短排水距离,使素砼加快沉降发展。塑料排水板设计是将塑料排水板换算成当量直径的砂井,采用砂井理论和设计方法,塑料排水板打设在桩周围,由于淤泥层较深,所以塑料排水板要打穿透淤泥。
结度是计算塑料排水板设计中一个很重要的问题,因为知道各级荷载下不同时间的固结度就可以推算出地基强度增长和荷载的沉降量,从而可以进行各级荷载下的稳定系数,确定加载相应计划。
2.3 技术措施
(1)确定施工机具和配套设备。
(2)材料的规格技术要求及数量。
(3)试桩长孔数量不少于1%,以复核地质资料及设计工艺是否适宜,以便即时修订技术参数。
(4)按照施工图放好桩位。
(5)确定打桩顺序与桩距有关,软土中因桩距较大可采用间隔跳打法。
(6)复合基准线水准点,CFG桩的轴线定位点。(7)施工中作好桩进深情况表。
2.4 施工机具
螺旋钻机,砼泵车。
2.5 施工工艺
钻机就位→成孔→钻杆内灌注混凝土→提升钻杆→灌注孔底混凝土→边泵送边提升钻杆→成桩→钻机移位。
(1)钻机在钻到预定深度后空转30s。
(2)拔管速度放慢,拔管过程中不允许出现反插,不允许出现供料不及时现象,如果不可避免则在检测报告出来后根据报告视具体情况而定是否进行补桩。
(3)在拔出地面后应使桩顶标高宜高于地面50cm封顶,利用七自重应力对桩头进行保护。
(4)在施工过程中作好材料的试块的取样工作,进行28d后的抗压强度。
(5)待桩体达到一定强度后(一般为3～7d)进行施工的长桩检测,并根据检测报告作出响应的处理。
(6)桩头处理后进行褥垫层的饿铺设,其多余宽度不得小于垫层的厚度。
2.6 质量要求及成品保护
(1)质量要求:①桩长允许差≤1/2D。②桩径允许差≤2cm。③轴线允许差≤1%。④桩位允许偏差:轴线方向在1/3D。
(2)成品保护:①CFG桩成桩后待达到一定强度后(一般为3～7d)后进行桩头处理。②土方开挖时不可对桩顶以下的土体进行破坏,应尽量避免扰动桩间土。③剔除桩头时先找出桩顶的标高位置,用钢钎等工具沿桩心剔除多余桩头。在操作过程宜两个方向同时进行,不可用重锤或重物横击桩体,直到设计标高,并把桩顶找平。④如果在基槽开挖和剔除时造成桩断至桩顶设计标高以下时,应进行接桩,但在接桩过程中要保护好桩间土。
3 CFG桩复合地基试验与检测
3.1 复合地基试验
为检验CFG桩施工工艺及复合地基加固效果,取得设计和施工的技术数据,进行了三根单桩静荷载试验,参数与工程桩相同。单桩试验最大加载值分别为1700kN、1800kN、1900kN,加载程序和判定标准按规范要求。
3.2 复合地基承载力分析
单桩强度控制的承载力标准值,取各试验点最大荷载或极限荷载的一半,则3根单桩平均承载力标准值为893kN。根据公式推算,复合地基承载力标准值为510kPa>475kPa。
3.3 静载和动测检验
(1)静荷载试验。静压三根单桩复合地基和三根单桩试验结果表明:三根单桩复合地基静载试验和三根单桩静载试验的Q-s曲线、s-lg(t)曲线均未出现陡降迹象,表明单桩复合地基承载力满足设计要求。单桩静载试验在标准值为850kN时,沉降分别为2mm、3.6mm、3.6mm,说明单桩承载力仍有很大潜力。
(2)低应变动力试验。试验依据《基桩低应变动力检测规程》进行,检测桩数为总桩数20%。
3.4 检测结果
(1)CFG桩桩体强度满足C25的设计要求。
(2)浅部断裂桩2根,经开挖核实断裂在距桩顶0.5m左右处,断裂处混凝土对接吻合,分析为剔凿保护桩头混凝土不慎所致。经清理后复测,发现下部桩身质量基本均匀完整,属合格桩。
4 结语
CFG桩复合地基由于桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力,其受力和变形类似于素混凝土桩,具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点,经济效益和社会效益非常显著,具有广阔的发展前景。
摘要：随着建筑工程技术的不断创新,地基处理手段越来越多样化,复合地基由于充分利用桩间土和桩的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。本工程应用CFG桩和复合地基充分发挥了CFG桩的高承载力特性,并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载能力。
关键词：CFG桩,复合地基,施工措施,质量要求
参考文献
[1]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范
浅议CFG桩复合地基及其应用 篇7
CFG桩一般来讲可只布置在基础范围内,桩距3d～6d,其大小取决于设计要求的复合地基的承载力、土性与施工机具。桩径一般为350 mm～600 mm,通常选用ϕ=400 mm。桩长可根据具体地层情况,结合桩侧摩擦力及桩的端承力值大小综合确定。桩体最低强度应按3倍的桩顶应力确定,混凝土标号一般为C5～C20,通常选用C15混凝土为宜,长螺旋钻孔泵压混合料成桩工艺。桩顶褥垫层厚度一般取10 cm～30 cm,当桩径、桩距大时褥垫层厚度宜取大值,褥垫层材料宜用粗砂、中砂、碎石、级配砂石,最大粒径不宜大于30 mm。
1 CFG桩的特点
1)成孔成桩一次完成,采用长螺旋钻孔,速度快,工期短。2)成桩质量好,承载力提高幅度大,可调性强。CFG桩桩长可以从几米到二十多米,并可全长发挥桩的侧摩阻力。当地基土承载力较好时,荷载又不大,可将桩长设计的短一些;荷载大时,桩长可以长一些。特别是天然地基承载力较低,而设计要求的承载力较高,用散体材料桩难以满足设计要求时,则CFG桩复合地基比较容易实现。3)CFG桩复合地基通过改变桩长、桩距、褥垫层厚度和桩体配比,使复合地基的承载力提高幅度具有很大的可调性,沉降变形小,施工简单。桩土共同承受荷载,使用效果好。4)施工无泥浆污染,无振动、无噪声扰民,使用粉煤灰环保节能。5)工程造价低,与预制桩和钢筋混凝土灌注桩相比可节省造价1/3～1/2,在高层建筑中经济效益好。6)适用范围广,对基础形式而言,CFG桩既可适用于独立基础和条形基础,也可适用于筏式基础和箱形基础;就土性而言,CFG桩既可用于填土又可用于饱和及非饱和黏性土;既可用于挤密效果好的土又可用于挤密效果差的土。
2 CFG桩的作用机理
1)挤密作用。利用振动成桩工艺时,CFG桩对于挤密效果好的土来讲,由于桩管振动和侧向挤压,使得桩间土得到挤密,从而有效提高了桩间土的承载力。2)置换作用。CFG桩是具有一定粘结强度的非柔性桩,桩体强度一般为C5～C20,在上部荷载作用下,首先是桩体受力,表现为明显的应力集中现象。3)排水作用。CFG桩在饱和粉土或砂土中施工时,由于成桩的振动作用,会使土体内产生超孔隙水压力,当上面还有弱透水层时,刚刚施工完的CFG桩是一个良好的排水通道,孔隙水将沿着桩体向上排出,这种排水作用直到CFG桩体结硬为止。4)褥垫层作用。CFG桩复合地基在桩顶必须设置一定厚度的褥垫层,通过它的流动补偿作用,减弱基础底面的应力集中现象,保证基础始终通过褥垫层把一部分荷载传到桩间土上,达到桩土共同承担荷载的目的。
3 CFG桩的工程应用
3.1 工程概况
某住宅小区位于烟台市莱山区,由5栋单体工程组成,均为地上22层,地下2层,框架结构,筏板基础,基础厚度1.2 m。设计要求复合地基承载力标准值为270 kPa,变形必须满足规范要求。
3.2 场地工程地质条件
场地属旧房拆除后场区,地层自上而下依次为:①杂填土。②粉质黏土,软塑。②1粉质砂土夹粉质黏土,可塑。③中粗砂。③1卵石混土。④1强风化云母片岩。④2中风化云母片岩。⑤1强风化变粒岩。场区地下水类型为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水,水位标高12.15 m～13.87 m。
3.3 地基处理方案选择
因为天然地基不能满足承载力和沉降变形的控制要求,本工程采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基处理以使其达到上部荷载和变形要求。
3.4 CFG桩复合地基设计
布桩方式采用筏板基础范围内等边三角形满堂布设,桩间距1.6 m,桩径400 mm,桩长11 m～13 m,桩端以进入⑤1层强风化变粒岩深度0.5 m为准,若桩端进入④1层强风化云母片岩,则桩长以进入④1强风化云母片岩深度1 m为准。
设计CFG桩桩身强度为C20,桩体材料为碎石(粒径20 mm)、中粗砂、水泥、粉煤灰、泵送剂和水,按照重量配合比水泥∶砂∶石子(5 mm～20 mm)∶水∶掺合料∶粉煤灰=1∶2.89∶3.53∶0.67∶0.12∶0.034配制。本工程共布CFG桩2 100根。
CFG桩施工完毕后,在桩顶铺设300 mm厚级配碎石褥垫层,褥垫层铺设采用静力压实法,当基础底面下桩间土含水量较少时,也可采用动力夯实法。
3.5 CFG桩施工程序
CFG桩施工时,首先钻机对准桩位,调整桩身垂直偏差不大于1%,钻至设计深度,持力层钻进时间严格控制在10 min,压送混凝土同时提钻,压灌至设计桩顶标高,停止压灌,移机至下一桩位。
整个复合地基施工周期为40 d。CFG桩施工28 d后,通过对该CFG桩复合地基进行检测,桩身完整性,单桩复合地基承载力及桩体试块抗压强度均不小于设计要求,Q—S曲线见图1,图2。
4 CFG桩经常出现的问题及解决办法
1)缩颈和断桩。当桩布置密集且连续作业时,土体孔隙水压力和液化指数均急剧增大,抗剪强度降低,新桩对已打未成型的桩主要表现为挤压,严重时会产生缩颈和断桩现象,对于这种问题应充分了解地质情况,合理安排打桩顺序和间隔时间。缩颈和断桩多发生于地下水位附近,因此必要时要降低地下水位。2)串孔。当打完一根桩后施工邻近桩时,已打桩发生桩顶下沉,造成的原因基本上为串孔,预防办法为施工时进行跳打,控制施工速度,减少叶片剪切作用对土体的扰动使土体发生液化抗剪强度降低。
总之,长螺旋钻孔泵压混合料成桩的CFG桩复合地基的施工方法是一种比较先进和实用的施工方法,通过其置换作用能较大幅度提高复合地基承载力,尤其适合城市地基处理工程使用。虽然在施工中可能遇到一些问题,但均可通过合理和有效的方法进行解决,然而它具有无振动、无噪声、无泥浆污染、造价低、适宜性强等诸多优点,融置换、增强、固结、压密、挤密于一体,既提高了桩周土的侧摩阻力又增强了承载力,具有广泛的市场发展前景。
摘要：介绍了水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)的特点及作用机理,结合工程实例阐述了CFG桩复合地基设计及施工程序,并总结出CFG桩经常出现的问题及解决办法,以期为类似工程地基处理方法的选用奠定基础。
关键词：CFG桩,复合地基,施工,应用
参考文献
CFG桩复合地基若干问题研究 篇8
唐山市东港龙城1号地住宅小区,位于唐山市开平区,总建筑面积约4万m2,6栋高层住宅(18层)均设一层地下室,另有会所等其他建筑。根据岩土工程勘察报告,场地地层主要为新近期人工填土和第四纪冲、洪积物。在勘探深度50 m范围内,除人工填土外,主要为第四纪沉积层的粉质黏土、粉土、砂质粉土、粉细砂及中粗砂等,在垂直方向上形成多次沉积韵律。住宅基底持力层为第②层粉土层,不满足基底压力240 kPa的设计要求。地质条件十分复杂,施工场地狭窄,通过技术经济对比,本人提出采用CFG桩复合地基提高场地地基承载力。
2 CFG桩复合地基工程特性
1)承载力提高幅度大、可调性强。
CFG桩桩长可以从几米到20多米,并且可全桩长发挥桩的侧阻力,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。当地基承载力较高荷载不大时,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。
对基础形式而言,CFG桩既可适用于条形基础、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。就土性而言,CFG桩可用于填土、饱和及非饱和黏性土,既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。
3)刚性桩的性状明显。
对柔性桩,特别是散体桩,如碎石桩,它们主要是通过有限的桩长(6～10)d(d为桩的直径)传递垂直荷载。当桩长大于某一数值后,桩传递荷载的作用已显著减小。CFG桩像刚性桩一样,可全桩长发挥侧阻,桩落在好的土层上时,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,向深层土传递荷载是其重要的工程特性。
4)桩体强度和承载力的关系。
当桩体强度大于某一数值时,提高桩体强度等级对复合地基承载力没有影响。因此复合地基设计时,不必把桩体强度等级取得很高,一般取桩顶应力的3倍即可。
5)复合地基变形小。
复合地基模量大、建筑物沉降量小是CFG桩复合地基的重要特点之一。大量工程实践表明,建筑物沉降量一般可控制在30 mm～50 mm。对于上部和中部有软弱土层的地基,用CFG桩加固,桩端放在下面好的土层上,可以获得模量很高的复合地基,建筑物的沉降都不大。
3 CFG桩复合地基设计中的几个问题
3.1 对褥垫层合理厚度的讨论
褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术,复合地基的许多特性都与褥垫层有关。褥垫层的作用表现在以下4个方面:保证桩、土共同承担荷载;调整桩、土荷载分担比;减小基础地面的应力集中;调整桩、土水平荷载的分担。为了发挥以上几个方面的作用,必须合理确定褥垫层厚度。褥垫层厚度过小,桩对基础将产生很显著的应力集中,需要考虑桩对基础的冲切,这势必导致基础加厚。如果基础承受水平荷载作用,可能造成复合地基中桩发生断裂。另外桩间土承载力不能充分发挥,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。褥垫层厚度大,桩对基础产生的应力集中很小,可以不考虑桩对基础的冲切作用,基础承受水平荷载的作用,不会发生桩的折断。褥垫层厚度大的另外一个好处是能充分发挥桩间土的承载力。若褥垫层厚度过大,会导致桩、土应力比等于或接近1。此时桩承担荷载太小,失去了意义。这样设计的复合地基承载力,不会比天然地基有较大提高。综合以上分析,结合大量的工程实践总结,及考虑技术上可靠、经济合理,褥垫层厚度取100 mm～300 mm为宜。
3.2 复合地基设计参数确定
CFG桩复合地基设计主要确定5个设计参数,分别为桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层厚度。关于褥垫层厚度前面已专门讨论,一般取100 mm～300 mm为宜,当桩径和桩间距过大时,结合对土性的考虑,褥垫层厚度还可适当加大。
1)桩长。CFG桩复合地基要求桩端落在好的土层上,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和变形的要求、土质条件和设备能力等因素。设计时根据勘察报告,分析各土层,确定桩端持力层和桩长。2)桩径。CFG桩桩径的确定取决于所采用的成桩设备,一般设计桩径为350 mm～600 mm。3)桩间距。一般桩间距为3d～5d(d为桩的直径)。桩间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形、土性与施工机具。一般设计要求的承载力大时取小值,但必须考虑施工时相邻桩之间的影响进行综合确定。4)桩体强度。原则上,桩体配比按桩体强度控制。
4 CFG桩复合地基设计及施工工艺选择
4.1 CFG桩复合地基设计
唐山市东港龙城1号地住宅设计采用筏板基础,基底埋深约4 m。根据勘察报告,基底处为第②层粉土层,天然地基承载力标准值综合考虑取fka=120 kPa。根据土层情况及处理后承载力要求,首先确定桩端持力层放在第⑤层细砂层中,有效桩长13 m。试取桩间距1.5 m×1.5 m,桩径400 mm,则面积置换率为4.89%。根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范,计算单桩竖向承载力标准值Rk=470 kN,桩体混凝土强度等级取C20,处理后复合地基承载力达到250 kPa,满足设计要求。沉降计算根据规范采用分层总和法,基底附加应力为180 kPa,计算得中心处最终沉降S=28.50 mm,角点最终沉降10.1 mm,沉降差1.2‰。最大沉降和差异沉降均满足设计要求。CFG桩复合地基褥垫层采用200 mm厚的碎石垫层。
4.2施工工艺的选择
常用的施工方法有振动沉管CFG桩施工工艺和长螺旋钻孔管内泵压混凝土施工工艺两种。振动沉管CFG桩施工工艺主要适用于黏性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件,尤其适用于松散粉土、粉细砂的加固,具有施工操作简便、施工费用低,对桩间土的挤密效果显著等优点。但振动沉管CFG桩施工工艺的缺点也是很明显的:1)难以穿透厚的硬土层如砂层、卵石层等;2)振动及噪声污染严重;3)在邻近已有建筑物施工时,振动对建筑物可能产生不良影响;4)在高灵敏度土中施工可导致桩间土强度降低;5)生产效率低。鉴于振动沉管CFG桩施工工艺存在以上问题,近年来开发了长螺旋钻管内泵压CFG桩的施工工艺。该工艺具有以下优点:低噪声,无泥浆污染;成孔制桩时不产生振动,避免了新打桩对已打桩产生的不良影响;成孔穿透能力强,可以穿透硬土层;施工效率高。根据场地地层条件和唐山地区的实际情况,本工程CFG桩施工采用长螺旋钻管内泵压CFG桩的施工工艺,成桩顺利、应用效果良好。
4.3地基处理检测结果
目前,该工程已圆满结束,通过专业检测部门的检测,地基承载力和沉降均满足设计要求。
5结语
本文结合唐山市东港龙城1号地住宅小区CFG桩复合地基处理工程实践经验,详细阐述了CFG桩复合地基的工程特性,并讨论了CFG桩复合地基设计中的若干问题。实践证明,CFG桩复合地基是一种非常经济、有效的地基处理方式,具有承载力提高幅度大,地基变形小等特点,并且具有较大的适用范围。
摘要：结合唐山市东港龙城1号地住宅小区地基处理工程,阐述了CFG桩复合地基工程特性,分析了CFG桩复合地基设计中的问题,探讨了CFG桩设计和施工工艺的选择,以推广CFG桩在工程中的应用。
关键词：CFG桩,地基承载力,复合地基,工程特性
参考文献
CFG桩复合地基抗震性能分析 篇9
关键词：CFG桩,褥垫层,耗能设施,振动效应
1 概述
近几年, 强烈地震频繁发生:2004年12月26日印度洋发生8.9级地震, 并引发海啸;2007年01月13日日本千岛群岛发生8.3级地震;2008年5月12日汶川发生8.0级地震;2010年1月12日海地发生7.3级强烈地震;2010年1月12日智利发生里氏8.8级强烈地震;2010年4月14日青海玉树发生7.1级地震, 过去十年中, 全球共发生3 852起自然灾害, 导致超过78万人死亡, 20多亿人受灾, 造成的经济损失超过9600亿美元, 地震是过去十年最致命的自然灾害。
随着科技进步, 对于突发性的地震灾害的防治研究转变为积极的抗震思想, 其中, 耗能减震是应用比较广泛的积极抗震的方法之一。耗能减震是在结构的抗侧力构件中设置耗能部件, 当结构承受地震作用时, 耗能构件或耗能装置产生弹塑性滞回变形, 吸收并消耗地震输入结构中的能量, 以减少主体结构的地震响应, 达到减震控震的目的。简单地说, 就是在结构中采用一些耗能设施, 将地震时所产生的动能消耗一部分, 从而使地震动能尽量少的传递给建筑物, 进而使上部建筑物的振动响应控制在允许的范围内, 减少地震对建筑物的突发性破坏。CFG桩复合地基的独特的结构正体现了这种思想, 具有良好的抗震性能。
2 CFG桩复合地基结构特点
CFG桩是在碎石桩体中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥, 加水拌和, 用各种成桩机械在地基中制成的强度等级为C5~C25的粘结强度较高的桩体, 称之为水泥粉煤灰碎石桩 (Cement.Fly-ash.Gravel pirle) , 简称CFG桩。通过在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保护桩、土共同承担荷载, 使CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大, 地基变形小等特点, 并且具有较大的适用范围, 在地基处理工程中得到广泛应用。
褥垫层是CFG桩复合地基的一个核心技术, 许多结构特性都与褥垫层有关, 褥垫层是由粒状材料组成的散体垫层, 用以保证桩、土共同承担荷载, 调整桩、土荷载的分担比例, 最大限度发挥桩体的作用, 还可以改善基础地面的应力集中程度, 减少不均匀沉降, 提高复合地基的稳定性。但是如果褥垫层厚度过小, 桩对基础将产生明显的应力集中, 桩间土承载能力不能充分发挥作用, 当基础承受水平荷载作用时, 可能造成CFG桩断裂;褥垫层的厚度过大, 会导致桩、土应力比等于或接近1, 此时桩承担的荷载太小, CFG桩复合地基的设置则失去意义。所以, 合适的褥垫层厚度对于CFG装复合地基承载能力是至关重要的。
3 地震力作用下CFG桩抗震性能分析
CFG桩是一种细长杆件, 传递水平荷载的能力远小于传递垂直荷载的能力, CFG桩复合地基通过褥垫层把桩和基础断开, 改变了过分依赖于桩承受垂直荷载和水平荷载的受力结构。当基础承受垂直荷载时, 桩和桩间土都要发生沉降变形, 桩的弹性模量远远大于土的弹性模量, 由胡克定律可知桩比土的变形小, 由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层, 桩可以向上刺入, 褥垫层的材料不断调整补充到桩间土上, 以保证在任一荷载作用下, 桩和桩间土始终参与工作。随着时间的变化, 桩间土表面的变形不断增加, 但桩和土的荷载分担均为一常量, 不随时间的变化而发生变化。
仅仅考虑水平地震时, 用水平剪力代替上部结构的地震作用后, 利用剪力层法求解, 得出了褥垫层的运动微分方程, 从而可反演出褥垫层内的水平动剪力传递过程。放置适当厚度的褥垫层, 水平剪切波从深层基岩或土层通过CFG桩向上传递给褥垫层, 继而上传给上部结构, 使其振动, 用于平衡上部结构的地震作用产生的水平剪力又由褥垫层下传给CFG桩和桩间土, 由于褥垫层颗粒间重排和内部剪切变形, 水平剪力得到一定程度的衰减, 而且加入褥垫层后, 桩与上部结构通过褥垫层连接, 桩和上部结构的刚度和单位高度质量相对褥垫层较大, 所以褥垫层的振动效应最大, 而上部结构振动效应降低, 褥垫层起到了耗能设施的作用, 地震时传递给上部结构的动能减小, 表现在剪应力得到近一倍的衰减, 而通过程序计算, 上部结构的相对水平位移值很小且为反向。这说明了褥垫层的存在, 没有放大上部结构的水平地震作用, 在一定程度上, 褥垫层的存在提高了整个桩基的抗震性能。
4 结束语