复合地基应用（精选12篇）
复合地基应用 篇1
1 CFG桩的概述
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称,英文全名为Cement Fly-ash Gravel pile,缩写为CFG桩。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,与桩间土、褥垫层一起构成复合地基。与普通桩基相比,由于CFG桩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,工程造价一般为桩基的1/3～1/2。
CFG桩的施工工艺主要有三种:1)长螺旋钻孔灌注成桩,适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;2)长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩,适用于黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;3)振动沉管灌注成桩,适用于粉土、黏性土及素填土地基。
综上所述,CFG桩具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉等优点。
2 工程实例
2.1 工程概况
沈阳市远大博林特电梯有限公司C2电梯实验塔,位于沈阳市铁西区,平面形状为三角形(去角),边长约为20 m。地下3层,地上39层,塔顶标高176.550 m。
本工程采用钢筋混凝土结构,抗震设防烈度为7度,场地土类别为Ⅱ类,地下水为孔隙潜水,稳定水位埋深为3.5 m～4.6 m,水位标高为25.66 m～27.11 m,抗浮设计水位标高为29.00 m。
2.2 地基方案比选
根据《建筑地基基础设计规范》5.1.3条,在抗震设防区,除岩石地基外,天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15;桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/18～1/20。经计算,基础的埋置深度应大于176.550×1/15=11.8 m,±0.000标高为31.700 m,室外地坪标高-0.450 m,场地土标高31.100 m,相对标高-0.600 m。确定基础持力层为粗砂⑤,筏板底标高为-14.050 m。基础埋深为13.450 m>11.8 m,满足要求。粗砂⑤的平均厚度为9.5 m,粉土⑥的平均厚度为8.25 m。经过深度和宽度修正计算,粗砂⑤修正后的地基承载力特征值fa=1 211 kPa,粉土⑥修正后的地基承载力特征值fa=752 kPa。基础采用筏板,厚3 m,长边挑出5 m,经验算地基承载力满足要求,下卧层承载力满足要求。但地基变形不满足要求,平均沉降量约为212 mm。根据《建筑地基基础设计规范》5.3.4条规定体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)允许值为200 mm。因此基础的问题是变形不满足要求而不是承载力。解决方法有两个,一个是做桩基础,另一个是地基处理。
考虑到做桩筏基础桩要钻透粗砂⑤,桩端落在中砂⑦上,相当于钻透承载力较好土层,桩端落在承载力较差的土层上,桩间土的承载力利用不够充分;另外,中砂⑦的变形模量为22.8 MPa,也不够理想;加之桩筏基础桩的用钢量较大不够经济。因此,选用地基处理方案,用CFG桩做地基处理,形成复合地基,这样在减小地基变形,尤其是在减小粉土⑥的变形上效果显著。
3 CFG桩的设计
3.1 桩长的确定
根据基础的埋深和《地质报告》中的土层分布深度可计算出筏板下粗砂⑤的平均厚度为9.5 m,粉土⑥的平均厚度为8.25 m,粉土⑥下面是中砂⑦,可以作为桩端的持力层。考虑到土层分布的不均匀性,粉土⑥局部较厚,为避免桩端进入持力层长度不足,取桩长为20 m,平均进入持力层2.25 m,满足要求。
3.2 桩径的确定
CFG桩的桩径宜取350 mm～600 mm,一般采用400 mm。桩径过小施工质量不易控制,桩径过大,需加大褥垫层厚度才能保证桩土共同承担上部结构传来的荷载。另外,从施工设备方面考虑,由于场地土中含有粗砂、中砂,强度较高,不宜采用挤土的振动沉管工艺。拟采用长螺旋钻孔灌注成桩的施工工艺,故确定桩径为600 mm。
3.3 桩间距的确定
本工程考虑到持力层承载力较高,应充分利用桩间土的承载力,采用大桩距的“疏桩理论”,将桩间土的承载力充分利用,不足的部分由CFG桩来承担。最后,综合考虑桩间距取4.5d即2.7 m。
3.4 褥垫层厚度的确定
褥垫层的存在保证了桩、土共同承担荷载。CFG桩复合地基通过设置褥垫层,在上部荷载作用下,桩体一定程度“刺入”褥垫层中,使桩间土充分发挥作用,保证桩、土共同承担荷载。而且褥垫层越薄,桩承担的荷载越大,褥垫层的刺入量也就越小。
《建筑地基处理技术规范》中9.2.3条规定桩顶和基础之间应设置褥垫层,褥垫层厚度宜取150 mm～300 mm,当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。考虑本工程桩径、桩间距都较大,褥垫层厚度取300 mm,材料采用中粗砂。
3.5 桩体标号的确定
原则上桩体配比按桩体强度控制,桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求:
计算单桩承载力特征值Ra。
故取CFG桩体强度等级为C25。
3.6 复合地基承载力特征值的计算
对于粗砂⑤:
对于粉土⑥:
3.7 复合地基的变形计算
未处理前,沉降量S=211.87 mm,处理后的沉降量计算:
上部荷载引起压应力P上=433.36 kPa(面积 621.26 m2);
承台重增加压应力ΔP=-222.00 kPa;
承台底平均附加应力P0=211.36 kPa;
基底深度HP=11.10,水头深度HW=4.40,平均容重AVEGAM=20.00。
复合地基的变形计算结果统计表见表1。
压缩深度Z:30.000 m;平均模量Es:26.556 MPa;∑S=150.12 mm;规范经验系数:ψs=0.200 0;计算经验系数:ψ=1.000 0;沉降量:S=30.02 mm,满足要求。
4 结语
CFG桩复合地基中褥垫层具有保证桩、土共同承担荷载;减小基础底面应力集中;调整桩、土荷载分担和减小桩顶水平应力集中的作用。桩和桩间土及褥垫层一起构成CFG桩复合地基,它的设计思想是充分发挥桩间土的水平和垂直承载能力,因此在本工程中对于减小地基变形效果明显。再加上CFG桩桩体材料廉价,相同条件下采用CFG复合地基方案比采用预制桩方案节约造价1/2,比灌注桩节约约1/3,取得了较好的经济效果。
摘要：简要介绍了CFG桩复合地基的概念,适用范围及特点,以沈阳市某公司C2电梯实验塔工程为例,对其地基方案进行了比选,具体阐述了采用CFG桩复合地基减少地基变形的设计过程,经实践取得了良好效果。
关键词：CFG桩,复合地基,桩径,沉降量
参考文献
[1]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].
[2]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
[3]阎明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[4]冯玉芹,张凤红,王英浩.CFG桩复合地基褥垫层室内试验研究[R].2000.
[5]阎明礼,吴春林,杨军.CFG桩复合地基设计[A].第四届全国地基处理学术讨论会论文集[C].1995.
[6]刘武.CFG桩复合地基加固机理与工程应用[J].山西建筑,2009,35(14):104-106.
复合地基应用 篇2
根据CFG桩复合地基的承载机理和特性,提出了CFG桩的应用与设计.并参照<建筑地基处理技术规范>(JGJ79-),结合工程实例中单桩承载力及复合地基承载力标准值的计算,对其在复合地基中的.适用性和可行性进行了探讨.
作 者：刘景兰 周姝娟 刘宇峰 李丽萍 LIU Jing-lan ZHOU Shu-juan LIU Yu-feng LI Li-ping 作者单位：刘景兰,周姝娟,李丽萍,LIU Jing-lan,ZHOU Shu-juan,LI Li-ping(中原石油勘探局勘察设计研究院,河南,濮阳,457001)
刘宇峰,LIU Yu-feng(中原石油勘探局对外贸易总公司,河南,濮阳,457001)
复合地基应用 篇3
关键词：CFG桩；复合地基；工程应用
中图分类号：TU470.3 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0100－02
近年来，随着地基处理技术的发展，复合地基技术在工程中得到了越来越多的广泛应用。特别是CFG桩复合地基是近几年来出现的一种新型的地基加固技术，因其费用低、施工工艺简单、施工速度快和适应性强等优点而得到广泛的推广和应用。其桩体材料采用碎石、砂（石屑）、粉煤灰、水泥等材料加水配合而成，目前常采用螺旋钻机或振动沉管桩机等设备进行成孔。桩体与桩间土及褥垫层三部分构成的承载力较高的CFG桩复合地基。
CFG桩适应于多层建筑、高层建筑的地基处理，处理的地基土包括：杂填土、素填土、新近沉积土、淤泥、淤泥质土及一般承载力较低的黏性土、粉土、砂土、黄土等。对高层建筑除了上述土层外，还包括一些承载力较高，但不能满足上部结构要求的黏性土、粉土、砂土或者用于控制高层建筑与裙房之间的差异沉降（高层与裙房基础不设沉降缝），在高层建筑地基中也常采用CFG桩复合地基。
1 CFG桩复合地基原理
在CFG桩复合地基中，上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩间土和褥垫层共同承担的。褥垫层将上部基础传来的基底压力或水平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，同时桩间土由于桩的挤密作用提高了承载力，而桩又由于周围土体的侧应力的增加而改善了受力性能。下面就CFG桩复合地基中的桩体、桩间土和褥垫层的作用机理进行分析讨论。
1.1 桩的加固作用
1.1.1 对地基土具有一定的挤密作用
对于填土、松散粉细砂、粉土，由于振动沉管CFG桩的振动和侧向挤压作用使桩间土孔隙比减小，含水量降低，土的干密度和内摩擦角有所增加，土的物理力学性能得到改善，从而提高桩间土的承载力。
1.1.2 桩体的排水作用
CFG桩复合地基在成桩初期，因桩孔内和周边充填过滤性较好的粗颗粒填料，在地基中形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道，使孔隙水沿桩体向上排出，可以有效地消散和防止振冲产生的超孔隙水压力的增高，加速地基的排水，这种排水作用不但不会降低桩体强度，而且可以使土体强度恢复并超出原土体天然承载力。
1.1.3 预震效应
CFG桩复合地基成桩过程中，振冲器以一定的振动频率或冲击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。提高了砂土抗液化能力。
1.1.4 桩的置换作用
CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，它能使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高，所以在荷载作用下，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，出现了应力集中现象。大部分荷载将由桩周和桩端承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基的承载力比原有地基承载力有所提高。
1.2 褥垫层的作用
1.2.1 减小和减缓基础底面的应力集中
当桩顶与基础间不设褥垫层，桩顶直接与基础接触的CFG桩对基础的应力集中和钢筋混凝土对承台或桩上基础应力集中现象类似，设计时需要考虑桩对基础的冲切破坏，造成基础尺寸的增加，如果设置一定厚度的褥垫层，由于褥垫层产生应力扩散作用，使基底的应力扩散范围增大，相应应力集中减小。有试验研究表明：当厚度等于零时，桩对基础的冲切相当明显，随着褥垫层厚度的增加CFG桩对基础的冲切逐渐减小，当厚度大于300 nm时应力集中已经很小，设计时不考虑桩对基础的集中应力。
1.2.2 保证CFG桩共同承担荷载
在CFG桩复合地基中，由于基础是通过褥垫层与桩和桩间土进行联系。故当基础承受荷载时先传给褥垫层，通过褥垫层传给桩和桩间土，由于褥垫层的存在，桩可以向上刺入。桩顶上的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作，桩间土首先承受较多荷载并发生沉降变形。随着桩间土沉降的增大，桩间土会不断地将荷载通过桩侧摩阻力传递给桩。因此，褥垫层能保证桩间土在任意荷载作用下都始终参与工作，并最大限度地发挥其承载力。
当桩顶与基础间不设褥垫层，桩顶直接与基础相接触时，桩与桩间土的变形相同，由于桩的变形模量远大于土的变形模量，受荷载后，绝大部分荷载由桩承担，桩间土承担的荷载很少，随着荷载的增加，桩的沉降增加，此时，桩间土也承担了一定的荷载增量。
基础和桩之间设置一定厚度的褥垫层，在上部荷载作用下，桩间土的抗压强度小于桩的抗压强度，桩顶出现应力集中，由于褥垫层在受压时具有塑性，褥垫层中与桩接触的部分产生压缩量，其他部分也向下移动，压缩桩间土，使其发挥作用。褥垫层的作用就在于使基础传递的荷载通过其塑性调节作用将荷载传到桩间土，达到共同承担荷载的目的。
1.3 桩间土的作用
（1）承担竖向、水平荷载。
（2）对桩具有约束的作用，可以提高桩的承载力。CFG桩复合地基由于桩间土承受荷载，产生的正向压力，增大了桩周的摩阻力；从而桩端处围压增加，桩承受荷载的能力增加。
2 CFG桩基在工程中的应用
CFG桩复合地基设计主要依据场地工程地质条件及复合地基承载力标准值要求，确定桩长、桩径、桩间距、桩体材料强度等有关参数极为重要，试用实体工程作以下阐述：
2.1 工程地质条件
某小区住宅楼18层，基础埋深5.0 m，在勘察深度范围内，地层由上到下可分为：①杂填土：褐黄、褐灰色，以粉土、建筑垃圾为主，层厚0.5～1.5 m，承载力为90 kPa；②粗砂：褐黄色，中密，层厚5.0～6.0 m，承载力为220 kPa；③粉土：褐黄色，稍密，层厚1.5～2.5 m，承载力为160 kPa；④中砂：褐黄色，中密，层厚1.0～2.0 m，承载力为180 kPa；⑤粉质黏土：褐黄色，可塑，层厚8.0～10.0 m。
2.2 地基处理方案
天然地基：基底持力层为②粗砂，满足上部荷载要求，但软弱下卧层③粉土不满足设计要求。桩基采用钻孔灌注桩、预制桩或其他桩型，不考虑天然地基承载力，造成天然地基承载力的浪费，这样造价也很高，最终决定采用CFG桩进行地基处理。
2.3 CFG桩的设计与计算
2.3.1 单桩极限承载力标准值
依据公式
取桩长L＝6.0 m
Quk＝3.14×0.40×（80×1.0＋30×2.0＋60×1.5＋55×1.5）＋800×3.14×0.22＝492 kN
式中：u：桩的周长，m；
n：桩长范围内所划分的土层数；
qsik、qpk：桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力标准值，kPa；
li：第i层土的厚度，m；
Ap：桩的截面面积。
2.3.2 处理后CFG桩复合地基承载力标准值满足设计要求
fspk＝mRa/Ap＋αβ（1－m）fsk＝502 kPa＞320 kPa
式中：fspk：复合地基承载力标准值，kPa；
Ra：单桩极限承载力标准值，kN；
α：桩间土强度提高系数，通常α＝1；
β：桩间土强度发挥系数，取0.8；
m：面积置换率；
fsk：处理后桩间土承载力标准值，kPa。
2.3.3 设计参数的选取
（1）桩径：一般取350～600 mm。本工程选用400 mm单桩极限承载力标准值计算，根据地质情况，选取第⑤层的粉质黏土层作为持力层，按照公式计算单桩承载力标准值为492 kPa。
（2）桩长：由于持力层为⑤粉质黏土，桩端井入持力层不宜小于二倍的桩径。桩长实际是6～8 m。
（3）面积置换率m及桩间距s：由m＝d2/de2＝0.087
式中，d：桩径；
de：影响半径de＝1.33 ；
桩间距一般为3～6倍桩径，根据桩土面积置换率计算桩间距公式如下：
等边三角形布桩：s＝d/1.05
正方形布桩：s＝d/1.13
本工程三角形布桩，桩间距为1.2 m。
（4）桩体强度：
桩顶应力δp＝Ra/Ap＝492/3.14×0.22＝3 917 kN/m2
桩体强度按≥3倍桩顶应力确定，即
R28＞3δp＝3×3 917＝11 751 kPa。
（5）褥垫层：褥垫层虚铺0.23 m，夯实至0.20 m。
2.4 CFG桩的施工
本工程采用长螺旋桩机成桩工艺，待桩检测合格后，进行人工清槽，同时进行桩头剔凿处理。清槽时，严格监控桩顶标高。清土和截桩时，不得造成桩顶以下桩身断裂和扰动桩间土。
3 结束语
（1）通过对CFG桩复合地基基本原理的阐述和论证，得出结论：CFG桩在地基加固方面是一种行之有效的方法。
（2）通过工程实例进行分析，在CFG桩复合地基工程设计中，必须根据工程的地质条件和环境因素来合理选取参数。
（3）CFG桩和桩基相比，可明显节约工程造价，因此是值得推广的好方法，为在软弱地基土建设不同类型的多层工业与民用建筑及水工建筑开创了广阔前景。
参考文献
1 杨军等.CFG桩复合地基在高层建筑地基处理中的应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998
2 《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）
Basic Principle and Engineering Application of CFG Pile Composite Ground
li pei
Abstract: The principle of CFG pile composite ground is expounded. The actions of CFG composite ground pile, soil near pile and bed cushion are introduced. An engineering example is given to indicate the application and rational parameter selection of this ground in engineering.
复合地基应用 篇4
木桩是历史最悠久的一种桩型, 然而随着各类新型软土地基处理方法的涌现, 木桩似乎已经过时。但事实并非如此, 在某些特定的情况下, 木桩仍具有优越性。由于现行结构设计规范及各结构计算手册中均未提及木桩的计算方法, 本文就笔者在某清水池地基处理中采用木桩复合地基的设计实例进行阐述, 以抛砖引玉。
1 工程概况
1.1 清水池概况
该清水池为地上式钢筋混凝土水池, 中间设变形缝一道, 池顶覆土厚度500 mm。清水池长35.6 m, 宽10.1 m, 高4.5 m, 地面标高2.80 m (黄海高程) , 底板底标高在地面以下0.8 m。
1.2 地质条件
拟建场地地处苏北里下河平原。根据地勘报告的结果, 各土层深度、地基承载力标准值及压缩模量如下:①杂填土:层厚0.6 m;②粉质粘土:层厚0.9 m, 承载力85 k Pa, 压缩模量4.2 MPa;③淤泥质粘土:层厚12 m, 承载力65 k Pa, 压缩模量2.5 MPa;④粘质粉土:层厚5.5 m, 承载力115 k Pa, 压缩模量6.0 MPa;⑤砂质粉土:层厚6.2 m, 承载力180 k Pa, 压缩模量14.5 MPa;⑥砂质粉土:层厚4.8 m, 承载力145 k Pa, 压缩模量9.5 MPa。
1.3 地基处理方案的选择
目前, 软土地基处理方法有多种, 且在实际工程中得到广泛的应用。笔者对多种方案作了认真比选, 方案有:1) 换填法;2) 水泥土搅拌桩复合地基;3) 预制桩基;4) 灌注桩;5) 木桩复合地基。最终择优选择了方案5:木桩复合地基。实践证明, 木桩复合地基处理软弱地基时, 有以下优点:1) 安全可靠;2) 对施工场地要求较低, 施工方便;3) 施工时振动小、噪声低、无尘土飞扬, 对周围建筑物的影响小;4) 工期短;5) 造价较低。
2 木桩复合地基计算分析
本例中木桩采用松木桩, 稍径不小于120 mm。呈矩形布置, 桩间距为500 mm×500 mm, 处理范围为37 m×11 m。木桩长6 m, 基底下淤泥质粘土层厚度达12 m, 桩端落在高压缩土层上。为了进一步保证木桩与土体的变形协调, 在桩顶和基础间设置250 mm厚的碎石褥垫层, 桩顶进入褥垫层50 mm。
2.1 木桩复合地基承载力的确定
由于目前木桩复合地基承载力计算尚无设计规范可循, 故参照有粘结强度增强体复合地基的承载力计算公式进行设计[2]。
其中, fspk为复合地基承载力特征值;λ为单桩承载力发挥系数, 取1.0;m为面积置换率;Ra为单桩竖向承载力特征值, k N;Ap为桩的截面面积, m2;β为桩间土承载力发挥系数, 可按地区经验取值, 本工程取0.9;fsk为处理后桩间土承载力特征值, k Pa。
本例中木桩未穿过软弱土层, 故木桩竖向承载力标准值不计桩端阻力, 则有[3]:
其中, up为桩的周长;qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值, k Pa;lpi为桩长范围内第i层土的厚度。
计算桩径为d=120 mm, qs1=30 k Pa, lp1=0.4 m, qs2=9 k Pa, lp2=5.6 m。则按式 (2) 得Ra=23.5 k N。
面积置换率m=0.045, fsk=65 k Pa, 则复合地基承载力特征值为fspk=149.4 k Pa。
基底平均压力值为62.8 k Pa, 地基承载力满足设计要求。
2.2 木桩复合地基沉降计算
1) 未采取木桩处理时的地基沉降, 采用分层总和法计算[4]。
清水池底板尺寸为35.60 m×10.10 m, 在荷载准永久组合作用下, 基底附加压力为p0=48.40 k Pa, 底板中心处最终沉降量s'=∑Δsi'=186.66 mm。
0.025×∑Δsi'=4.67 mm>Δsn'=2.87 mm;取沉降经验系数Ψs=1.1, 地基最终变形量为s=Ψss'=205 mm, 不满足规范要求, 必须进行地基处理。
2) 木桩复合地基的沉降计算。
木桩复合地基的沉降量由褥垫层、复合土层和复合土层下卧层的变形量组成。其中, 褥垫层压缩量较小, 且多发生在施工期, 一般不予考虑。关于木桩复合地基的沉降计算, 目前规范中尚无明确的计算公式。本文参照CFG桩复合地基, 采用复合模量法结合分层总和法计算, 木桩复合地基的最终沉降量由复合层的沉降变形s1和下卧层的沉降变形s2组成, 沉降计算公式为:
其中, Espi为复合地基压缩模量, MPa;Esi为天然地基土层压缩模量, MPa。
底板中心处最终沉降量s'=∑Δsi'=138.08 mm;0.025×∑Δsi'=3.45 mm>Δsn'=0.79 mm;取沉降经验系数Ψs=1.0, 地基最终变形量为s=Ψss'=138 mm, 较处理前减小约1/3。
3 结语
到目前为止, 本工程竣工已有两年时间, 经现场观察沉降7 cm左右。实践证明, 木桩复合地基处理可使软土地基承载力有效提高, 地基变形量大为减小, 且具有施工操作过程简单、施工机具设备简易、工期短等优点。相对于预制桩、水泥土搅拌桩复合地基和CFG桩复合地基等其他地基处理方式而言, 具有工期短、造价低、施工操作简便等优势, 特别是在工期紧张、大型机械进场困难、木材来源丰富的情况下, 木桩复合地基优势尤为明显。
摘要：介绍了木桩复合地基的工作机理, 以木桩复合地基在某清水池中的应用为例, 就复合地基竖向承载力、沉降及有关质量控制问题进行了分析, 指出木桩复合地基能有效解决软土地基承载力不够、沉降量过大等问题, 应用前景广阔。
关键词：木桩,复合地基,地基处理,承载力,沉降
参考文献
[1]何剑波.木桩在给水工程软弱地基处理中的应用[J].市政技术, 2007, 25 (5) :392-393.
[2]JGJ 79—2012, 建筑地基处理技术规范[S].
[3]JGJ 94—2008, 建筑桩基技术规范[S].
螺杆桩复合地基有哪些优点？ 篇5
B、螺杆桩复合地基中形成了土的三维应力状态，使土的强度高于其自身承载力的基本值，从而使土的参与工作系数大于1，这是任何其它类型复合地基无法实现的。
C、螺杆桩复合地基中优化的竖向刚度，使之形成了三层地基，从而减小了复合地基的沉降。特别是它有效地解决了建筑物或构筑物的不均匀沉降问题。
D、螺杆桩复合地基的设计可以有效降低地震力对结构的影响，同时，即使在建筑物过大水平位移情况下，仍可以有效的传递垂直荷载，并由于加固后消除了可液化土层，从而可以广泛地应用于地震区，
E、螺杆桩复合地基可以采用国内具有的机械施工，因而具备了设备及工艺的广泛适应性。
F、螺杆桩复合地基适合需要人工方法提高 其承载力的土层。如：杂填土、大孔隙土、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、松散状粉砂土，各种陆相、海相沉积或其陆、海相沉积互层。
G、螺杆桩复合地基可以大幅度提高地基承载力、改善桩间土性能、减小沉降，因而可以广泛应用于高层建筑物以及机场、堆场、路基工程、桥梁基础、储油罐等工程的地基处理。
H、螺杆桩复合地基中螺杆桩可用常规的建材，因此有材料来源广泛、材料廉价的特点。
复合地基应用 篇6
【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）.
木桩复合地基的设计与应用 篇7
木桩作为一种基础已有几千年的使用历史,曾广泛应用于古建筑中,直到上世纪末才逐渐被钢筋混凝土桩所取代。软粘土广泛分布于我国河流两岸、沿海和湖泊地区,具有高含水量、大孔隙、低强度、高压缩性、低渗透性等特点,不能满足建(构)筑物对地基的要求时,常需采用地基处理技术进行加固。木材在地下水位以下的地层中能抵抗真菌腐蚀而保持耐久性[1,2,3,4,5,6],其自重小,具有一定弹性和韧性,便于加工、运输和施工,在一些特定条件下,综合考虑经济等各方面因素,木桩在地基处理中具有独特的优越性。
1 桩土共同承载作用
有学者通过对修建于300多年前的浙江平湖报本塔的研究发现,单纯的木桩基础或天然土均不足以支承塔的重量,是木桩和土二者共同作用才使得该塔耸立至今[7]。
1.1 承台底面与土接触的摩擦群桩
桩基在长期荷载作用下,荷载经由桩体界面和承台底面两条路径传布给地基土[8]。但从一些旧建筑物基础的开挖检验中发现,承台底面与地基土有脱离现象,经典桩基理论认为承台以上的荷载全部由桩承受[9],计算中不予考虑桩间土的作用[10]。
1.2 桩体复合地基
复合地基的本质是桩和桩间土共同直接承担荷载。桩体与地基土体能通过变形协调共同承载是形成复合地基的基本条件[11]。实际应用中,通常在刚性基础下设置一定厚度的柔性垫层(如砂石垫层)来改善复合地基受力特性,以保证桩和桩间土两者共同承载。
1.3 复合桩基
为充分发挥桩基础的承载力并降低工程成本,采用具有足够承载力的承台和数量少、较大桩距的摩擦桩群组成的复合桩基,可以将其视作一种广义桩基,是复合地基的一种形式[10,11]。
2 木桩复合地基
与散体材料桩相比,木桩具有一定刚度;与水泥土桩相比,桩身强度和刚度相对较大;与钢管桩相比,桩身强度较低;木桩桩身强度与混凝土桩接近,可看作一种特殊的低强度桩,性能接近刚性桩[12]。木桩可以全桩长发挥桩的侧摩阻力,且当桩端落在好的土层上时,可较好地发挥桩端阻力作用,木桩复合地基能与上部结构有效地形成共同作用体,提高软弱地基的承载力,具有良好的变形协调性,减少地基的不均匀沉降[13]。
目前,我国尚无相应的设计规范可直接用于木桩复合地基的设计,本文通过介绍一座箱涵中木桩复合地基的设计实例(如图1),对适于指导木桩复合地基设计的方法进行归纳,供类似工程参考。
本例的淤泥层厚度达22m,木桩呈矩形布置,处理范围为基础外缘扩大3排桩(12m×16.5m)。桩端落在高压缩土层上,荷载作用下产生的基础沉降足以使地基土的承载力得到充分发挥[14],为进一步保证本桩与土体的变形协调,本例中在桩顶和基础间设置30em厚的砂砾褥垫层,同时考虑桩间土呈流塑-流动状态,在桩间夯填1m厚砂砾层,以保证木桩的整体作用。
2.1 木桩单桩承载力计算
(1)按照沉桩痛定单桩承载力容许值[9]
式中:-振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数,对于锤击、静压沉桩取为1.0。
qk——木桩桩侧摩阻力标准值(kPa)。
——木桩桩端处土的承载力标准值(kPa);
Ap——木桩的面积(m2)。
采用α法[2,3]计算木桩的单桩承载力:
单桩承载力:
由图2可查得:
(2)根据桩身材料强度确定单桩承载力容许值时,可采用下式计算:
式中:η——拆减系数,一般取0.33。
——桩身顺纹受压或承压容许应力(kPa),本
例采用松木,取12MPa。
可见,木桩自身承载力一般能满足要求;单桩容许承载力取二者的最小值,即。
22群桩承载力验算
假设桩与承台的连接满足《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)桩基的相关规定,按一般群桩设计,单桩桩顶最大、最小竖向力:
式中:木桩按每延米38根计,不计箱涵基础之外的木桩。
N——短期效应组合在承台底面产生的坚向分力(kN)。
M——短期效应组合的水平力和竖向力对承台地面重心轴的弯矩(kN·m)。
y-桩i至桩群形心轴线的距离。
由于锤击、静压沉桩在桩端处的中距不应小于桩径的3倍,很难通过增加群桩的桩数来提高承载力,设计上需发挥桩间土共同承载作用来提高承载力。
2.3 复台地基承载力计算
复合地基承载力容许值按下式计算:
可知,复合地基承载力满足要求。
式中:[fa]一复合地基的容许承载(kPa)。
m——面积置换率,d2/de2。
l2——木桩中距(m)。
de——等效影响直径(m),等边三角形布置时,de=,正方形布置时,。
Ap—木桩的截面积(m2)。
[]——处理后桩间土承载力容许值(kPa),当采用非挤土成桩工艺时,可取天然地基土承载力基本容许值;当采用挤土成桩工艺时,结构性土(如淤泥质土)因受扰动而导致强度降低,施工完后随着恢复期的增加,土体强度会有所增长。因此,考虑地基处理后,上部结构的施工过程中,应考虑荷载增长和土体强度恢复的快慢来确定处理后桩间土承载力容许值。对于可挤密的一般性粘土中的挤土桩,可取1.1～1.2倍天然地基承载力基本容许值,本例取1.1[fa0]。
β——桩间土承载力折减系数,反映桩间土共同作用的程度,取1时表示桩土共同承载,取0时表示桩间土不承受荷载;当桩端土未经修正的承载力容许值小于或等于桩周土的承载力容许值的平均值时,可取0.5～0.9,一般桩间土较好、桩端土较弱、桩身强度较低,则β取高值;反之则取低值[15]。木桩强度接近刚性桩,本例的桩端土、桩间土为软土,取β=0.5。
Ra——单桩竖向承载力容许值(kN)。
2.4 桩端软弱地基的承载力容许值
当复合地基加固区下卧层为软弱土层,尚需对下卧层土的承载力进行验算。桩端软弱地基的承载力容许值:
[fa]=[fa0]+r2h=50+15.88×6.3+17.66×0.5=158.87kPa
式中:r2—桩端以上土层的加权平均重度(kN/m3);换算时若持力层在水面以下,且不透水时,不论基底以上土的透水性质如何,一律取饱和重度;当透水时,水中部分土层则应取浮重度;本例粘土层r2=17.66 kN/m3,淤泥层r2=15.88kN/m3。
h——地基(本例为褥垫层底)埋置深度(m),自天然地面起算,有水流冲刷时自一般冲刷线起算;当h<3m时,取h=3m;当h/b>4时,取h=4b。
2.5 下卧层强度验算
桩端软土层的压应力:
式中:h——基底(本例为褥垫层底)的埋置深度(m);当基础受水流冲刷时,由一般冲刷线算起;当不受水流冲刷时,由天然地面算起;如位于挖方内则由开挖后地面算起,本文计至褥垫层底部。
z——基底(本例为褥垫层底)到软弱地基或软土
层地基顶面的距离(m)。
r1——深度(h+z)范围内各土层的换算重度(kN/m3);
原木构件沿其长度的直径变化率,按每米9mm计,计算土层换算重度时取构件的中央截面;
软土层换算重度:
砂垫层换算重度:
则,。
r2——深度h范围内各土层的换算重度(kN/m3):
a——土中附加应力系数,由《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)附录M.0.1条查得a=0.704。
p——褥垫层底部的平均压应力(kPa)。复合地基的深度较大,基础不直接设于软土上,随地基的加深,附加应力将逐步减小,基底应力的影响也将减小,同时考虑基底下设置了褥垫层,软土承压力接近矩形。
rR——使用阶段的抗力系数,当地基承受的作用短期效应组合仅包括结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车和人群效应时,取rR=1.0。
2.6 沉降
(1)未采取木桩处理时的地基沉降计算
长期作用效应组合时的基底附加应力:P0=P-rh=49.62-18.88×1.3=25.08kPa,变形计算深度范围内压缩模量的当量值:
沉降计算经验系数:ψs=1.4。
(2)木桩复合地基沉降计算
在竖向荷载作用下,影响木桩复合地基沉降的因素很多,如地基土的性质、荷载水平以及加载历时、布桩方式以及桩长、桩间距、桩数等等。目前,还没有一个计算方法能够综合反映以上因素的影响。木桩复合地基的沉降是桩体、地基土体和褥垫层三者相互影响、相互协调的结果,由加固区的变形量、桩群体下的卧层压缩量和垫层的压缩量组成,其中垫层压缩量一般较小,且多发生在施工期,一般可不予考虑。本文参照同属刚性桩、低强度复合地基的CFG桩复合地基[15]采用复合模量法结合分层总和法计算。
木桩复合地基改变了土的孔隙比,同时也提高了土的压缩模量,根据桩土荷载分担比与桩土模量的相关性,用土模量的某个倍数来表征桩的模量,复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍ζ=[fa|/[fa0]=99.42/50=1.99。
复合土层的压缩模量:Esp=ζ×Es=1.99×1.68=3.34MPa
查规范得ψs=1.4
地基处理前后沉降量的计算过程如表1。其中未进行地基处理的最终沉降量达202.76mm,采用木桩复合地基处理的最终沉降量为151.37mm,较为处理前的减小了25%。
2.7 木桩地基处理的质量控制
木桩一般可采用落叶松、红松、云南松和杉木等进行地基处理,不得有腐朽、虫害及漏节等,要求原木挺直,一面弯曲不宜大于桩长1%,二面弯曲的不宜使用。
木桩一般不宜接长,对承受水平力或拔力的木桩不应设接头。接长的木桩不得用振动打桩机下沉,每根桩以一个接头为宜,桩的接头在地面以下的深度不得小于2m,且相邻桩接头的高差不得小于0.75m,接头处宜根径对根径相连。
木桩地基处理无需专用的沉桩设备,一般可以采用挖土机的挖土臂进行施打,当场地受到限制时,可采用打夯法施打。施打顺序宜由外至内,当淤泥开挖深度较大时,先在木桩处理范围的外围施打支护桩,防止开挖过程中淤泥坍塌。
3 结语
木桩复合地基中的木桩自身承载力一般能满足要求,可不进行验算,但对木桩的材质有一定的要求。
同时由于木桩在干湿交替环境中容易损腐,用作临时施工措施时,可在水面上下0.5m范围内可用涂沥青等方法进行防腐。
复合地基应用 篇8
关键词：碎石桩,CFG桩,二元复合地基,液化地基土
在地震、动力荷载等作用下饱和粉土、砂土容易发生地基液化现象, 引起地面喷水冒砂、地基软化、承载力下降、基础沉陷, 从而造成建筑物下陷或倒塌。GB 50011-2010建筑抗震设计规范规定, 地面下存在饱和砂土和饱和粉土时, 除6度外, 应进行液化判别。存在液化土层的地基, 应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级, 结合具体情况采取相应的措施[1], 液化土层经处理后方可作为地基持力层。处理液化地基土问题是工程设计中经常遇到的问题。
1 工程概况
山西省清徐县某化工项目, 含5项主装置, 5项公用工程装置, 2个仓库及外管架。其中7项装置为乙类抗震设防, 5项为丙类抗震设防。主装置和公用工程装置为框架结构, 8度抗震设防, 基本地震加速度为0.20g, 设计地震分组为第一组。
根据详勘资料, 场地地基土上部为粉土, 下部为粉质粘土, 自上而下可划分为8层, 土层力学性状如表1所示。实测潜水位埋深为地表下0.70 m~1.00 m, 工程范围内影响水位变化的主要因素为垂直入渗, 地下水位季节性变化幅度约1.00 m。
根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范计算液化判别标准贯入锤击数临界值和液化指数, 该场地液化等级为中等~严重, 液化土层为第 (1) , (2) , (3) 层粉土, 液化深度约为地面以下15 m。本工程基础埋深为地面以下1.50 m~2.50 m, 持力层为第 (1) 层, 天然地基承载力特征值为80 k Pa, 为可液化土层, 不能满足设计要求。该工程不能采用天然地基, 对丙类抗震设防装置应全部或部分消除液化, 对乙类抗震设防装置应全部消除液化。
2 CFG桩+碎石桩复合地基设计
2.1 液化地基处理方案
地下水位较高的砂土、粉土更容易发生地基土液化, 处理地基土液化常用方法有:1) 强夯法:通过强夯改善土性, 适用于处理液化土层较薄地基。2) 换填法:将液化土层全部挖除, 换填其他非液化材料来消除地基土的液化, 适用于液化土层较浅地基。3) 砂石桩:通过挤密、加强竖向排水能力来提高地基的抗液化能力, 适用于液化土层深度中等, 地基承载力较低的地基处理。4) 复合地基:采用CFG等强度较高的桩体与原地基形成承载力较高的复合地基来处理地基土液化问题, 适用于液化深度较深、地基承载力不足的地基。5) 深基础法:基础穿透液化土层, 基底埋入液化深度以下稳定土层中。在设计过程中, 要依据实际工程具体情况采用合理的抗液化措施。
2.2 设计方案确定
以项目主装置为例, 由于本工程液化土层约为15 m, 强夯法、换填法只适用于处理液化土层较浅的地基, 不适用本工程要求。鉴于化工装置的特点, 地面设备基础较多, 且紧邻厂房有外管架, 如果采用桩基础, 地面设备基础及外管架均应另行单独处理, 施工混杂, 加之主装置上部结构荷载不是特别大, 采用灌注桩不是最佳选择。根据工程具体情况, 综合考虑费用及施工两方面原因, 本工程主装置采用碎石桩+CFG桩二元复合地基来处理场地地基土液化问题。采用碎石桩通过对地基的挤密、排水等作用来消除地基土液化, 但其复合承载力不能满足要求, 在碎石桩中间再布置CFG桩, 来进一步提高地基承载力。
2.3 设计成果
主装置基础为独立基础, 根据上部结构荷载及柱下独立基础尺寸按GB 50007-2011建筑地基基础设计规范[2]来设计、计算碎石桩和CFG桩的桩径、桩长、桩间距。采用正方形布置的直径为500 mm, 桩长为15 m, 桩间距为1 500 mm的碎石桩, 全部消除地基土液化;在独立基础区域的碎石桩中间布置长度为18 m的CFG桩 (桩体强度6.5 MPa) , 形成碎石桩+CFG桩二元复合地基, 如图1所示。按JGJ 79-2012建筑地基处理规范[3]计算单桩承载力特征值为425 k N, 复合地基承载力为250 k Pa, 能满足工程要求。
3 CFG桩+碎石桩处理粉土液化地基效果
3.1 复合地基承载力
对二元桩试桩进行复合地基承载力静载试验, 试验结果见表2。荷载试验结果表明3个试验点的沉降量比较小, P—S曲线比较平缓, 无明显陡降段, 复合地基承载力能满足设计要求。
3.2 消除液化效果
对施工完的碎石桩+CFG桩复合地基进行标准贯入试验, 标准贯入锤击数值均大于按照GB 50011-2010建筑抗震设计规范计算的液化判别标准贯人锤击数临界值, 该场地范围内地基土液化已经完全消除, 处理效果良好。
3.3 综合效益分析
以一个主装置为例, 如采用钻孔灌注桩, 第 (1) , (2) , (3) 层粉土的液化折减系数为0, 选用直径1 000 mm钻孔灌注桩, 设计桩长为40 m, 单桩承载力特征值2 000 k N, 桩数量210根, 厂房桩基费用大约630万元, 还没有考虑设备基础及厂房附近外管架的地基处理。如果采用碎石桩+CFG桩二元复合地基, 碎石桩数量为2 100根, CFG桩为630根, 总造价约535万元, 经济效果明显。采用碎石桩处理液化地基时, 要求在基础边缘以外的处理宽度, 应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。碎石桩实际处理范围已经达到厂房轴线外侧8 m~9 m, 这个范围已经在厂房外管架区域内, 所以也同时处理了部分外管架基础和设备基础, 这样, 外管架地基处理仅补充3排~4排碎石桩即可满足要求, 设备基础、外管架的地基处理费用也大大降低。
4 结语
工程实践证明, CFG桩+碎石桩二元复合地基利用碎石桩消除地基土液化, 利用CFG桩进一步提高地基承载力, 适用于该化工厂厂区对消除地基土液化和对地基承载力差异化需求的要求, 是处理液化土层较厚地基的有效方法, 它造价低, 施工工艺简单, 在实际应用中具有明显的综合效益, 可作为相关工程项目参考。
参考文献
[1]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].
[2]GB 50007-2011, 建筑地基基础设计规范[S].
水泥搅拌桩复合地基分析与应用 篇9
水泥搅拌桩是加固饱和软土地基的一种方法, 利用水泥和软土之间产生的物理化学反应, 将软土加固成具有整体性、水稳定性、强度高的地基。加固过程充分利用了原土地基, 具有施工方便、成本低、加固软土较深的优点。
水泥深层搅拌有干法和湿法两种, 区别在于干法往土体中加入的是水泥粉, 而湿法加入的则是水泥浆, 可以根据软土中含水量确定采用哪种方式。水泥的搅拌法能在边坡支护、水利工程、复合地基中广泛应用, 通过搅拌桩形成的水泥墙、防渗墙具有良好的支护、防水作用, 对提高地基承载力, 减小地基变形有很好的效果。但目前对水泥搅拌桩法的加固机理和破坏机理等理论研究还存在一定的缺陷, 在应用过程中会遇到各种问题, 通常在施工时先通过试验室和现场的荷载试验、原味测试等来确定搅拌桩的适用性、施工工艺以及技术参数等。
1 水泥搅拌桩复合地基的工程特性分析
1.1 水泥搅拌桩复合地基的加固机理
水泥和软土的硬化机理和水泥混凝土的硬化有一定的不同, 在混凝土中主要是水泥的水解和水化作用, 凝结速度和强度提高都比较快, 在软土中水泥掺加量大概占到土体的15%, 相对含量少, 拌和上也达不到混凝土的充分程度, 加上软土的松散, 具有一定的活性, 导致水泥的硬化复杂, 过程缓慢。其加固土体的机理通常有以下三个过程:
水泥水解和水化反应, 主要受到含水量的影响, 在土体含水率小时如果采用干法施工, 会造成, 施工难度大, 水泥不能充分水解和水化, 影响加固效果。
粘土颗粒和水泥水化产物的作用, 水泥水化反应的产物会和土体产生离子交换和凝结作用, 水泥水解和水化越彻底, 硬化效果就越好。
碳酸化作用, 通过水泥水化产物的胶结作用, 加强土体的强度, 在施工中要强制搅拌, 避免出现土块和水泥团, 搅拌越充分, 混合土越均匀, 土体总体强度就越大。
1.2 水泥搅拌桩复合地基的破坏形式
桩间土的破坏主要发生在浅层土体, 桩体通常不会出现单个的破坏现象, 在个别桩体达到承载力极限状态后, 其他桩会分担更多的上部荷载, 在多数桩体没有达到承载力极限状态时, 很少会发生单个桩体的破坏、下沉。
根据水泥搅拌桩的应力应变曲线, 可以将复合地基的破坏形式分为几个阶段, 在加荷载初期, 水泥搅拌桩首先达到允许承载力, 随着荷载的不断增大, 桩体承受大于本身的允许荷载, 但桩间土还在允许荷载范围内, 接着桩和桩间土会相继达到极限状态, 最终导致桩下的剪切面扩大, 形成连续的一个破坏面, 这时的荷载也即是复合地基的极限承载力。
2 水泥搅拌桩的施工工艺
2.1 深层搅拌桩的施工
法通过深层搅拌机械, 将地基深层土体和水泥系固化剂进行强制拌和, 形成水泥土圆柱体。施工工艺上有水泥浆液搅拌法、水泥粉体搅拌法、夯实水泥土桩法以及高压旋喷搅拌法等。
用到的施工机械设备有深层搅拌机、制备固化剂系统以及起吊设备。目前常用的深层搅拌机有SJB-30型深层双轴搅拌机、DJB-1D4型深层单轴搅拌机和SZB-600型深层单轴搅拌机。选择时要根据施工工艺、桩体尺寸等确定。
施工流程包括:起重机定位—预搅下沉—制备水泥浆—提升喷浆搅拌—重复上下搅拌—清洗管路—机具移位。施工时要保证灰浆的输送量, 起吊设备要保持平衡, 保证电压稳定和水的温度不易太高, 施工开始后要连续进行, 暂停复工时要将搅拌头下沉到已完成点0.5米, 在较硬土层上采用冲水方式时要考虑含水量增加对桩体强度的影响。控制桩体的水平偏差不超过50mm, 倾斜度不超过1%, 桩径偏差小于4%。记录每次搅拌头下沉的深度和提升时间, 下沉深度误差不超过10cm, 时间误差小于5s。
2.2 粉喷桩施工
施工机械主要有粉尘发射器、空气压缩机、搅拌钻头和钻机。施工流程为将钻机就位对中—下钻—提升喷射搅拌—下沉重复搅拌—钻机移位。
施工时要检查各项仪器、设备完好, 施工过程连续进行, 需要搭接时中间间隔时间不能超过8h, 停电等意外情况发生时, 要在设计部门的指导下, 采取相应的补救措施。在强度低的含水软土中, 要防治空气压缩带来的土体液化, 在下钻的同时喷射水泥粉, 改善土体的稠度。在喷粉时为了保证正常进行, 要使灰缸内内气压稍大于管道气压, 施工中时刻观测机械状况, 出现问题时及时停钻检查, 情况严重时要重新钻打。
3 水泥搅拌桩施工中常见问题和质量控制措施
3.1 施工中常见问题的处理
深层搅拌桩和粉喷桩在施工过程中如果操作不当, 很容易出现翻灰、翻浆、喷射和搅拌不均匀以及沉桩等现象, 影响加固效果。
施工前要认真了解软土的特性, 知道应该注意的关键操作, 严格按照施工工艺进行, 对常见的问题要等及时处理。通常造成出现翻灰、翻浆的问题发生在有硬粘层夹层的地段和承压滞水层地段, 采用正向钻进和反向钻进相结合的方式快速穿过夹层, 搞清楚承压水的范围和的厚度, 在桩间设置排水孔等。针对搅拌不均匀的情况要降低提钻速度, 加强工程管理, 在桩顶三分之一的桩长要进行复喷。
3.2 质量控制措施
施工前的质量控制, 施工前要对使用的材料、机械设备做好检测工作, 施工人员进行技术交底, 熟悉操作过程以及出现问题的应急措施。进行室内试验和原位测试, 对施工工艺提前验证。
施工过程中, 做好配合比试验设计, 筛除水泥中的块体, 搅拌时防治水泥浆的离析, 对软土进行预搅, 保证拌和的均匀性。在压浆时保持连续性, 保持管道的畅通, 不能发生堵塞现象, 控制搅拌的下沉和提升速度, 以利于加固范围内都得到充分搅拌。施工机械要保持平整, 导向架垂直于地面, 水泥搅拌桩作为支护和隔水结构时, 保证施工段的额连续性, 相邻桩的施工间隔不能超过24小时。
成桩后的质量检查, 检查施工的原始记录是否符合标准要求, 对桩体进行抽检开挖, 通过桩体的外观, 判断拌和状态、均匀性等。也可以利用钻探取芯的方式, 检查拌和程度以及桩长, 将取出的试样同室内试块进行比较, 从室内试块强度推断复合地基的承载力值。原位测试手段采用标准贯入度等触探方式对桩体进行强度检查。对承受竖向荷载的搅拌桩可以采用现场的荷载试验验证单桩承载力。
在使用过程中, 定期的进行沉降观测和侧向位移观测, 检验加固效果。
4 水泥搅拌桩复合地基在工程中应用
工程中应用水泥搅拌桩加固土体时, 不仅要求常规的工程地质勘查, 还要对填土层的组成、含水量以及有机质含量详细查明。确定各层土体的承载力特征值, 计算有效桩长、桩身参数、置换率、桩数, 选择合适的布桩形式, 确定加固范围, 并对定期观测沉降变形情况。
工程应用中影响水泥搅拌桩的主要因素有桩长、水泥掺加量、置换率和加荷速度四个主要方面。桩长增加后, 加固层和下卧层会共同承担复合地基的变形, 从而减小整个地基的沉降量, 但当桩长增加到一定幅度时, 减低效果就不在明显, 所以要控制桩长在 (下转第69页) (上接第57页) 一个最优的范围内。水泥掺加量较少时, 沉降会明显增加, 但当大于一定比例时, 对降低沉降的效果就不在显著, 所以施工时不能盲目增加或减少水泥用量;置换率越大, 虽然沉降减小, 但花费较大;加荷速度过快, 可能引起孔隙水压力过大, 压力消散慢, 成桩后很长一段时间沉降不稳定。S
参考文献
[1]叶观宝, 司明强.半刚性复合地基沉降实用计算方法的探讨[J].水文地质工程技术, 2001, 4.
[2]韩煊, 李宁.复合地基中群桩相互作用机理的数值试验研究[J].土木工程学报, 1999, 32 (4) .
[3]秦建庆, 陈建峰.水泥土桩复合地基变形控制中的若干问题探讨[J].岩土工程技术, 1999, 2.
二元桩复合地基的设计及应用 篇10
2 二元桩复合地基
二元桩复合地基是指针对工程特点和地质条件, 将两种不同类型的桩体 (或是施工工艺不同, 或是桩身材料不同) 应用在一个复合地基中, 这样可以充分发挥不同桩体对地基土的处理效果, 在满足承载力和沉降要求的同时相对节约建筑基础方面的投资。
沉管挤密碎石桩是指在振动机的振动作用下, 把套管打入规定的设计深度, 在套管中投入碎石, 振动密实成桩, 多次循环后就成为碎石桩, 碎石桩和桩间土形成复合地基。
CFG桩是指用水泥、石子及其他掺合料 (如砂、粉煤灰、石灰等) 加水拌和, 通过成桩机在地基中制成强度等级为C5~C25的桩。
2 工程应用
2.1 工程概况及地质条件
阳煤空分罐区位于山西省太原市近郊清徐县境内山西清徐经济开发区。工业场地在清徐县城的西南角约10km处, 距太原市约40km。厂区抗震设防烈度8度 (0.20g) , 设防地震分组为第一组, 场地类别为Ⅲ类。场地①层为粉土, fak=90k Pa, ②层为粉土, fak=110k Pa, ③层为粉土, fa k=120k Pa, ④层为粉质黏土, fak=130k Pa。
2.2 主项191罐区中冷罐基础对地基的要求
本项目主项191罐区中储罐有2个3000m3液氩储罐, 其操作质量为2 850t, 充水质量为3 680t, 基础底板直径最小为18m。根据《建筑地基基础设计规范》5.2.2-1, 计算冷罐基础的地基承载力如下:
Fk为设备充水质量:36800k N;Gk=14500+11932=26 432k N;A=249m3;Pk= (Fk+Gk) /A=255k Pa, 得出冷罐基础在场地完全消除液化的条件下, 还应满足地基承载力标准值>255k Pa, 地基绝对沉降量<400mm。
2.3 地基处理方案选型
本工程罐区抗震设防类别为乙类, 场地为严重液化场地, 根据《建筑抗震设计规范》 (GB50011—2010) [1]相关规定, 本工程构筑物不能采用天然地基, 且场地应全部消除液化沉陷。对于罐基础, 还应满足其承载力和变形的要求。
为了选择经济合理的地基加固处理方法, 对强夯法、振冲碎石桩、钻孔灌注桩、沉管挤密碎石桩等液化处理方案进行比较分析如下。
1) 强夯法:本工程场地土质, 液化土层厚度达12m, 强夯法的处理深度无法满足消除场地全部范围的液化层这一工程需要。
2) 振冲碎石桩:振冲作业会置换出大量的污泥浆水, 将影响环境和施工, 本工程场地条件不允许。
3) 钻孔灌注桩:现场液化土层达12m厚, 桩的侧阻力在液化土层范围内不考虑, 要达到高承载力, 桩长及桩径都需要很大。现场试桩仅有直径1m, 桩长40m一种形式的灌注桩, 试算灌注桩的承载力特征值R=2490k N, 该冷罐基础需布置19根灌注桩, 费用约53.7万元, 造价较高。
4) 沉管挤密碎石桩+CFG桩:对于罐基础下地基, 为满足其承载力和变形的较高要求, 利用沉管挤密碎石桩和CFG桩二元长短桩复合地基进行地基加固, 先利用沉管挤密碎石桩 (短桩) 处理地基土的液化问题, 再打CFG桩 (长桩) , 提高低地基土承载力, 满足设计要求。造价方面, 直径400mm的碎石桩, 造价20元/m, 需500根;直径400mm的CFG桩, 造价23.5元/m, 需244根;共计24.3万元。
比较上述可行的3、4两种方法, 灌注桩的造价是二元复合桩的两倍多, 且灌注桩在施工上也比二元复合桩难度大, 故采用二元桩复合地基处理本工程地基为最优方案。
2.4 地基加固设计
2.4.1 设计思路
二元桩复合地基设计思路是:复合地基承载力由桩和桩间土共同承担。首先, 在罐区范围内全场打沉管挤密碎石桩消除场地土的液化;碎石桩施工完毕至少14d后[2], 方可在冷罐基础下碎石桩间隙处施工CFG桩, 用以提高罐基础下地基土的承载力。为了在地震作用时, 能加速排水, 消散超孔隙水压力, 同时调整基底压力, 发挥桩与桩间土的共同作用, 在碎石桩及CFG桩施工完成后, 应清除桩顶虚桩厚度≥500mm, 在碎石桩及CFG桩顶至基础素混凝土垫层底铺设300mm厚砂石褥垫层[3]。
2.4.2 二元复合地基承载力计算
根据《建筑桩基技术规范》[4]7.9.6-2, 对具有黏结强度的桩与散体材料桩组合形成的复合地基承载力特征值:
根据本项目桩基布置, s1=s2=1.2m, 故m1=m2=3.14×0.22/ (2×1.22) =0.044;λ1=0.9;Ra1=380 k N;Ap1=0.1256;n=3;fsk=115k Pa。经计算, 复合地基承载力fspk=270k Pa。
2.4.3 二元复合地基变形计算
1) 土层压缩模量提高系数
对有黏结强度的桩与散体材料桩组合形成的复合地基加固区土层压缩模量提高系数可按式 (1) 计算:
式中, α为处理后桩间土地基承载力调整系数, α=fs k/fa k=115/90=1.28。
2) 根据《建筑地基基础设计规范》5.3.8条, 复合地基沉降计算深度:
3) 根据《建筑地基基础设计规范》5.3.5条, 最终变形量:
2.4.4 计算结果分析
经上述计算可知, 此二元桩复合地基的承载力及变形均能满足罐基础地基处理的要求。
根据现场按此设计试桩的情况可知, 碎石桩可消除桩长范围内的全部液化沉陷, 处理后的二元桩复合地基承载力特征值≥300k Pa。此结果和上述计算结果相比稍微有所增大, 印证了计算结果的准确性[4]。
3 结论
本文通过在阳煤空分项目罐区这一主项中使用“沉管碎石桩+CFG桩”二元桩复合地基的地基处理方法, 得出如下结论。
1) 二元桩复合地基可以充分发挥不同桩体对地基土的处理效果。碎石桩可消除场地土的液化, CFG桩可提高地基土的承载力。
2) 二元桩复合地基的设计思路是:复合地基承载力由桩和桩间土共同承担。
3) 对比强夯法、振冲碎石桩法、钻孔灌注桩法处理液化土地基, 二元桩复合地基在消除场地土液化、达到基础高承载力要求的同时, 还具有排污量小、造价及施工经济可行的特点, 能使地基处理效果达到最佳。
摘要：二元桩复合地基是采用两种不同类型的桩体形成的复合地基, 可充分发挥不同桩体对地基土的处理效果。论文主要研究在液化场地土中对承载力要求较高时, 采用沉管碎石桩和CFG桩二元桩复合地基处理场地土, 使处理后的地基在消除液化的同时具有较高的承载力。通过对阳煤空分罐区这一工程实例中地基处理选型及二元桩复合地基承载力、变形的计算, 论述了二元桩复合地基的设计思路、设计方法。
关键词：二元桩复合地基,液化土层,地基承载力,地基变形
参考文献
[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].
[2]狄玉辉, 刘辉.谈CFG桩复合地基设计与工程应用[J].工程建设与设计, 2012 (10) :87-89.
[3]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].
地基加固的复合注浆施工论述 篇11
[关键词]复合注浆；加固；地基
1、复合注浆施工技术的特点
(1)复合注浆适用加固地层范围广，既可适用于加固渗透性大的地层(如砂卵石层)，又可适用于渗透性较差地层(如粘土、粉土和粉细砂层)，还可以用来加固溶岩地层的地下溶洞和溶蚀裂隙。复合注浆法既能形成较高强度的旋喷桩固结体，又能通过渗透、劈裂和挤密的方式提高岩土层的强度。(2)复合注浆适用加固工程范围广，可用于对既有建筑物(如房屋、公路、桥梁)地基基础进行加固，也可用于桩基(如大口径钻孔桩、挖孔桩)缺陷的加固处理。(3)复合注浆浆液扩散范围大，不仅对高压喷射流喷射破坏土体的极限范围之内土体进行置换加固，而且对喷射破坏土体的极限范围之外的土体以充填、渗透、挤密和劈裂等方式进行注浆加固，在成桩的同时对地基土有灌浆加固作用。(4)复合注浆能定向定位。能形成连续的圆柱状的旋喷桩体，旋喷桩直径为400mm-1200mm，其注浆固结体顶部无收缩，与原基础混凝土或桩混凝土结合紧密。能直接承受上部荷载，并将荷载传递到深层土层中去，保证荷载传递均匀、有效；复合注浆形成旋喷桩的单桩承载力较高。(5)复合注浆形成的旋喷固结体强度较高，且固结体强度可根据设计需要通过改变浆液材料和工艺参数来进行调节。(6)复合注浆钻孔施工口径较小，对既有建筑物基础和地面损害和扰动很小，可调节浆液凝固时间施工期建筑物附加沉降小。经济可靠，且耐久性好。
2、复合注浆加固既有建筑物地基的施工顺序
2.1注浆钻孔施工
对既有建筑物地基进行加固时，先采用地质钻机钻穿既有建筑物原基础或承台，然后根据设计注浆深度要求，选择采用地质钻机或高压旋喷钻机钻孔到设计深度。一般以土层或强风化岩层作为注浆持力层时可采用高压旋喷钻机直接钻孔，若以中风化以上岩层作为注浆持力层时需先采用地质钻机钻至终孔，若地层中有卵砾石层也需采用地质钻机钻孔。钻孔孔径一般开孔为110mm，终孔直径为91mm，钻孔垂直度保证<1％。岩层或混凝土层采用金刚石钻头，卵砾石地层采用合金钻头，采用泥塞浆护壁或套管护壁，钻孔后需保证钻孔不跨孔不堵塞。
2.2建立孔口注浆装置
注浆钻孔施工完成以后，在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置可采用单管接头式或混合器式，单管接头式用于单液注浆，混合器式用于双液注浆。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在注浆孔口，采用水泥浆或水泥水玻璃浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。
2.3采用高压旋喷注浆方式进行注浆
孔口注浆装置埋设1-2天后，先采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆，旋喷注浆需按设计规定的工艺参数(喷射压力、提升速度、旋转速度、浆液水灰比)进行注浆，将注浆管分段下人孔底，每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷注浆按从下而上的方式。为了减小建筑物的附加沉降，旋喷一般采用单管旋喷注浆方式，下钻时尽量快速且尽量小压力小流量喷水，旋喷时采用不喷水而直接喷浆一遍的方式，在底部和顶部需喷浆2遍。在对建筑物进行纠偏加固时，为加速浆液凝固，有时采用先喷一遍水泥浆液后喷射一遍水玻璃的方式，进行双液旋喷。
2.4采用静压注浆方式进行注浆
高压旋喷注浆结束后，利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆，通过静压注浆可以扩大浆液的注入范围，防止旋喷固结体收缩从而增加旋喷体与原基础混凝土结合紧密性。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力，随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力，直至设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2-3次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。
2.5封孔
静压注浆结束后，若注浆孔口冒浆，需对孔口进行封闭处理，防止浆液流出。若注浆结束后孔内浆液有流失需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。复合注浆顺序有时需根据实际情况进行调整，有时需采用先静压注浆后高压旋喷注浆的方式进行注浆。
3、复合注浆的施工方法
3.1复合注浆的施工工艺
(1)单管法复合注浆。单管法复合注浆是利用钻机把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴，置人土层预定深度后，用高压泵等装置，以大于是20Mpa的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆的旋转和提升运动，使浆液与从土体中崩落下来的土搅拌混合。然后进行静压注浆，使浆液进一步扩散。浆液经过一定时间凝固，便在土中形成圆柱状固结体。(2)二重管法复合注浆。二重管法复合注浆是使用双通道的二重注浆管，将二重注浆管钻到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20Mpa以上压力的喷液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7Mpa左右压力把压缩空气从外嘴中喷出。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，喷嘴一面喷射一面旋转和提升。然后以大于是0.3MPa-2.0MPa的压力进行静压注浆，使浆液进一步扩散。最后在土中形成圆柱状固结体。(3)三重管法复合注浆。三重管法复合注浆是使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在以高压泵等高压发生装置产生20Mpa以上的高压喷射流的周围，环绕一般0.7Mpa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为2MPa-5MPa的浆液填充，喷嘴作旋转和提升运动。然后以大于是0.3MPa-2.0MPa的压力进行静压注浆，使浆液进一步扩散。最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体。
3.2复合注浆施工中出现问题的处理：①注漿深度大时，易造成上粗下细的固结体。影响固结体的承载能力，因而需在深度大的地层中注浆时采用增大压力或降低提升速度的方式补救。②当发现返浆量不足或不返浆时，可采用降低提升速度或复喷方式处理。③当冒浆量过大时，可采用提高注浆喷射压力、缩小喷嘴直径的方式处理。④在既有建筑物基础加固处理时，为防止产生附加沉降，施工时应跳孔施工，同时应在浆液中加速凝剂或采用双液旋喷注浆。⑤静压注浆时如出现冒浆，可采用多次灌注的方式进行注浆，待第一次灌注的浆液终凝堵塞冒浆通道后再进行第二次注浆。同时注意将孔口注浆装置与孔壁密封牢靠，防止浆液从孔口冒出。
结语
通过实际工程应用，复合注浆工艺具有明显的优越性。虽然在施工中也会发生这样或那样的问题，但都是可以预防和处理的。采用复合注浆进行地基固，可以显著提高工程质量，缩短工期，降低成本，并大大提高工程的耐久性和使用寿命。
浅议CFG桩复合地基及其应用 篇12
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