桩复合地基（共12篇）
桩复合地基 篇1
0前言
复合地基通常由增强体(桩)、桩间土、褥垫层和足够刚度的基础组成。根据增强体(桩)的性状不同,冠以不同名称的复合地基,如增强体为碎石称为碎石桩复合地基,增强体为水泥和土组成称为水泥土桩复合地基,等等。
载体桩复合地基是由载体桩、桩间土、褥垫和足够刚度的基础组成,如图1所示。与前述复合地基的不同在于,增强体是由载体和混凝土桩组成,载体由低坍落度混凝土、夯实充填料和挤密土体组成。夯实充填料由块状或粒状为主的材料夯实而成,当被加固土为挤密效果好的土时,夯实充填料周围土被挤密,形成挤密土体。低塌落度混凝土做成直径自上而下逐渐增大的夯扩体,对桩身传来的荷载向下扩散起着重要作用。
当单桩承载力较高时,为了较充分地发挥桩的承载力,有时在桩顶做一较桩身断面大的桩帽(图1)。
由于载体桩的构成、施工方法与等直径刚性桩不同,使得复合地基设计思想、设计参数和它的适用条件都有所不同。本文将就带帽载体桩复合地基设计做一些分析和讨论。
1 载体桩承载性状
等直径刚性桩的单桩承载力可以用式(1)表示:
式中:qsa一桩侧阻特征值;qpa一桩端阻特征值;L—桩长;d—桩径;C—桩身强度。
即单桩承载力与桩侧桩端土的性状、桩的几何尺寸(桩长桩径)和桩身强度相关。
夯扩桩的单桩承载力可以用式(2)表示:
式中:D—夯扩桩桩端扩大头直径。
即单桩承载力与桩身强度、桩侧桩端土的性状和桩的几何尺寸相关,桩的几何尺寸包括桩长、桩径和桩端扩大头直径。夯扩桩是靠增加桩端的断面面积提高单桩承载力,由于桩端断面增加量有限,单桩承载力增加量不大。
载体桩的单桩承载力可以式用(3)表示:
式中:ZT—载体性状。
即单桩承载力与桩身强度、桩侧桩端土的性状和桩身几何尺寸、载体性状密切相关。载体性状包括被加固土挤密性、持力层土承载力、充填料材料组成及填料量、夯击能大小,低塌落度混凝土投入量。
由于载体具有加固土体和应力扩散作用,使得桩长、桩径大体相同条件下,载体桩比等直径直杆件桩和夯扩桩的承载力高许多。
载体桩单桩承载力可参照《载体桩设计规程》(JGJ 135-2007)确定。应当指出,由于载体桩单桩承载力与载体性状密切相关,而载体性状由被加固土、持力层土、充填料材料构成及填料量、夯击能大小,低坍落度混凝土投入量及形状等多种因素所决定。《载体桩设计规程》给出的计算表达式,只是供初步设计时的估算值,与实测值相比给出很高精度的计算值是困难的。或者说,载体桩单桩承载力主要靠现场静载试验确定。
2 复合地基承载力表达式
复合地基承载力可用如下表达式表示:
式中:fspk—复合地基承载力特征值;Ra一单桩承载力特征值;Ap一桩的断面面积;fsk—加固后桩间土承载力特征值;A—根桩承担的面积;As一桩间土面积;m—面积置换率;λ1、λ2一分别为单桩承载力、桩间土承载力发挥系数,并有:,其中pp、ps分别为复合地基达到承载力时桩受的集中力和桩间土受的应力。
由(4)式可知,复合地基承载力由桩承载力和桩间土承载力组成。它的大小取决于桩和桩间土承载力的发挥。在荷载作用下,复合地基达到承载力时,桩、桩间土同时达到各自的承载力是最理想的。此时λ1=λ2=1。问题是什么条件下才能保证桩、桩间土同时达到各自的承载力,单桩承载力发挥系数λ1、桩间土承载力发挥系数λ2与哪些因素有关?
试验表明,对刚性桩复合地基,λ1、λ2与复合地基设计参数即:桩长、桩径、桩距、褥垫厚度、桩间土性状和基础刚度有关。其中,褥垫厚度与桩径之比(简称厚径比)和基础刚度最为显著。其它条件不变时,基础刚度越小λ1越小,厚径比越小λ1越大,见图2。
表1、表2给出了不同情况下夯实水泥土桩、CFG桩复合地基荷载达到复合地基承载力时桩、土承载力发挥系数。
注:表中试验编号为工程试验中的桩的编号。
由表1、表2和图2可以看出:
(1)厚径比大于0.5时桩间土承载力能充分发挥(由于桩对土的侧向约束作用,负摩擦区桩阻止桩间土向下的变形,桩间土承载力发挥系数大于1是正常的)。
(2)厚径比越小、桩承载力发挥系数越大,当厚径比小于0.133时,桩承载力发挥系数为2.07,即桩分担的荷载达到极限承载力。
(3)厚径比小于0.333时桩间土不能充分发挥,发挥系数λ2只有0.37,而桩承载力发挥系数远大于1。
综合考虑,厚径比取0.45～0.5,桩承载力发挥系数为0.9左右,桩间土发挥系数0.95～1.1。
3 载体桩复合地基承载力和带帽桩选用的条件
足够刚度基础下的载体桩复合地基,当λ1=const,λ2=const时,载体桩无需在桩顶设桩帽。因为设置桩帽不能提高复合地基承载力。下面分别对带帽和无帽载体桩复合地基承载力公式进行推导。
令一根桩分担的面积为A,桩的断面面积为Ap,置换率m=Ap/A;桩帽的断面面积为Ap1,置换率m1=Ap1/A,载体桩单桩承载力为Ra,桩间土承载力为fsk,无帽时载体桩复合地基承载力为:
带帽载体桩复合地基承载力为：
由式(5)、式(6)可知,当λ1=const时,有帽和无帽载体桩复合地基承载力是相同的。即载体桩设置桩帽不能提高复合地基承载力。必须指出,刚性桩设置桩帽也不是增加面积置换率,从而提高复合地基承载力。载体桩设置桩帽的目的旨在减小褥垫厚度与桩径的比值(厚径比),使桩分担更多的荷载,从而使复合地基承载力提高。
有如下情况时宜选用带帽载体桩复合地基:
(1)单桩承载力高,常用褥垫厚度条件下,厚径比偏大,λ1小,桩承载力发挥不充分,可保持褥垫层厚度不变,增加桩顶直径,以获取较小的厚径比,使单桩承载力充分发挥;
(2)基础刚度较差,基础向桩上转移荷载的能力弱,可选用带帽桩;
(3)单桩承载力高,桩间土较差,可选用带帽桩和适度减少褥垫层厚度,更多地发挥桩的承载力,少发挥桩间土承载力,减少复合地基变形;
(4)单桩承载力高、桩距大,桩距与桩径之比偏大(大于规范规定限值5),选用带帽桩可使桩距与桩径之比在3～5的范围之内,保证桩、土共同工作。
4 结语
(1)载体桩由于采用锤击振动成桩工艺,具有挤密桩间土和夯实被加固土的作用,加上载体的应力扩散效应,载体桩具有较等直径桩和夯扩桩承载力高的特点。
(2)载体桩复合地基由载体桩、桩间土、褥垫层和足够刚度的基础组成。足够刚度的基础具有向桩上转移荷载的能力;褥垫层厚度对桩、土承载力的发挥具有显著影响。厚径比越小,单桩承载力发挥系数越大。
(3)当单桩承载力发挥系数等于1时,载体桩设置桩帽不能提高复合地基承载力。
(4)采用带帽桩,在褥垫厚度不变条件下,通过增加桩帽的断面面积减小厚径比,增大单桩承载力发挥系数λ1,可提高复合地基承载力。
(5)带帽桩复合地基设计褥垫厚度与桩帽直径之比可参照CFG桩复合地基的研究成果,选用0.45～0.5。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范(JGJ 79—2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]中华人民共和国行业标准.载体桩设计规程(JGJ 135-2007)[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[3]闫明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践(第二版)[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
桩复合地基 篇2
本文所建立的`粉喷桩移位后对复合地基承载力的影响系数,作为处理基础的设计依据,经过工程实践验证.处理后的基础均未见异常情况.
作 者：南莉珍 刘刚 阎爱静 作者单位：南莉珍(淄博市建筑设计研究院,山东,淄博,255000)
刘刚,阎爱静(淄博智达建筑设计有限公司,山东,淄博,255000)
桩复合地基 篇3
关键词： 沉降 软弱粘性土 水泥搅拌桩 复合地基
软弱粘性土（即我们俗称的软土）是淤泥、淤泥质粘土以及淤泥质亚粘土的总称。从软弱粘性土的组成结构方面上来说，这种土质最大的特性在于其有着极高的天然含水量，优越的压缩性能、较低的承载能力以及较少的腐殖质物质。从软弱粘性土的层次构造角度来说，其多为泻湖相、河相以及海相沉积层。在现阶段技术条件支持之下，相关工作人员在对复核地基沉降程度加以计算的过程当中所采取的计算方式多为：将总沉降分为包括下卧层以及加固层在内的两个部分。下卧层选用分层总和法对该层次结构的压缩模量以及压缩指数参数加以计算，而加固层则选用复合模量法对该层次结构的相关压缩指标参数进行计算。这种计算方式所得出计算结果指之所以与实际测定结果差异较大，其关键在于下卧层计算方式下沉降值测定误差，加固层现有运算方式的运算可靠性比较高且所计算结果与实际测定结果之间的差异性并不显著，再次不多做累述。由此可见，下卧层计算正是相关工作人员下一步研究的重点。笔者在对深厚软土水泥搅拌桩复合地基沉降以及相关控制方式加以分析的过程当中，一并提出了一种能够精确计算下卧层沉降参数的计算方式。现对其做详细分析与说明。
1 深厚软土水泥搅拌桩复合地基沉降及其计算分析
A城市位于我国东南部沿海地区，为我国最典型的深厚软土地区。从土层地质构造形式角度上来说，土层上部为滨海相淤积土土层，下部为湖海相沉积层。该市水利工程建设事业发展迅速。软土厚度参数基本可以达到30m左右。20世纪80年代后期，大量水利工程建设项目开始在应用单轴深层水泥搅拌桩对深厚软土地基进行加固的基础之上，成功构建了一批稳定性极高的水利装置设备。这部分装置设备在投入水利建设的过程当中由相关部门针对其沉降结构加以实时观测。对相关观测结果加以统计，可作出如下几点判定：（1）在应用深层水泥搅拌桩针对软土地基进行加固的背景之下，软土地基上部水利设备的沉降程度较小，沉降变化表现均匀且能够在较短时间内恢复稳定状态。该批水利建设项目在工程竣工时已基本完成了90％甚至以上指标的沉降量，符合相关标准规范当中有关水利建筑竣工期间沉降量指标的要求；（2）对于水利建设过程当中持续应用时间较长的水利建设设备而言，尽管其在建设施工过程当中所承受的载荷作用力较大，但在水泥搅拌桩桩体长度、桩径参数以及置换比率的调整作用之下，建筑物荷载对于软土地基基础的特殊性要求依然能够得到较好的满足，从而确保水利建筑地基沉降量能够始终控制在较低水平当中。
选取该批次水利建筑当中某建设单位在运行的水利装置为例，按照上文所述的传统计算方式，针对该水利建筑的沉降程度及指标参数进行运算可按照以下步骤实现：首先，对于加固层而言，我们可以将整个水泥搅拌桩桩群视作一个实体基础，该实体基础在建筑并接受载荷过程当中所产生的压缩变形量同加固层在深厚软土地基作用之下发生的沉降参数是均等的。根据相关实地测定结构可得知加固层 的 沉 降 为 33mm。其 次 ，对 于 下 卧 层 而言，在分层总和法与水利建筑周边沉降程度实际观测点布置位置的作用之下，可参照压缩模量以及压缩指数对沉降程度的影响，得知下卧层的沉降为214mm。由此的推导出整个水利建筑物的总沉降参数为 加 固 层 沉 降 与 下 卧 层 沉 降 的 和 ，即为247mm。然而这一计算结果与实际测定结构之间的差异可以达到3倍以上，并且由下卧层计算差异所导致的差异比重占到了85％以上，值得重视。
2 软土结构性及建筑物沉降控制分析
何谓软土的结构性表现呢？一般来说，包括土层颗粒、空隙形状表现、颗粒之间的相互性作用力以及组构形式均属于软土结构性表现的研究范畴当中。根据有关A市土层相关实验结果所得出数据的分析，我们可以得知有关该城市深厚软土的几方面结构性表现：（1）空隙比高。对于薄壁土样而言，这种空隙比甚至可以达到1.9左右；（2）透水性好。同样是对于薄壁土样而言，其测定得出的竖向固结系数最大限度参数在正常情况下是同等测定状态下重塑土样竖向固结系数最大限度参数的9倍左右。
依照深厚软土地基当中薄壁土样实验中e-lgP的曲线表征及自适应矫正示意图来说，在相关曲线变化参数的作用之下我们可以对该深厚软土土体结构的屈服应力的一种新型确定方法加以研究与论证。首先，我们应当明确的问题在于——何谓土体屈服应力。对于深厚软土土体而言，其所表现出的结构屈服应力主要是指原状土在接受压缩作用力的过程当中，以土骨架弹性压缩为主的土体结构变形以基本结束，土体当中的粒间与组构联系位置开始呈现出破坏状态时所产生的应力。我们知道：对于深厚软土水泥搅拌桩所涉及到的复合型地基设计而言，为充分满足沉降及承载作用力的需求，且凸显沉降控制的重要意义，对于加固层及下卧层的沉降控制是极为关键的。由上述分析我们不难得知：在建筑物特别是水利建筑荷载作用力正常状态之下，加固层所表现出的沉降作用力是比较小的，一般而言其始终控制在30mm范围之内。针对e-lgP的曲线表征及自适应矫正示意图反映出的地基沉降会在固结压力大于土体结构屈服应力的状态之下发生严重变化，并给整个水利建设施工的正常运行造成严重危害，其关键在于针对水泥搅拌桩的相关设计参数加以合理调整与控制，始终确保土体结构屈服应力应当始终大于下卧层自重应力与附加应力的总和。以e-lgP的曲线表征及自适应矫正示意图为例，在这一条件作用之下，实际的压缩路径会较为精确的落在e-lgP曲线的平稳曲段当中，进而确保下卧层的沉降状态能够达到有效控制。经由沉降计算表明，这种以控制下卧层沉降测误差为主的计算方式能够最大限度的缓解传统计算方式之下计算结果与实际测定结果之间的误差，确保沉降控制的直接有效，值得大范围推广。
3 结语
伴随着现代科学技术的蓬勃发展与经济社会现代化建设进程日益完善，社会大众持续增长的物质文化与精神文化需求同时对新时期的水利建设事业提出了更为全面与系统的发展要求。本文针对深厚软土地基状态之下水利建设事业的关键——水泥搅拌桩复合地基沉降及控制分析这一中心问题展开了简要分析与说明，并据此论证了做好地基沉降控制工作在进一步提高水泥搅拌桩施工质量与施工效率的过程中所起到的至关重要的作用与意义。
参考文献
1吴海宝. 换填法建筑地基处理的工程实录[J]. 有色冶金设计与研究，2004，03
2姜规模. 湿陷性黄土地区高层建筑地基处理方法探讨[J]. 中国勘察设计，2009，02
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
桩复合地基 篇5
湿陷性黄土钻孔夯扩挤密桩复合地基设计
介绍钻孔夯扩挤密桩复合地基设计原则,桩的布置及桩间距计算,复合地基承载力及变形验算.
作 者：穆兰 胡宇庭 王书鹏 MU Lan HU Yu-ting WANG Shu-peng 作者单位：石家庄铁路职业技术学院,河北石家庄,050041刊 名：石家庄铁路职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY年，卷(期)：20098(3)分类号：U415.6关键词：钻孔夯扩挤密桩 设计 桩间距 承载力 变形
桩复合地基 篇6
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.
浅议刚性桩复合地基 篇7
从工作机理角度来说, 复合地基是对原有的天然地基进行土的物理、力学性质改良, 使其达到设计要求。G B 5 0 0 0 7-2002规范中对复合地基定义如下:部分土体被增强或置换, 而形成的地基土和增强体共同承担的人工地基。这种“共同承担”是在一定的荷载变化条件下, 天然地基土与增强体具有相应的共同性变化趋势, 突破合理极限, 这种“共同承担”的共同性就消失了, 复合地基也就不存在了。组合式基础是经常见到的, 如桩-筏基础、桩-箱基础等, 这种基础形式又称联合基础, 它们是以加大基础刚度、基础底面积的手段, 来解决天然地基物理、力学性质不能满足设计要求的。复合地基、组合式基础之间, 有不同点, 也有相同点, 搞清基本概念, 对于促进刚性桩复合地基的发展是有利的。
不论是深基础, 还是浅基础, 基础都会对地基产生压力, 地基中产生一定深度的压缩层, 从理论上说压缩层的深度是无限的。此时, 所有基础均可视为复合地基的增强体。但一定深度范围内 (压缩层) , 地基附加应力可衰减到足够小, 地基压缩层以下部分受上部建筑荷载的作用可忽略不计。就此情况的刚性桩复合基础的概念和与基础相关的问题讨论如下:
1. 桩长及压缩层深度、范围
我们研究的地基压缩层具有范围性。刚性桩复合地基应同其它复合地基一样按刚度分配, 荷载传递首先是由承台 (借用桩基概念) 将荷载传递给刚度较大的桩, 引起桩侧摩阻力产生, 桩向下位移后, 承台将压缩下部土层, 是桩及该土层共同工作。由于桩的径向压力增加了, 同时也提高了桩侧摩阻力。通过桩平面布置及桩长的变化, 调节承台下地基的刚度, 减少碟形沉降的产生, 减少承台厚度, 提高天然地基承载力。图1中桩的长度超过地基压缩层的范围, 按此种布桩形式, 根据刚度分配原则, 桩势必将超过摩阻力的荷载直接传到桩端土层, 而这种趋势是占主导地位的, 这是复合基桩的形式, 承台下天然地基的承载能力未充分发挥, 违背了复合地基的原则。
2. 刚性桩复合地基中桩的作用
刚性桩复合地基中的桩与天然地基共同工作, 改善地基的性状。桩的作用有两种:⑴减沉作用;⑵协力作用。两种作用可同时存在于一个刚性桩复合地基中。桩侧摩阻力发挥作用后, 桩发生串动, 桩间土被压缩, 此时桩径向压力增加, 又提高了桩侧摩阻力, 通过这种反复作用, 桩端土层逐步压密, 直至桩达到极限摩阻力 (该值大于单桩极限摩阻力) 后, 荷载由桩端已压密土层的阻力承担, 如图2。刚性桩复合地基整体工作, 影响其深部地基。
3. 疏桩基础同刚性桩复合地基的不同
疏桩基础属于复合桩基, 虽有调整地基刚度, 减小蝶形沉降的作用, 但并不具有复合地基的特点, 主要体现桩承载的作用。刚性桩复合地基应体现复合地基的特点, 但现有的复合地基承载力公式不能反映其桩间土、桩端土压密后的力学特点;而套用群桩基础的承载力公式又不能反映底板面积较大情况下地基压缩层的特点。
4. 刚性桩复合地基沉降计算方法
刚性桩复合地基的沉降计算有三种方法, 即规范的CFG桩法[2,3]、龚晓南计算方法[4]、双层应力法[5], 这三种计算方法的计算理论各有不同。刚性桩复合地基的沉降量分为两部分, 一是加固区的沉降, 一是下卧层的沉降。从计算理论而言, 三种计算方法在计算刚性桩复合地基下卧层的沉降量时是相同的, 均采用分层总和法计算。但是由于桩端处地基附加应力计算方法的不同, 造成三种计算方法算出的下卧层沉降量差异较大。
规范的CFG桩法采用角点法从基底处连续计算;龚晓南法采用等代墩基法计算下卧层沉降;而双层应力法是用经验公式计算下卧层顶面处的附加应力。规范的C F G桩法中, 加固土层复合模量的提高与其承载力的提高呈线性关系, 这在弹性阶段是适用的。根据工程实际沉降观测资料, 大多数的工程实践表明, 利用规范的CFG桩法计算的沉降值与实测沉降值比较
图2 B形式布桩贴近。
5. 刚性桩复合地基工作原理
刚性桩复合地基通过一定厚度的散体垫层——褥垫层与基础连接, 基础荷载通过褥垫层作用在桩和桩间土上, 使它们协调一致共同工作, 形成刚性桩复合地基, 提高复合地基的承载力与刚度。由于桩的模量远大于土的模量, 桩顶沉降将小于桩间土的沉降变形。桩顶处的褥垫层材料不断向桩间部位蠕动补充, 造成了桩顶向上刺入褥垫层中, 这就保证了在任何竖向荷载的作用下桩和桩间土始终参与工作。一般而言, 结构物总沉降量由两部分组成, 即加固区的压缩量S1和加固区下卧层的压缩量S2。可见, 当复合地基的荷载一定时, 桩分担的荷载比例越大, 其变形将越小。
6. 桩侧负摩阻力的作用
刚性桩复合地基中的桩侧负摩阻力作用, 不同于桩基础中的负摩阻力。对桩基而言, 负摩阻力对桩基的承载力产生不利的影响, 而在复合地基中, 负摩阻力阻碍了桩周土体的沉降, 负摩阻力将桩周土中的一部分荷载转嫁给桩, 使桩周土体的承载力得到加强, 实质是桩间土的荷载分担比减小, 而桩的荷载分担比增大了。负摩阻力的存在使得桩体很快参与共同工作, 使桩周土体的承载力得到增强, 同时使桩在全过程都发挥了作用。因此刚性桩复合地基中的桩侧负摩阻力的作用是有益的。
7. 褥垫层的作用
刚性桩复合地基中褥垫层的设置是关键。垫层的存在使应力分布较桩基更加均匀, 对基础的设计有利。但也需要合理选择垫层厚度, 既要充分发挥垫层的调整均化作用, 又要避免垫层过厚导致桩的作用发挥不出来。有资料表明, 调节褥垫层的厚度能明显改变刚性桩复合地基的承载力与变形[6,7]。刚性桩复合地基在加荷初期, 是与基础直接接触的褥垫层受到垂直荷载的作用而压缩, 随着进一步的加荷, 荷载将均匀地传递到桩顶及桩间土, 由于面积置换率小, 在加荷不大时桩土应力比接近于1, 这时绝大部分荷载由桩间土承担。随着荷载增加, 桩间土压缩沉降加大, 桩土应力比随之逐渐增大, 上部荷载逐渐向桩转移, 通过褥垫层对荷载的调整作用, 而使桩间土的承载力得以充分发挥, 而大于桩间土承载能力的荷载由桩承担, 从而实现桩土共同作用。
8. 刚性桩复合地基桩间距的选取
在加载初期, 桩、土应力比随桩间距的增大而增大, 在大荷载作用下, 桩间距越大其桩土应力比越趋于稳定, 并且在桩间距很大时, 其桩土应力比在达到峰值后略有下降。这主要是由于当桩间距较小时, 每根桩所承担的荷载也较小, 桩的承载力并未完全发挥, 桩、土应力场和位移场在不断变化;当桩距较大时, 每根桩所承担的荷载也变大, 桩的沉降增加, 桩的承载力完全发挥, 桩、土应力场和位移场趋于稳定;当桩距更大时, 桩承担更大的荷载, 产生的沉降加剧, 使土的分担比增大, 于是出现了桩、土应力比下降的现象[8]。桩的沉降随桩间距的减小而减小, 但间距过小时对沉降的减小作用已不明显。因此应在沉降允许的前提下尽量增大桩间距[9]。
通过以上讨论, 笔者认为应在研究刚性桩复合地基时, 分清基本概念, 对此种复合地基的机理进一步明确。
参考文献
[1]G.A.Lonards Foundation Engineering McGraw-Hill Book Company, INC.1962New York
[2]JGJ79-2002, 建筑地基处理技术规范[S].
[3]闫明礼, 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.2002.
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[5]池跃君, 宋二祥, 陈肇元.刚性桩复合地基沉降计算方法的探讨及应用[J].土木工程学报.2003, 36 (11) :19-23.
[6]徐嵘, 李春蕾.某刚性桩复合地基的设计与试验研究[J].河海大学学报 (自然科学版) .2001, 29 (增刊) :192-196.
[7]朱焰.一个刚性柱复合地基设计问题的讨论[J].水利水电工程设计.2000, 21 (2) :35-36.
[8]池跃君, 宋二祥, 陈肇元.刚性桩复合地基在不同荷载下的桩土分担特性[J].天津大学学报.2003, 36 (3) :359-363.
CFG桩复合地基及其应用 篇8
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].
CM桩复合地基及其工程应用 篇9
( 1) CM桩复合地基使得C桩、M桩及桩间土在平面刚度组合和空间刚度梯度上形成了最佳应力场, 从而更多的调动深层土参加工作, 提高了桩间土参与工作系数值, 大幅度提高了复合地基的承载力。相对于天然地基而言, 可使建筑物的沉降大幅度下降; ( 2) 与钻 ( 冲) 孔灌注桩相比, 由于无需泥浆护壁, 因而对环境影响较小; ( 3) C桩桩端以打至强、中或微风化岩面为准, 污染小、造价低、速度快、桩长在施工中易控制, 可随时填堵土洞及溶洞开口, 可以顺利通过岩面上的砂层直达岩面; ( 4) CM桩复合地基可处理液化土层, 可广泛用于6 ~ 8 区的抗震建筑。
2 CM桩复合地基工程应用
2. 1 工程概况
场地东面为珠江, 交通便利。场地拟建地下室2 层, 拟建3 栋楼高33 层住宅楼 ( 高度约100m) 。本场地发现的不良地质作用为岩溶, 本场地钻孔共有51 个钻孔揭露有灰岩或泥灰岩, 有29 个钻孔揭露到溶洞, 场地钻孔见洞率约46. 7% , 属岩溶强发育地段。以多层溶洞为主, 局部为单层溶洞, 溶洞多无充填, 部分有充填物, 充填物为粘性土。对工程的设计和施工不利, 应充分考虑溶洞对基础工程的影响。
2. 2 CM桩复合地基承载力
本工程塔楼范围的地基承载力需求为500k Pa, 采用CM三维高强度复合地基。C桩采用高强预应力混凝土管桩, , 成桩直径D =500mm, 单桩承载力取550k N, 桩长约为13m。M桩采用深层搅拌桩, 成桩直径D = 500mm, 单桩承载力取90k N, 有效桩长L = 8m。根据广东省标准《刚性- 亚刚性桩三维高强复合地基技术规程》 ( DBJ/T 15 -79 - 2011) [1]计算, 复合地基的承载力能达到510k Pa。复合地基的平面布置如下图1。
2. 3 CM桩复合地基经济指标
C桩500mm高强预应力管桩单价300 元/ m, 单桩造价为300x13 =3900 元/ 根; M桩500mm的深层搅拌桩的单价为60 元/ m, 单桩造价为60* 8 = 480 元/ 根。
3 结语
本文以实际工程为例, 详细介绍了CM桩复合地基的优点及其工程应用, 介绍了CM复合地基承载力的计算方法, 并对CM桩复合地基的经济指标做出具体的计算, 有利于其经济效应的判定。本文从工程实践角度验证了CM桩复合地基的可靠性, 为其他类似工程提供参考的依据。
参考文献
组合桩型复合地基试验研究 篇10
关键词：组合桩,复合地基试验,数据分析
1 工程概况
本工程为豫西地区某高层商住楼试桩项目,试桩桩型为CFG桩+夯实干硬性混凝土桩(以下简称干砼桩)组合型复合地基,CFG桩桩径0.4m,干砼桩桩径0.55m,桩长约10m,两种桩型均为正方形布置,各自桩间距均为1.5m。基础持力层为(5)层黄土状粉质粘土,桩端持力层为(9)层卵石,设计承载力特征值分别为:复合地基550k Pa,CFG桩620k N,干砼桩580k N。CFG桩混凝土设计强度等级为C25。试桩检测内容为:⑴单桩承载力检测:单桩竖向抗压静载试验6根(CFG桩3根、干砼桩3根)。⑵复合地基承载力检测:多桩(2根CFG桩+2根干砼桩)复合地基载荷试验3组。⑶桩间土承载力检测:3个点。⑷复合地基湿陷性评价:人工探井共5个,孔深均为8m,共取土样40个。⑸桩土应力比检测:与复合地基载荷试验同步进行,共检测3组,每组埋设压力盒17个。
2 地质条件
场地地层分布主要为洛河冲洪积作用形成的黄土状土、细砂及卵砾石,上部形成时间为全新世~晚更新世的黄土状粉质粘土及粉土、细砂层,下部为晚更新世的松散~密实卵石层。场地地貌单元属洛河二级阶地前缘。勘探深度内的各层地基土依次为(略去已挖除的1~4层):⑸黄土状粉质粘土(Q3al+pl):黄褐色~浅棕红色,硬塑~坚硬。韧性中等,干强度中等。属中压缩性土。⑹黄土状粉质粘土与粉土互层(Q3al+pl):浅黄褐~黄褐色,硬塑~坚硬,粉土呈稍湿~湿、稍密~中密状态。韧性中等,干强度中等,粉土韧性中等,干强度中等,属中压缩性土。⑺黄土状粉土夹粉质粘土(Q3al+pl):褐黄色~黄褐色,稍湿~湿,中密,粉质粘土呈硬塑~坚硬状态。粉土韧性中等,干强度中等。粉质粘土韧性低,干强度中等,属中压缩性土。⑻黄土状粉土(Q3al+pl):褐黄色~浅黄褐色,稍湿~湿、稍密~中密,局部密实。该层底部砂质含量较高,局部夹粉质粘土和粉细砂薄层,干强度中等,韧性低,属中压缩性土。(8-1)细砂(Q3al+pl):褐黄色,稍湿~湿,中密~密实。含有长石、石英,夹有粉土薄层,局部含有少量卵砾石。呈透镜体状分布。(8-2)细砂(Q3al+pl):褐黄色,稍湿,密实。含有长石、石英,夹有粉土薄层,砂与钙质呈半胶结状态,局部含有少量卵砾石。呈透镜体状分布。⑼卵石(Q3al+pl):杂色,稍湿~饱和,中密~密实。岩性成分以石英砂岩和灰岩为主,卵石含量70%左右,磨圆度较好。(9-1)卵石(Q3al+pl):杂色,稍密~中密,稍密为主。岩性成分以石英砂岩和灰岩为主,卵石含量60%左右,磨圆度较好。(9-2)卵石(Q3al+pl):杂色,松散。岩性成分以石英砂岩和灰岩为主,一般粒径为2~5cm,卵石含量50%左右,磨圆度较好,级配一般。(9-2)粉土(Q3al+pl):黄褐色,稍湿~湿,中密。夹有粉细砂薄层。干强度低,韧性低,呈透镜体状分布。地下水类型为潜水,主要由大气降水及河水补给,其含水层主要为⑼层卵石及其亚层。场地属非自重湿陷性黄土场地,湿陷等级为一级(轻微)。
3 试验过程
3.1 压力盒设置方法
为测得组合型复合地基CFG桩、干砼桩及地基土在不同荷载作用下的各自荷载分布变化情况,静载试验前在桩顶及桩间土上预埋压力盒。试验前对试验桩桩顶进行处理,使桩顶标高与桩间土基本保持在同一水平面上,将压力盒按预定布设方式分别布置于桩顶和桩间土中,布置完成后铺设厚度20mm细砂,再铺设厚度250~300mm碎石。加压前测读压力盒读数,加载后与静载试验同步测读记录压力盒读数。各试验点压力盒布置方式如下图1。
3.2 静载试验
单桩竖向抗压静载试验(CFG桩、干砼桩)、组合型复合地基静载试验、桩间土平板静载试验均按相关规范的要求进行,均采用堆重平台反力装置,堆重物为预制砼块,堆重物于试验开始前一次性堆够。
3.3 探井取土
为验证桩间土的湿陷性是否完全消除,采用取土的方法进行土工试验。探井采用人工开挖,在井壁用刀片划出土块并切割成样装在土样盒中,取出的土样立即密封并小心运送至土工试验室。尽快开封后按照《土工试验方法标准》进行试验。最大试验压力为500k Pa。首次人工开挖探井2个,孔深均为8m,取土间距为1m,共计取出土样16组。结果为湿陷性未能完全消除,后经各相关单位共同研究决定,对夯实干砼桩的施工参数进行了相应调整,调整内容为:(1)原桩间距1.5m调整为1.4m;(2)夯锤重量增加,优化锤头形状;(3)夯填料虚铺厚度减小,落锤高度增加,夯击次数增加,严格控制三击贯入度;(4)夯填料运送至现场后,下料前进行二次搅拌。经过上述调整后重新施工三组共12根夯实干砼桩,挖取三组共24个土样进行了土工试验。
4 数据分析
现场试验完成后,根据试验数据进行分析整理后的表1如下。
5 结论与建议
桩复合地基 篇11
【关键词】水泥粉煤灰碎石桩；单桩承载力；复合地基承载力；复合基桩承载力
1.引言
（1）水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度的刚性桩（简称CFG），桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。CFG桩与素混凝土桩的区别在于桩体材料构成不同，而在其受力和变形特性方面没有什么区别。
（2）CFG桩复合地基是国家在地基处理方面最新攻关课题研究成果，并列入《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），以下统称《规范》。
（3）几年来，我们在诸多工程项目中采用CFG桩复合地基设计，并检测不同形式褥垫层情况下复合地基承载力，其结果表明该刚性桩具有全桩长发挥桩的侧阻力，如桩端落在工程性质好的土层上，还可以很好地发挥端阻力，则桩的作用大大加强，复合地基承载力较散体粒料桩和低粘结强度桩提高幅度大，一般为天然地基承载力的2～3倍，特别是在桩顶之上为构造物混凝土基础时，提高幅度会更大。
（4）但《规范》中CFG桩复合地基承载力计算公式（9.2.5式）和单桩承载力计算公式（9.2.6式）与低粘结强度的水泥土搅拌桩无区别，则计算的复合地基承载力提高幅度小，难以满足工程设计要求，过密布桩加大面积置换率明显增加地基处理工程费用。
二元桩复合地基的设计及应用 篇12
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].