CFG桩复合地基研究（精选9篇）
CFG桩复合地基研究 篇1
0 引言
随着我国工程建设的高速发展, CFG桩由于充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势, 具有早期强度高、施工速度快、工程造价低等特点, 在目前的建筑行业中得到越来越广泛应用。CFG桩在水利工程的地基处理中得到了很好的应用, 并且通过相关的实验发现CFG桩是水利工程地基加固行之有效的方法。由于CFG桩和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。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, 桩顶的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土。CFG桩复合地基通过褥垫层和基础连接, 以保证在任意荷载下桩和桩间土始终参与工作, 起到加固湿软粘土、软土地基的作用。根据这个机理CFG桩逐渐出现在铁路路基和公路路基/高层建筑的施工处理之中。
1 CFG桩复合地基承载力计算及构造原理
从1987年开始, 管自立提出用桩来补偿天然地基的新构思, 利用天然地基承载力来减少桩基, 使桩基与天然地基达到互补效应, 称之为疏桩基础。疏桩基础不是简单的根据上部荷载来确定桩的数量, 而是以控制建筑物的沉降量来确定桩的补偿量。使之既要充分发挥单桩承载力作用, 达到控制沉降的目的, 又要最大限度地利用桩间土的天然承载力, 达到减少桩数的目的。
刚性桩复合地基的设计思想由中国建筑科学研究院黄熙龄院士首先提出, 中国建筑科学研究院地基基础研究所于1992年开发成功的CFG桩复合地基即最早的刚性桩复合地基。为了提高复合地基承载力、减小沉降, 将碎石桩中掺入水泥、粉煤灰和石屑, 于是形成了粘结强度较高的CFG (Cement Fly-ash Gravel) 桩。在荷载作用下, 桩身的压缩变形极小, 荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力向深层传递, 因此承载力的提高幅度很大。为了保证桩土能共同作用, 在桩顶铺设一定的厚度的砂石褥垫层, 以利于桩顶向上刺入, 由桩体、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。
阎明礼[1]等探讨了CFG桩复合地基在水平荷载作用下的承载性状。吴春林[2]讨论了CFG桩复合地基承载力的简易计算方法。董必昌[3]等从CFG桩复合地基沉降变形模式出发, 推导出一种考虑桩一土-垫层相互作用的沉降计算方法以及桩土应力比公式, 并讨论了参数取值问题。张小敏[4]等利用可靠度理论对从国内收集到的CFG桩复合地基承载力试验数据进行了概率统计处理。借助无量纲计算模式, 计算不同载荷组合下CFG桩复合地基承载力的可靠度指标, 并分析了各随机变量对可靠度指标的影响程度。
褥垫层计算是刚性桩复合地基设计的重要内容, 阎明礼[5]研究了CFG桩复合地基中褥垫层技术。马骥、张东刚[6]等探讨了CFG桩在高层建筑地基处理中的深度修正问题。何结兵[7]等根据太沙基基本理论, 详细地讨论了CFG桩复合地基褥垫层作用机理, 并推导出CFG桩复合地基最佳桩间距、合理褥垫层厚度、桩土应力比、实际置换率的解析表达式。杨丽君[8]等探讨了褥垫层在CFG桩复合地基中的主要作用, 并进一步分析了垫层厚度和垫层材料对复合地基作用机理的影响。
2 实验研究
阎明礼[9]等根据室内模型及现场原位试验, 对CFG桩复合地基褥垫层的作用, 垂直荷载作用下桩、土荷载的分担, 复合地基变形性状进行了探讨。阐述了CFG桩复合地基设计思想, 并给出了相应的设计计算方法。化建新[10]等利用载荷试验研究了CFG桩桩顶的中粗砂、砾砂、碎石褥垫层的桩土应力比, 对褥垫层性质及厚度进行了讨论。并建议CFG桩的桩顶褥垫层采用10~20cm厚的碎石层为宜。张尚东[11]等结合实际地基处理工程, 通过现场试验, 对CFG桩复合地基的加固机理和在荷载作用下桩、土的受力特性进行了研究分析, 在此基础上提出了CFG桩复合地基承载力计算公式, 经工程实测验证, 计算值与实测值比较接近。韩云山[12]等进行了两组载荷板下不同厚度和材料垫层条件下的CFG桩复合地基垂直静载荷试验, 对桩土反力进行了测试。根据试验结果和复合地基桩土共同作用的特性, 研究了外荷载增加时不同厚度垫层条件下CFG桩复合地基桩土应力比、荷载分担比以及沉降的发展历程。认为垫层厚度和材料对CFG桩复合地基的承载力性状有很大影响, 两者之间有个匹配问题, 提出在CFG桩静载荷试时, 可以采用厚度为50~150的石屑+中粗砂、碎石+中粗砂或碎石+石屑垫层, 桩间土的承载力发挥系数为0.75~1.0。
3 数值分析
随着土工计算机技术的发展, 许多研究人员采用数值方法分析复合地基的作用机理。谢定义[13]采用有限元一无界元三维非线性分析程序对桩式复合地基进行了分析, 可用于各类桩式复合地基。杨涛[14]建议采用复合本构有限元计算复合地基沉降。张忠坤[15]采用有限元法对柔性单桩竖向加载、大面积荷载作用下复合地基及路堤荷载作用下复合地基进行了分析, 探讨了临界桩长问题, 得出了临界桩长不仅与桩土模量比有关, 而且也与荷载分布有关的结论。李宁[16]采用数值试验模型, 对不同种类的复合地基进行了全面系统的数值仿真, 探讨了单桩复合地基相互作用的机理、荷载传递的性状及附加应力的分布规律。邢仲星[17]采用平面三维三角形单元和邓肯一张模型对刚性桩复合地基和柔性桩复合地基进行了有限元分析。温晓贵对复合地基进行了三维线性的数值分析。Yamamoto (1997) 和Jung (1998) 也采用有限元对复合地基进行了数值分析。
4 人工智能
随着基于数据的机器学习技术的发展, 人工智能在工程领域得到了越来越广泛的应用, 在复合地基研究领域也有着日益增多的应用。刘勇健[18]等提出了基于人工神经网络 (ANN) 的水泥加固土力学性能指标计算的新方法, 并在此基础上预估水泥土搅拌桩体和复合地基的承载力。利用实测资料直接建模, 避免了传统方法计算过程中各种人为因素的干扰, 所建立的模型预测精度高、简便易行, 因而具有广泛的工程实用价值。郝小员[19]等对人工神经网络及BP (Back Propagation) 网络模型作了简要介绍, 并对水泥喷粉桩复合地基承载力及其影响因素的非线性关系进行了分析。提出利用地域己有水泥喷粉桩复合地基承载力及影响因素的资料, 建立人工神经网络模型进行承载力的设计计算。通过实例验证, 该模型可达到较理想的效果, 可以实现水泥喷粉桩复合地基承载力的合理设计计算, 为今后该类复合地基承载力的设计提供了可借鉴的方法。朱定华[20]等将复合地基静载荷试验确定承载力问题作为一个灰色系统, 根据灰色系统理论的GM (l, l) 及新陈代谢GM (1, 1) 预测模型, 提出了一种利用实测的前几级静载荷一沉降曲线预测其未来变化的方法, 为信息化静载荷试验提供了一个计算工具, 该方法的准确性是令人满意的。
5 结束语
CFG桩复合地基在武广高速铁路上得到广泛应用, 且有越来越大的趋势, 是目前地基处理中比较受到重视的研究课题。它以用材经济、加固效果良好而受到工程界的青睐。对CFG桩复合地基的进一步研究作以下几点展望:
(1) CFG桩复合地基的抗震性研究。结构抗震是近年来工程界涉及比较多的方面, 但是地基抗震一直未受到应有的重视。将地基、基础和上部结构综合考虑是当前防灾抗震的研究趋势。
(2) CFG桩复合地基的承载力和沉降的可靠性研究。在设计中采用概率理论为基础的极限状态设计方法, 能够使CFG桩复合地基设计理论提高到一个新的高度, 更好地描述其工作状态。
(3) 长短桩结合、多元复合地基的设计方法的进一步探讨及实践应用具有较高的社会、经济效益。
(4) 复合地基的承载力计算, 沉降计算理论还远远落后于实践, 值得进一步的理论研究和探讨, 也需要在实际中更进一步的总结。
摘要：介绍了国内CFG桩复合地基的研究进展, 具体包括承载力计算及构造原理的研究进展、工程实验、数值分析、人工智能等几个方面, 并通过这些方面的研究, 对下一步的研究工作进行展望, 预期其在结构抗震、沉降的可靠性、地基的设计、承载力及沉降量的计算等方面将得到进一步的发展。
关键词：CFG桩复合地基,承载力,结构
CFG桩复合地基研究 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桩复合地基研究 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桩复合地基若干问题研究 篇4
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桩复合地基研究 篇5
复合地基沉降计算方法还在不断完善中, 且无法精确计算应力场, 因此沉降计算多采用经验公式。一般将其分成2个部分:加固区的沉降s1和下卧层的沉降s2。
1 CFG桩复合地基沉降计算方法
1.1 加固区沉降s1的计算
加固区的沉降计算主要有复合模量法、应力修正法和桩身压缩量法。
(1) 复合模量法
复合模量法将复合地基加固区视为一种复合土体, 采用复合压缩模量Esp评价其压缩性, 并采用分层总和法计算加固区的压缩量。复合地基加固区压缩量采用下式计算:
式中:Δpi—第i层复合土上附加应力增量;
hi—第i层复合土层的厚度。
《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002中规定, CFG桩复合地基中, 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ζ倍, ζ可按下式计算:
式中:fspk—复合地基承载力特征值;
fsk—天然地基承载力特征值。
(2) 应力修正法
应力修正法认为桩体和桩间土压缩量相等, 计算出桩间土的压缩量则可以得到复合地基的压缩量。根据桩间土分担的荷载, 按照桩间土的压缩模量, 忽略增强体的存在, 采用分层总和法计算加固区的压缩量。采用应力修正法, 桩间土分担的荷载按下式计算:
式中:p—复合地基表面平均荷载集度;
m—桩的覆盖率;
n—桩土应力比;
μs—应力修正系数。
复合地基加固区的压缩量用下式计算:
式中:Δpsi—复合地基中第i层桩间土的附加应力增量;
Esi—第i层桩间土的压缩模量。
(3) 桩身压缩量法
桩身压缩量法认为桩身的压缩量和桩身下刺入量之和就可以得到地基加固区整体的压缩量s1。
s1=sp+Δ (5)
式中:sp—桩身压缩量;
Δ—桩身下刺入量。
在荷载作用下, 桩身压缩量sp可通过桩身应力和桩体模量计算得到。
复合模量法和应力修正法均是建立在等应变假设的基础上, 无法反应桩土之间的相互作用和桩端的刺入变形;桩身压缩量法需先确定桩土应力比、侧摩阻力的分布形式和桩端下刺入量, 三者均没有合理的方法进行确定, 因此较难应用。且上述三种方法均是以刚性基础下复合地基性状的研究为基础的, 将其用于路堤填土下的沉降计算, 偏于不安全。
2 下卧层沉降s2计算
下卧层采用分层总和法计算。在计算中, 作用在下卧层土体上的荷载或土体中的附加应力是难以精确计算的。附加应力计算常采用Boussinesq解、应力扩散法、等效实体法、当量层法及改进Geddes法。
(1) Boussinesq解
不考虑加固区对附加应力分布的影响, 仍采用弹性半无限体条件下的Boussinesq法计算下卧层中的附加应力。
(2) 应力扩散法
按照弹性理论, 地基附加应力按一定的扩散角向地基深度扩散, 如图1所示。下卧层土中的附加应力, 可以根据复合地基加固区压力扩散角先计算出下卧层顶面的附加应力, 然后按Boussinesq解进一步求出。
铁路路基为条形荷载, 因此, 仅考虑宽度方向的扩散, 可按下式计算:
式中:Pb—下卧层顶面的附加应力;
B—复合地基表面的荷载宽度;
h—复合地基加固区;
θ—复合地基加固区应力扩散角。
(3) 等效实体法
等效实体法计算加固区下卧层附加应力示意图如图2所示。等效实体法将复合地基加固区视为一等效实体, 作用在下卧层顶面的荷载与作用在复合地基表面的相同, 等效实体四周土体对等效实体的作用用摩阻力替代。
(4) 改进Geddes法
复合地基总荷载为p, 桩体承担pp, 桩间土承担ps=p-pp。桩间土承担的荷载ps在地基中所产生的竖向应力, 其计算方法和天然地基中应力计算方法相同, 用Boussinesq解计算。桩体承担的荷载pp在地基中所产生的竖向应力采用Geddes法计算, 然后叠加两部分应力得到地基中总的附加应力。
Boussinesq解未考虑桩体的存在对地基中附加应力的影响;应力扩散法是建立在弹性理论地基的基础上, 且其计算的关键是压力扩散角的合理选用;等效实体法计算的关键是周围土体对等效实体侧摩阻力的确定, 目前还没有一个被普遍接受的确定方法;当量层法则是将复合地基视为双层地基进行计算, 可能带来很大的误差, 且偏于不安全;改进Geddes法相对合理, 且能考虑桩长、桩距、桩径、桩数及不规则布桩等因素的影响, 但需先确定桩土荷载分担比和桩身荷载传递规律, 而且需要考虑群桩的叠加效应。复合地基中, 部分荷载通过桩体直接传到下卧层, 且桩体的存在减缓了桩间土附加应力的扩散, 故复合地基下卧层的附加应力比相同深度天然地基大。
一般计算中采用复合模量法计算加固区沉降, 采用Boussinesq解计算下卧层的附加应力, 然后用分层总和法计算下卧层的沉降。
沉降值计算的准确性还与公式中的各个参数的取值有关。
3 计算应注意的问题
3.1 模量的选取
复合地基加固区土层用复合模量计算变形, 下卧层用天然地基压缩模量计算变形。不论是加固区还是下卧层都要用到勘察报告中提供的不同土层天然地基模量, 其数值用标准固结试验确定, 试验结果用e-p曲线表示。
某一压力范围内的压缩系数av为:
式中:pi—某级压力值;
ei—对应于pi的孔隙比。
某一压力范围内的压缩模量为:
Es= (1+e0) /av (8)
式中:Es—某压力范围内的压缩模量;
e0—土的天然孔隙比。
3.2 附加压力计算
无论天然地基还是复合地基, 沉降计算时都要确定附加压力p。
按《建筑地基基础设计规范》计算地基变形时, 传到基础底面上的荷载应按长期效应组合。在实际计算中, 部分设计人员用复合地基承载力设计值代替基底荷载, 显然与规定不一致, 给复合地基的沉降计算带来一定的误差。
3.3 加固区附加应力的选取
加固区沉降计算中, 仍采用分层总和法计算, 只是考虑到CFG桩的改良作用, 用加固区的复合模量代替天然地基土变形模量, 附加应力仍采用天然地基中的值。地基中的附加应力是将地基视为均质的弹性半无限体而得出的。CFG桩复合地基不符合均质体条件, 所以复合地基中的附加应力已不同于天然均质地基。
复合地基加固区应力的分布性状, 一般有桩间土应力和桩荷载, 桩荷载分解为桩侧阻力和桩端阻力。这样土体受到桩间土应力、桩侧摩阻力和桩端阻力三项荷载作用, 由它们产生的附加应力分布计算地基土的沉降。
4 结论
在CFG桩复合地基设计中, 沉降计算理论和实践正处在不断发展中。按沉降变形控制设计思想比通常采用的强度控制设计理论在实践上具有更大的经济效益, 在理论上也合理。一般情况下, 强度的破坏就意味着持续的沉降, 说明强度和沉降是统一的。在实际工程中, 不同功能要求的结构物对沉降有着不同的控制标准和适应能力, 因此采用合理的沉降计算方法和合理的参数取值是很有必要的。
参考文献
[1]牛志荣, 李宏, 穆建春, 等.复合地基处理及其工程实例[M].北京:中国建材工业出版社, 2000.363-394.
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[3]GB5007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].
[4]龚晓南.广义复合地基理论及工程应用[J].岩土工程学报, 2007, (29) :1-13.
CFG桩复合地基研究 篇6
关键词：岩溶洼地,CFG桩,复合地基,沉降规律
1 引言
历经近20年的快速发展, 我国在复杂地质条件下进行工程建设和设计的水平日趋成熟。我国国土面积较大, 各类地形发育较充分, 其中, 西南地区如广西、云南的山区往往分布有较发育的岩溶, 针对公路、铁路这类线长而面广的工程, 难免会遇到岩溶洼地软土地基结构, 这类软土具有含水量高、孔隙比大、液限及塑性较高, 容重、饱和度较大, 渗透性、压缩性和抗剪强度较低等工程特点, 在这类岩溶洼地软土地基上修筑高速公路的工程实例中, 由于沉降过大导致的工程问题占了很大比例, 这至少说明2点: (1) 我们对岩溶洼地软土的认知和研究还不足; (2) 基于岩溶洼地软土地基沉降规律还有待深入研究。
在路基的沉降变形中, 施工期间的沉降可由后续的填土补偿, 影响运营安全的沉降主要包括: (1) 路基基床在列车荷载下发生的弹塑性变形; (2) 路基本体在自重作用下的压实变形; (3) 地基在荷载作用下的沉降[1]。前2项可以利用高压实标准、优良填料进行控制, 软土地基的变形则耗时久、沉降值[2]大。
目前, 国内外虽然对软基沉降问题研究历史较长, 但基本都是以弹性理论为基础且满足一维应变状态假设的分层总和法。然而在外力作用下的地基土变形特性非常复杂, 因此, 计算误差较大。目前, 国内对软基沉降计算常引入修正系数φs和工后沉降系数ηti加以修正, 不同的成果都对完善软基沉降计算理论和工后沉降的评估具有十分积极的意义, 也不可避免会存在局限性。然而, 随着仿真技术的不断进步, 以室内试验得出的桩土接触参数进行修正的有限元数值分析方法也越来越具有使用价值。
以工程中常见的岩溶洼地软土为研究对象, 基于百色—靖西CFG桩复合地基相关路基断面, 开展了路堤荷载下岩溶洼地地区CFG桩复合地基沉降规律研究。地基各土层参数如表1所示。
注:表1仅为其中一种地基结构, 其他土层类似, 只是上面3种土层随机组合。
理论计算部分采用《建筑地基基础设计规范》 (GB5007) [3]的应力面积法, 计算公式:
式中, S为地基最终沉降量, mm;n1为加固区内的土层层数;n2为计算深度范围内总的土层层数;φs为沉降计算修正系数, 根据经验和相关观测资料确定;P0为基础底面处的附加应力, k Pa;Esi为基底以下第i层土的压缩模量, MPa;zi为第i层土底面至基础底面的距离, m;ξ为复合土层的模量提高系数;为第i层土底面至基础底面计算点范围内的平均附加应力系数, 该系数不能照搬建筑规范, 应该重新推导, 文献[4]研究了路堤梯形分布荷载下路基中心附加应力系数曲线方程为:
式中, d为荷载分布宽度, m;αz为深度z处的平均附加应力系数, z为路基中线下深度, m;d'为路堤断面顶面宽度, m。
将代入式 (2) , 可以得到平均附加应力计算式, 见郭再旭[5]推导。
2 项目区土层结构下的沉降特征分析
根据项目区K84+800渠来路基段地质资料采用上述理论计算方法, 对不同布桩方案进行沉降计算和优化设计结果汇总如表2和图1。
结论:如不进行地基处理, 沉降高达95cm, 工后沉降系数取30%~40%, 显然沉降会超标, 方案C沉降相对较大, 穿透型布桩时加固区的沉降占比例较大, 平均为57.8%, 而摩擦桩加固区沉降仅占总沉降的14%。可见, 穿透型布桩可以充分发挥CFG桩复合地基的加固效果。由图2可见几种加固方案的竖向沉降曲线主要分为3种类别:方案A、B、D、E和预设方案的沉降曲线的变化幅度较小, 数值也较小;方案C沉降值最大;长短桩方案F的沉降介于中间, 由这3类沉降曲线的变化幅度可知以桩端位于强风化砂岩为界, 桩长深入该层, 对沉降的控制意义不大, 桩端为进入该层, 沉降值过大, 这种情况下选择长短桩, 即长桩进入稳定持力层, 短桩未达到稳定持力层既安全又经济。
3 地基不同土层结构下的沉降计算
地貌学认为岩溶具有青—壮—老年期组成的岩溶旋回[6]不断沉积和溶蚀, 将会产生不同的地基结构, 假设有3层土分别为:硬壳层黏土、黏土、淤泥, 厚度均为3m, 随机组合, 为了突显软硬对比, 硬壳层黏土设置2组, 故土层组合分为a、b两大组, 其中, a组硬壳层黏土压缩模量取20MPa;b组硬壳层黏土压缩模量取50MPa。桩长同取10m, 桩径0.5m, 桩间距1.5m, 桩端持力层为强风化砂岩, 其他参数保持不变, 这样共有12种组合:a、b组各有“黏硬淤”“黏淤硬”“淤硬黏”“淤黏硬”“硬黏淤”“硬淤黏”6种组合, 采用Abaqus仿真分析, 得沉降曲线如图2和图3。
由图2可知:当淤泥层在地基最上层时, 软土地基沉降值最大, 并且坡脚处沉降值减小;当“硬壳层”黏土层出现在地基最上层时, 软土地基沉降值最小, 且坡脚处沉降值有所增大;粉质黏土位于地基最上层时, 路基中心及坡脚处沉降值介于上面2种情况之间, 整体来看, 当土层组合发生改变时, 沉降最大波动23.6%。因此, 可以说:土层上软下硬沉降大, 反之则沉降小, 上面土层较软时, 坡脚外沉降会减小。
由图3可知:土层组合改变引起的沉降规律变化与a组合情况基本一致, 只是沉降波动值增加, 可以达到28.5%。因此, 可以说上软下硬沉降大, 反之沉降小, 上面土层较软时, 坡脚处沉降减小, 土层压缩模量差值增大, 则沉降结果差别也加大。
4 下伏面局部不平整对沉降规律的影响
岩溶洼地地区由于岩溶化的持续发展, 地基下伏基岩往往不是平整的, 会出现很多岩溶地貌:石芽残丘、峰林地形、溶蚀准平原低矮的残峰分布、塌陷的溶洞等, 随着后续构造运动, 上覆土层逐渐沉积, 最终出现了下伏面局部不平整的地基结构, 采用Abaqus简化建模, 将这种局部的不平整简化为规则的矩形体, 结合工程路基断面:基床表层单侧宽13m, 坡脚距中心线宽38m, 模拟了3种情况: (1) 局部不平整出现在路基中心线至路肩范围内 (0~13m) ; (2) 在路基边坡范围以内 (13~38m) ; (3) 在距路基中心6.5~38m范围内。建模分析并汇总沉降曲线如图4。
由图4可知, 原本相对圆滑的沉降曲线因为下伏面存在局部不平整会出现曲线波动, 表明局部沉降发生突变。由仿真计算结果可知: (1) 当局部不平整出现在距路基0~13m范围时, 除了该范围以内沉降明显增大, 其对路基沉降的影响可以达到距路基中心20m处, 最大沉降增加17%, 且坡脚处沉降明显减小, 原因是竖向变形的加大减小了土体水平方向变形; (2) 局部不平整出现在路基边坡以下时, 对沉降的影响都局限在这一范围内, 沉降最大增加19.5%, 单对整体路基的最大沉降影响忽略不计; (3) 当出现在距路基中心6.5~38m范围内时, 对沉降的影响涵盖了以上2种情况:既在基床表层范围内增大了最大沉降, 又在边坡范围与 (2) 重合, 最大沉降增加20.57%。
5 结论
论文第针对项目区实际工点进行了分析和总结, 对不同土层组合及下伏面局部不平整现象进行了假设研究并得出结论, 以上共计21种情况, 对岩溶洼地地区软土CFG桩复合地基的沉降规律具有一定参考意义。。
参考文献
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[2]张敏静, 罗强等.高速铁路穿透型CFG桩复合地基沉降计算修正系数研究[J].岩土力学, 2013 (2) :519-525.
[3]GB 50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].
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[5]郭在旭.路堤荷载下CFG桩复合地基沉降计算研究[D].成都:西南交通大学, 2010.
CFG桩复合地基设计 篇7
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
浅谈CFG桩复合地基 篇8
1.1 作用机理
CFG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桩,与桩间土和褥垫层一起构成复合地基。
1.2 适用范围
水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法适用于处理粘性土、粉质粘土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对基础形式而言,CFG桩既可适用于条形基础、独立基础,也可以用于筏基。若采用CFG桩复合地基和筏板基础,对跨度不太大的溶洞可不作任何处理,复合地基桩不必穿越溶洞,从而减免了相当复杂的溶洞处理工作。就土性而言,CFG桩处理填土、砂土和非饱和粘性土,有置换和挤密土的作用。
1.3 承载力提高幅度大
CFG桩桩长可以从几米到二十多米,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55%以上,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,荷载又不大时,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时,CFG桩复合地基则比较容易实现。就目前而言,CFG桩复合地基承载力可达450kPa以上,处理后可作为高层或超高层建筑地基,如北京华亭嘉园35层住宅楼等。
1.4 具有刚性桩性状
CFG桩居于柔性桩和刚性桩之间,也叫半刚性桩。具有刚性桩特点,可以全桩长发挥侧阻,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。
1.5 桩体强度低
当桩体强度大于某一数值时,提高桩体混凝土标号对复合地基承载力意义不大。因此,CFG复合地基设计时,没有必要把桩体混凝土标号取得很高,一般取桩顶应力的3倍即可,目前桩体混凝土设计强度一般为C15。
1.6 复合地基变形小
对于上部和中部有软弱土层的地基,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,建筑物的沉降都不大。
2 CFG桩复合地基设计
2.1 复合地基承载力计算
2.1.1 复合地基承载力特征值
CFG桩复合地基承载力特征值应将现场复合地基载荷试验作为验收标准,在进行施工图设计时按下式估算:
式中,fspk——复合地基承载力特征值(kPa);
m——面积置换率;
Ap——桩的截面面积(m2);
Ra——单桩竖向承载力特征值(kN);
β——桩间土承载力折减系数,宜按地区经验取值,如无经验值则取0.75~0.95,天然地基承载力较高时取大值;
fsk——处理后桩间土承载力特征值(kPa),宜按当地经验取值,如无经验值则取天然地基承载力特征值。
2.1.2 单桩竖向承载力特征值
单桩竖向承载力特征值应采用单桩载荷试验作为验收标准,单桩竖向承载力特征值应取单桩竖向极限承载力的0.5倍,无试验值时按下式估算:
式中,i=Up1——桩的周长(m);
n——桩长范围内所划分的土层数;
qsi、qP——分别为桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值(kPa),按GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》确定;
li——第i层土的厚度(m)。
单桩竖向承载力特征值应同时满足下式,即:
式中,fc——混凝土轴心抗压强度设计值。
当按地基各土层估算出的单桩竖向承载力特征值大于按桩身材料强度计算的承载力值时,应取其中的较小值。
2.1.3 桩距的确定
当依次确定荷载效应标准组合时基底的平均压力值Pk、桩身直径、单桩竖向承载力特征值Ra、处理后的桩间土承载力特征值fsk后,便可根据式(1)、(2)求得CFG桩的置换率,从而求得桩距。根据不同的布桩方式,桩距可分别按下列各式求得:
a.等边三角形
b.正方形
c.等边三角形
式中,D——桩身直径(m)。
2.2 褥垫层设计
褥垫层一般由水配砂石、粗砂、散石等散体材料组成,最大粒经≤30mm,厚度宜取150mm~300mm,当桩径或桩距较大时其厚度宜取高值。由于CFG桩属刚性桩,其褥垫层设计成为复合地基的一个重要内容。其作用如下:
(1)保证桩、土共同承担荷载,褥垫层的设置为CFG桩复合地基受力后提供了桩上、下刺入的条件,以保证桩间土始终参与工作;
(2)减少了基础底面的应力集中;
(3)通过改变褥垫层厚度可以调整桩土的竖向和水平荷载分担比例,确保桩体不发生水平折断。
褥垫层厚度过小则势必引起桩对基础产生明显的应力集中,需要考虑桩对基础的冲切,导致基础加厚。如果基础承受水平荷载,可能造成复合地基中桩发生水平断裂,桩间土承载力也不能充分发挥。反之,如褥垫层厚度过大,桩对基础产生的应力集中很小,则会造成浪费。因此,褥垫层厚度的设计应考虑技术上可靠,经济上合理。
2.3 沉降计算
地基处理后的变形计算应按GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同,复合土层的压缩模量与该层天然地基压缩模量之比ζ可按下式确定:ζ=fspk/fak。
对于沉降计算经验系数ψs,可根据当地沉降观测资料及经验确定,如无地区经验则按GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》第5.3.5条P0≤0.75fak沉降计算经验系数取值。如果对所有软土层均进行地基处理,则地基变形主要为复合土层的变形,可不必进行计算,一般按2cm左右考虑。
3 CFG桩施工工艺
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粘性土、粉土、游泥质土、人工填土及松散沙土等地质条件,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)振动及噪音污染严重;
(3)在临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:
(1)低噪音,无泥浆污染;
(2)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;
(3)成孔穿透能力强,可穿透硬土层;
(4)施工效率高。
4 结语
随着我国社会经济发展,高层建筑的增多,人们对地基承载力及变形的使用要求也越来越高。广西属于岩溶发育地区,当浅层土的地基承载力较小时,采用复合地基设计是较为常用的方法,尤其是针对软土地基,采用地基加固处理更为适用。CFG桩复合地基具有施工速度快、工期短、质量易控制、造价低等优点,经济效益和社会效益显著。
参考文献
[1]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9
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