地基处理--__CFG桩

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3.5.1概述3.5.2加固原理3.5.3设计与计算3.5.4施工工艺3.5.5效果检验3.5.6工程实例水泥粉煤灰碎石桩CFG桩主要内容 3.5.1概述定　义适用范围重要概念 复合桩基散体桩复合地基，其桩体由碎石或砂石等散体材料构成（碎石桩）低粘结强度桩复合地基（石灰桩、灰土桩、水泥搅拌桩）中等粘结强度桩复合地基（夯实水泥土桩）高等粘结强度桩复合地基（CFG桩、素混凝土桩） 在碎石桩基础上加入适量石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，与周围地基土体形成复合地基，它比一般碎石桩复合地基的承载力高、变形量小。CFG－水泥粉煤灰碎石桩一、定　义 一.概述1.定义水泥粉煤灰碎石桩法(cementfly-ashgravelpile):由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。2.材料（1）粉煤灰：是燃煤发电厂排出的一种工业废料，其主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO等。其中粉煤灰的活性决定于各种粒度的SiO2和Al2O3的含量。 碎石－粗骨料石屑－中等粒径骨料，使得级配良好；粉煤灰－细骨料和低标号水泥作用，提高桩体后期强度。水泥－提高强度。一、定　义 按照施工工艺不同，分为挤土和非挤土两类振动沉管法施工－挤土法螺旋钻施工－非挤土法一、定　义 （2）碎（卵）石、砂、石屑、水泥：CFG桩的骨料为碎石、砂和石屑为填充料，水泥一般采用普通硅酸盐水泥。（3）材料的力学性能立方抗压强度：28d养护，σc=6.3~7.3MPa，σc=6.7MPa;劈裂抗压强度：80d养护，σ劈=0.5~0.59MPa，σ劈=0.54MPa;轴心抗压强度：80d养护，σ=3.5~6.3MPa，σ劈=4.3MPa; 静弹模：E=8.4×103~9.8×103MPa，σ劈=8.8×103Mpa; （4）适用范围适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。（5）CFG桩法的优点施工工艺简单，无场地污染，振动影响小；仅需要少量水泥，便于就地取材；受力特点与水泥搅拌桩相似，由桩侧阻力和桩端承载力组成，增加桩长可提高承载力。 桩型对比值碎石桩CFG桩单桩承载力桩的承载力主要靠桩顶以下有限场地范围内桩周土的侧向约束，当桩长大于有效桩长时，增加桩长对承载力的提高作用不大。以置换率10%计，桩承担荷载占总荷载的15%～30%。桩的承载力主要来自全桩长的摩阻力及桩端承载力，桩越长则承载力越高，以置换率10%计，桩承担荷载占总荷载的40%～75%。复合地基承载力加固黏性土复合地基承载力的提高幅度较小，一般为0.5～1倍。承载力提高幅度有较大可调性，可提高4倍或更高。变形减小地基变形的幅度较小，总的变形量较大。增加桩长可有效地减少变形，总的变形量小。三轴应力应变曲线应力-应变曲线不呈直线关系，增加围压，破坏主应力差较大。应力-应变曲线呈直线关系，围压对应力应变曲线没有多大影响。适用范围多层建筑物地基多层及高层建筑物碎石桩与CFG桩的对比 一、定义CFG桩吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单；与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小。所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争建筑材料，这也是比水泥搅拌桩的优越之处。受力特性与水泥搅拌桩类似。 CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基。一、定义 垫层指的是设于基层以下的结构层。其主要作用是隔水、排水、防冻以改善基层和土基的工作条件。垫层为介于基层与土基之间的结构层,在土基水温状况不良时,用以改善土基的水温状况,提高路面结构的水稳性和抗冻胀能力,并可扩散荷载,以减少土基变形.垫层使用条件和一般规定如下:1.路基经常处于潮湿和过湿状态的路段,以及在季节性冰冻地区产生冰冻危害的路段应设垫层. 2.垫层材料有粒料和无机结合料稳定土两类.粒料包括天然砂砾,粗砂,炉渣等.采用粗砂和天然砂砾时,小于0.074mm的颗粒含量应小于5%;采用炉渣时,小于2mm的颗粒含量宜小于20%.3.垫层厚度要按当地经验确定.在季节性冰冻地区路面总厚度小于防冻最小厚度时,应以垫层材料补足. CFG桩复合地基。此处的褥垫层，不是基础施工时通常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。 工程中，对散体桩和低粘结强度桩复合地基，有时可不设置褥垫层，也能保证桩与土共同承担荷载。CFG桩是高粘结强度桩，褥垫层是CFG桩和桩间土形成复合地基的必要条件，是不可缺少的一部分。一、定义 3.褥垫层作用由级配的砂石、粗砂、碎石组成的褥垫层有如下四方面的作用：保证桩土共同承担荷载；减少基础底面的应力集中；褥垫层厚度可以调整桩土荷载分担比；褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比； ——保证桩与土共同承担荷载褥垫层作用 ——保证桩与土共同承担荷载褥垫层作用 ——保证桩与土共同承担荷载褥垫层作用 ——调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用褥垫层作用 ——调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用褥垫层作用 桩体作用CFG不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基中的CFG桩起到了桩体作用。 ——减少基础底面的应力集中H＝0时，桩对基础的应力集中很显著，和桩基础一样，需要考虑桩对桩基的冲切破坏；H大到一定程度后，基底反力即为天然地基的反力分布。褥垫层作用 褥垫层的调整均化作用保证桩、土共同承担荷载褥垫层的设置为ＣＦＧ桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。 褥垫层的调整均化作用减少基础底面的应力集中当褥垫层厚度大于１０ｃｍ时，桩对基础产生的应力集中已显著降低。 褥垫层的调整均化作用褥垫厚度可以调整桩土荷载分担比荷载一定时，褥垫越厚，土承担的荷载越多。荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。 褥垫层的调整均化作用褥垫厚度可以调整桩、土水平荷载分担比基础承受水平荷载时，褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶受的水平荷载越小。 CFG桩主要适用于：粘性土、淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、杂填土、湿陷性黄土。二、适用范围 桩体的置换作用挤密作用加固原理3.5.2加固原理褥垫层的调整均化作用 非挤土法施工时，施工对土体的振动或挤压作用使桩间土得到挤密－－提高了强度。加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小；重度、压缩模量均有所增加，说明经加固后桩间土已挤密。挤密作用 平面布置、桩径、桩距桩长、桩体强度褥垫层厚度及材料设计参数3.5.3设计与计算 Ｌ等边三角形或方形布置，面积置换率m不宜超过10％（充分发挥桩间土作用）平面布置 直径——350～600mm桩径CFG桩常采用振动沉管法施工，其桩径根据桩管大小而定，一般为： Ｌ桩距——（3～6）d桩距桩距的选用需要考虑承载力提高幅度要能满足设计要求，且施工方便，桩作用的发挥、场地地质条件及造价等因素。 CFG桩桩距选用参考值土质桩距布桩形式挤密性好的土，如砂土、粉土、松散填土等可挤密土，如粉质黏土、非饱和黏土不可挤密性土，如饱和黏土、淤泥质土单、双排布桩的基础（3~5d）（3.5~5d）（4~5d）含9根以下的独立基础（3~6d）（3.5~6d）（4~6d）满堂布桩（4~6d）（4~6d）（4.5~7d） 桩距(1)对挤密性好的土，如砂土、粉土和松散填土等，桩距可取得较小。(2)对单、双排布桩的条形基础和面积小的独立基础等，桩距可取得较小。反之，满堂布桩的筏基、箱基以及多排布桩的条基、设备基础等，桩距应适当放大。(3)地下水位高，地下水丰富的建筑场地桩距也应适当的放大。 求解思路：根据设计要求达到的复合地基承载力以及天然地基承载力——桩土应力比n——桩顶应力——桩顶承受的集中力——参照与施工方法相关的桩周摩阻力和桩端端承力——桩长桩长 1、n＝？ 2、桩顶应力3、桩顶承受的集中力4、桩顶承受的集中力推算桩长 最低强度按3倍桩顶应力确定。桩体强度 材料：碎石、级配砂石、粗砂或中砂厚度：10～30cm为宜，可适当加宽。褥垫层材料、厚度 一般情况CFG桩复合地基沉降由三部分组成。加固深度范围内土的压缩变形s1；下卧层变形s2；褥垫层变形s3。（数量很小可以忽略不计）沉降计算 1.处理范围和桩径d水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置，桩径宜取d=350～600mm。2.桩距S根据处理后的复合地基承载力fspk、土性、施工工艺确定，一般S=（3～5）d。3.褥垫层厚度和材料桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜取150～300mm，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大30mm。 4.水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值确定（1）通过现场复合地基载荷试验确定；（2）初步设计时也可按下式估算：fsp,k=m（Ra/Ap）+β（1-m）fsk式中fsk——处理后天然地基承载力特征值（kPa）,，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；m——面积置换率，m=Ap/A；Ap——桩的截面积(m2)；β——桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75~0.95，天然地基承载力较高时取大值；Ra——单桩承载力特征值（kN）。 （4）单桩承载力特征值Ra的确定当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2，即按下式计算： 当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算：Ra=Up∑qsi×Li+qp×Ap式中Up——桩的周长，m；qsi——桩侧第i层土的侧阻力特征值，kPa，按国家现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定确定取值；qp——桩的端阻力特征值，kPa，按国家现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定确定取值；Li——第i层土的厚度，m。 5.桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求：式中fcu——桩体混合料试块（边长150mm立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值（kPa）。 6.变形计算CFG桩地基总沉降量S为：S=S1+S2+S3式中S1——复合地基沉降量，mm；S2——下卧土层沉降量，mm；S3——褥垫层沉降量，mm；因褥垫层厚度较小，其变形值更小，而且多在施工过程中完成，所以可忽略不计。 所以上式可简化为：S=S1+S2地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。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值可按下式计算：变形计算经验系数ψs根据当地沉降观测资料及经验确定，也可采用下表数值： （Mpa)2.54.07.015.020.0ψs1.11.00.70.40.2沉降经验系数ψs 为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应该下式计算：式中Ai——第i层土附加应力系数沿土层深度的积分值；Esi——基础底面下第i层土的压缩模量值（MPa），桩长范围内的复合土层按复合土层的压缩模量取值。地基变形计算深度应大于复合土层的厚度，并符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007中地基变形计算深度的有关规定。 四施工1.水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据现场条件选用下列施工工艺：(1)长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、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，适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；(3)振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。 施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m。成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块）试块（边长为150mm的立方体），标准养护，测定其立方体抗压强度。冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施。清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。 6.褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.90。7.施工垂直度偏差不应大于1%；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。 五质量检验施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。水泥粉煤灰碎石桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在施工结束28d后进行。试验数量宜为总桩数的0.5%～1%，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。 3.5.4施工方法一、水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据现场条件选用下列施工工艺：1长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、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，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；3振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。 二、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工和振动沉管灌注成桩施工除应执行国家现行有关规定外，尚应符合下列要求：1施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160～200mm，振动沉管灌注成桩施工的坍落度宜为30～50mm，振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm； 2长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.2～1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢；3施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m； 4成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块）试块（边长为150mm的立方体），标准养护，测定其立方体抗压强度。1）冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施。2）清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。3）褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。 三、施工垂直度偏差不应大于1%；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。 施工质量控制施工检测逐桩静压静压振拔技术大直径预制桩尖的采用 质量检验1施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。2水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。3水泥粉煤灰碎石桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在施工结束28d后进行。试验数量宜为总桩数的0.5%～1%，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。4应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。 水泥粉煤灰碎石桩工程实例某CFG桩，桩径0.4m，桩端入粉土层0.5m，桩长8.25m，土层分布：0~4.5粉土，qsa=26kPa，4.5~5.45粉质粘土，qsa=18kPa，5.45~6.65粉土，qsa=28kPa，6.65~7.75粉质粘土，qsa=32kPa，7.75~12.75粉土qsa=38kPa，qpa=1300kPa,计算单桩承载力特征值。 解：=1.256×(26×4.5+18×0.95+28×1.2+32×1.10+38×0.5)+0.1256×1300=274.8+163.3=438kN 作业：某工程场地为软土地基，采用CFG桩复合地基处理，桩径0.5m，按正三角形布桩，桩距为1.1m，桩长15m，要求复合地基承载力特征值达到180kPa，求单桩承载力特征值及桩体试块立方体抗压强度平均值（取置换率为0.2，桩间土承载力特征值为80kPa，折减系数为0.4）