水泥粉煤灰碎石桩法资料

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1、山东科技大学 王清标1 8 水泥粉煤灰碎石桩法 8.1.1 CFG桩复合地基的概念 水泥粉煤灰碎石桩桩（Cement-Flyash- Gravel pile）是由水泥、粉煤灰、碎石 、石屑或砂加水拌和形成的高粘结结强度 桩桩（简简称CFG桩桩），桩桩、桩间桩间 土和褥 垫层垫层 一起构成复合地基。 水泥粉煤灰碎石桩桩系高粘结结强度桩桩 ，需设设置褥垫层垫层 ，以保证桩证桩 、土共同承 担荷载形成复合地基。 CFG桩复合地基组成示意图 8.1 概述 2山东科技大学 王清标 8.1.2 CFG桩复合地基的应用与发展 CFG桩是建设部“七五”计划课题，于1988年立题进行试验研究。 1994年被列为

2、国家级重点推广项目。80年代末至90年代初。CFG桩多采 用振动沉管打桩机施工。90年代中期，在北京开始应用长螺旋钻管孔内 泵压CFG桩混合料成桩工艺，并在全国推广。 CFG桩可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层时可很好地发挥端阻 ，形成的复合地基置换作用强，复合地基承载力提高幅度大，复合模量 高，地基变形小。 CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配钢筋，可充分发挥桩 间土的承载力，工程造价仅为桩基的1/31/2，经济效益和社会效益显著 。 CFG桩采用长螺旋钻孔管内泵压成桩工艺，具有无泥浆污染、无振 动、低噪声等特点，且施工速度快、工期短、质量容易控制。 3山东科技大学 王清标 8.1.

3、3 CFG桩复合地基工程特性 （1）承载力提高幅度大、可调性强 CFG桩桩长可从几米到20多米，可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的 荷载占总荷载40%75%。 （2）刚性桩性状明显 CFG桩具有较大的刚性。不仅能充分发挥侧阻力，当桩端落在好土层上 时，还具有明显的端承作用。 （3）桩体排水作用 当上部土层透水性较差时，CFG桩形成一个良好的排水通道，孔隙水 沿着桩体向上排出，直到CFG桩体硬结为止。 （4）桩体强度和承载力的关系 CFG桩桩体强度不宜太高，一般取桩顶应力的3倍即可。 （5）复合地基变形小 CFG桩复合地基模量大、地基沉降量小。当软弱土层较厚时，将桩端 落在较硬土层，可以有效减小沉

4、降。 4山东科技大学 王清标 CFG 桩法适用于处理粘性土、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。应选择承载力 相对较高的土层作为桩端持力层。 适用范围广，既可适用于条基、独立基础，也可适用于箱基、筏基；既有 工业厂房，也有民用建筑。 8.1.4 CFG桩的适用范围 5山东科技大学 王清标 8.1.5 CFG桩与碎石桩的区别 （1）概念上区别 水泥粉煤灰碎石桩桩体材料除了碎石以外，还有水泥、粉煤灰的成份 ，桩身具有高粘结强度。 （2）承载机理区别 CFG桩为复合地基刚性桩，桩身可在全长范围内受力，能充分发挥 桩周摩阻力和端承力；而碎石桩为散体

5、材料桩，桩身无粘结强度，依靠周 围土体的约束力来承受上部荷载。 （3）桩土应力比区别 CFG桩的桩土应力比较高一般在1040，具有很大的可调性，在软 土中n100；而碎石桩桩土应力比一般为1.54.0。 （4）适用土类区别 CFG桩用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散砂土、粉土等，对 塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重；而碎石桩宜处理砂土、粉土、粘性 土、填土以及软土，对不排水抗剪强度小于20kPa软土使用要慎重。 8.1.6 CFG8.1.6 CFG桩的勘察要求桩的勘察要求 n n 对拟建建筑场地要根据国标岩土工程勘察规范对拟建建筑场地要根据国标岩土工程勘察规范GB50021-2009GB5

6、0021-2009进行进行 工程地质勘察并提供其勘察报告。工程地质勘察并提供其勘察报告。 n n (1) (1)工程地质勘察内容工程地质勘察内容 n n 1) 1)查明岩土埋藏条件及物理力学性质查明岩土埋藏条件及物理力学性质, , 持力层及下卧层尤其是软弱持力层及下卧层尤其是软弱 土层的埋藏深度和厚度、性状及变化情况以及应力历史；土层的埋藏深度和厚度、性状及变化情况以及应力历史； n n 2) 2)查明水文地质条件，地下水位的埋藏查明水文地质条件，地下水位的埋藏( (包括地下水位线位置、流包括地下水位线位置、流 向、地下水类型等向、地下水类型等) )地下水对混凝土的腐蚀作用等；地下水对混凝土的

7、腐蚀作用等； n n 3) 3)查明特殊性土，如膨胀土、湿陷性土或液化土层的特性；查明特殊性土，如膨胀土、湿陷性土或液化土层的特性； n n 4) 4)确定各层土的地基承载力标准值，预测地基的沉降及其均匀性；确定各层土的地基承载力标准值，预测地基的沉降及其均匀性； n n 5) 5)提供采用提供采用CFGCFG桩设计所需的岩土工程技术参数，确定和估算单桩桩设计所需的岩土工程技术参数，确定和估算单桩 承载力，可提出承载力，可提出CFGCFG桩的长度和建议的施工方法。桩的长度和建议的施工方法。 6山东科技大学 王清标 n n (2)(2)勘探点间距勘探点间距 n n 应根据拟建建筑物的等级、体型及

8、平面形状等布应根据拟建建筑物的等级、体型及平面形状等布 置勘探点，勘探点的布置应能控制持力层的层面置勘探点，勘探点的布置应能控制持力层的层面 坡度、厚度及性状，其间距可根据岩土工程勘察坡度、厚度及性状，其间距可根据岩土工程勘察 等级确定等级确定( (岩土工程勘察等级岩土工程勘察等级) )。一般勘察点的间距。一般勘察点的间距 位位151530m30m、层面高差比较大时，间距应小些。、层面高差比较大时，间距应小些。 n n (3) (3)勘探深度勘探深度 n n 应取勘探孔总数的应取勘探孔总数的1 13 31 12 2作为控制性勘探作为控制性勘探 孔，深度为桩尖以下或参见详细勘察阶段的控制孔，深度

9、为桩尖以下或参见详细勘察阶段的控制 性勘探孔深度表。性勘探孔深度表。 7山东科技大学 王清标 n n (4)(4)室内实验室内实验 n n 做土的物理力学常规实验项目。做土的物理力学常规实验项目。 n n (5) (5)勘察报告勘察报告 n n 除按国家标准勘察规范提供勘察报告外，尚需针对除按国家标准勘察规范提供勘察报告外，尚需针对cFGcFG桩桩 处理方法特别增加一些内容。处理方法特别增加一些内容。 n n 1) 1)提供各土层的桩侧向阻力和桩端阻力。桩侧向阻力一做提供各土层的桩侧向阻力和桩端阻力。桩侧向阻力一做 按灌注桩施工工艺提供，桩端阻力按灌注桩和打入桩分别按灌注桩施工工艺提供，桩端阻

10、力按灌注桩和打入桩分别 提供；提供； n n 2) 2)若有填土，应说明填土材料的构成、尤其对施工可能造若有填土，应说明填土材料的构成、尤其对施工可能造 成困难的工业垃圾或块石等予以说明。当基础底标高在境成困难的工业垃圾或块石等予以说明。当基础底标高在境 土层时，要提供填土承载力标准值；土层时，要提供填土承载力标准值； n n 3) 3)提供基础底面以下土层的灵敏度，作为褥垫层铺设施提供基础底面以下土层的灵敏度，作为褥垫层铺设施 工时能否选用动力夯实法的主要依据。工时能否选用动力夯实法的主要依据。 8山东科技大学 王清标 9山东科技大学 王清标 8.2 加固机理 一 桩、土受力特性 1）桩土共

11、同作用 基础传来的荷载，先传给褥垫层，再由褥垫层传递给桩与桩间土。上部 传来的荷载大部集中在桩顶，当桩顶压应力超过褥垫层局部抗压强度时，桩 体向上刺入，褥垫层产生局部压缩。 a）复合地基受力前 b） 复合地基受力后 CFG桩复合地基桩土共同作用示意图 10山东科技大学 王清标 2）桩、土荷载分担 总荷载记为P ; 桩体承担的荷载记为P p； 桩间土承受的荷载记为Ps。 P=Pk时，桩土承担荷载各占50%。PPk后，桩承担荷载超过桩间土。 11山东科技大学 王清标 a) 桩身摩阻力 b) 桩土位移 c) 桩轴力随深度变化 竖向荷载作用下桩传递轴向力的特征 3）桩传递轴向力的特征 4）桩间土应力分

12、布 刚性基础下桩间土上的应力分布情况是在基础边缘应力较大，在基础 中间部分较小，内外区的平均应力比在1.251.45之间。 12山东科技大学 王清标 8.2.2 复合地基变形特性 1）变形模式 复合地基加固区范围内土层压缩量 s1、下卧层压缩量s2和褥垫层压缩量s3 。 2）复合地基土的变形性状 复合地基和天然地基不同 深度处土的位移曲线 复合地基s-z曲线比较平缓，复合地 基桩间土变形小于天然地基变形；随 着荷载增加，复合地基变形大于天然 地基变形。 3）复合地基中桩的变形性状 与自由单桩相比，在荷载相同的情况下，复合地基中桩的变形大于 自由单桩变形。 13山东科技大学 王清标 8.2.3

13、CFG桩复合地基各组成要素的主要作用 1）褥垫层作用 （1）保证桩与土共同承担荷载 通过褥垫层塑性调节作用把一部分荷载传到桩间土上，保证桩和桩间 土始终参与工作并满足变形协调条件。 （2）减小基础底面的应力集中 当褥垫层厚度H=0时，桩对基础底板的应力集中显著。 当褥垫层厚度H100mm时，桩对基础产生的应力集中现象显著降 低；当褥垫层厚度H=300mm时，应力集中已经很小。当褥垫层超过一定 厚度后，在基础底板设计时可不考虑桩对基础应力集中的影响。 14山东科技大学 王清标 2）桩的作用 （1）承担基础传来的荷载 （2）对地基土产生一定的挤密作用 3）CFG桩复合地基加固作用 （1）置换作用

14、CFG桩桩体弹性模量远大于桩间土弹性模量，CFG桩承担荷载远大于桩 间土承担荷载，土被CFG桩置换是复合地基承载力得到提高主要原因。 （2）排水作用 CFG桩桩体的渗透系数远大于桩间土层渗透系数。 15山东科技大学 王清标 8.3 设计计算 8.3.1 CFG桩复合地基布桩基本要求 1）平面布置 对可液化地基及饱和软粘土地基宜在基础处设12排砂石护桩。最外排 桩中心至基础边缘距离不宜小于1倍桩径，且不大于1.5倍桩距。 2）CFG桩参数设计 （1） 桩径 CFG桩桩径350600mm。 （2） 桩距 根据复合地基承载力、土性、施工工艺确定桩距，s取3 6倍桩径。 CFG桩桩距选择 16山东科技

15、大学 王清标 （3）桩长 在满足承载力和变形要求的前提下，可以通过调整桩长来调整桩距，桩 越长，桩间距可以越大。 3）褥垫层设计 褥垫层厚度150300mm。桩径、桩距较大时，褥垫层厚度应取高值 。 8.3.2 CFG桩复合地基承载力计算 1）复合地基承载力特征值 17山东科技大学 王清标 2）单桩竖向承载力特征值 18山东科技大学 王清标 8.3.3 CFG桩桩体强度与配合比设计 1）桩体强度计算 2）桩体材料中水泥掺量及其他材料的配合比确定 以28d混合料试块的强度 确定桩身混合料的水灰比 19山东科技大学 王清标 混合料中粉灰比的用量计算 碎石与石屑的用量计算 石屑率的计算 20山东科技大学 王清标 8.3.4 CFG桩复合地基沉降计算 1）复合地基沉降计算公式 （1）分层计算法 21山东科技大学 王清标 （2）复合模量法 22山东科技大学 王清标 2）复合土层压缩模量Esp 3）地基变形计算深度zn 当无相邻荷载影响，基础宽度在130m范围内时，基础中点的地基变形计 算深度可按下列简化公式计算： 表8.3 z取值 23山东科技大学 王清标 8.4 施工技术 8.4.1 CFG桩施工所需机具 8.4.2 CFG桩成桩工艺 1）长螺旋钻孔灌注成桩工艺 长螺旋钻孔灌注成桩