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1、地基处理 Foundation Treatment,河南科技大学 规划与建筑工程学院 高笑娟,一、CFG桩法 1、CFG桩复合地基的概念 水泥粉煤灰碎石柱(Cement Flyash Gravel Pile)简称CFG桩，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，也是近年来新开发的一种地基处理技术。这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。,第6章 CFG桩和夯实水泥土桩法,2、特点 （1）施工工艺与普通振动沉管灌注柱一样，工艺简单，与振冲碎石柱相比，无场地污染、振动影响也较小。第二，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
2、结构争“三材”，这也是比水泥搅拌桩优越之处。第三，受力持性与水泥搅拌桩类似。 （2）材料配合比及其力学性能 CFG桩是将水泥、粉煤灰、石子、石屑加水拌和形成的混合料灌注而成，它们各自成分含量的多少对混合料的强度、和易性都有很大影响，可进行室内外配比及其力学性能试验,3、加固机理 CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。其加固软弱地基主要有三种作用： 桩体作用； 挤密作用； 褥垫层作用。,桩体作用 CFG桩不同于碎石桩，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
3、象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。据南京造纸厂复合地基载荷试验结果，在无褥垫层情况下，CFG桩单位复合地基的桩体应力比n24.329.4；四桩复合地基桩土应力比n31.435.2；而碎石桩复合地基的桩土应力比n2.22.4，可见CFG桩复合地基的桩土应力比明显大于碎石桩复合地基的桩土应力比，亦即其桩体作用显著。,挤密作用 CFG桩采用振动沉管法施工，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密基采用CFG桩加固，加固前后取土进行物理力学指标试验，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、桩间土已挤密。,当CFG桩桩体标号较高时，具有刚性桩的性状，但在承担水平荷载方面与传统的桩
4、基有明显的区别。桩在桩基中可承受垂直荷载也可承受水平荷载，众所周知，桩是一种细长杆件，它传递水平荷载的能力远远小于传递垂直荷载的能力，而CFG桩复合地基通过褥垫层把桩和承台(基础)断开，改变了过份依赖桩承担垂直荷载和水平荷载的传统设计思想。,至于垂直荷载的传递，如何在桩基中发挥被间土的承载能力是大家都在探索的课题。大桩距布桩的“疏桩理论”就是为调动桩间土承载能力而形成的新的设计思想于传统桩基中，只提供了桩可能向下刺入变形的条件，而CFG桩复合地基通过褥垫与基础联接，并有上下双向刺入变形模式，保证桩间土始终参与工作。因此垂直承载力设计首先是将土的承载能力充分发挥，不足部分由CFG桩来承担。显然，
5、与传统的桩基设计思想相比，桩的数量可以大大减少。,需要特别指出的是：CFG桩不只是用于加固软弱的地基，对于较好的地基土，若建筑物荷载较大，天然地基不够，就可以用CFG桩来补足。如德州医药管理局三栋17层住宅楼，天然地基承载力110kPa，设计要求320kPa，利用CFG桩复合地基，其中有2l0kPa以上的荷载由桩来承担。,4、设计参数 CFG桩复合地基有5个设计参数，分别为： （1）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 （2）桩距 一般为350400mm桩距的选用需要考虑承效力提高限度要能满足设计要求，且施工方便作用的发挥、场地址质条件以及造价等因素。,1）对挤密性好的土
6、，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不大的独立基础等，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，桩距也应适当放大。,（3）桩长 CFG桩复合地基本载力可用下式估算：,（4）桩体标号 原则上桩体配比按标号控制，最低标号按3倍桩顶应力p确定。 （5）褥垫层 褥垫层厚度一般取1030cm为宜，当桩距过大时并考虑土性，褥垫层厚度还可适当加大。褥垫层材料可用碎石、级配砂石、粗砂、中砂。 （6）沉降计算 一般情况CFG桩复合地基沉降有三部分组成。其一为加固深度范围内土的压缩变
7、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,二、夯实水泥土桩 1、概述 夯实水泥土桩复合地基是近年来发展起来的一种地基处理方法。它主要用于地下水位比较低的地区,在我国北方地区尤其是北京、河北等地广泛应用。夯实水泥土桩是将水泥和土在孔外充分拌合，在孔内分层夯实成桩，与柔性褥垫形成复合地基。研究其变形、承载特性及施工技术，为工程应用提供依据。,2、夯实水泥土桩的特点 （1）夯实水泥土桩与搅拌水泥土桩(浆喷、粉喷桩)的主要区别在于：搅拌水泥土桩桩体强度与现场土的含水量、土的类型密切相关，搅拌后桩体密度增加很少，桩体强度主要取决于水泥的胶结作用，由于地层的不均
8、性，桩体强度也存在不均匀性。夯实水泥土桩水泥和土在孔外拌合，均匀性好，桩体强度水泥的胶结作用为主，桩体密度增加也是构成桩体强度的重要分量，桩体强度是均匀的。,（2）夯实水泥土的最大干密度接近于土料的最大干密度，夯实最佳含水量为土料最佳含水量Wop12%，此时，夯实水泥土有最大强度。夯实水泥土强度随混合料成型干密度不同而异，在压实系数为0.9时，其强度仅为最大干密度对应强度的一半。现场施工时，设为压实系数应大于0.93。,（3）夯实水泥土强度随龄期增长而提高。桩体三轴应力-应变关系与围压关系不大；桩体具有较好传递垂直荷载能力。 （4）水泥土桩具有较好抗冻性，成桩后冻结对桩体不产生较大的强度降低。
9、 （5）夯实水泥土桩复合地基中褥垫层是不可缺少的一部分，它具有保证桩土共同承担荷载，减少基础底面应力集中，调整桩土垂直和水平荷载分担的作用。 （6）复合地基设计需确定桩长、桩径、桩距、褥垫厚度及桩体配比，桩体强度。褥垫厚度一般取1030cm，桩体强度按3倍桩顶应力平均值设计。,（7）对于有振密或挤密效应的地基采用排土法成孔，一般用长螺旋钻和洛阳铲成孔。对于有挤密效应的地基当需要提高桩间土承载力时，可采用挤土法成孔，一般选用锤击式或振动式打桩机。 （8）可采用人工或机械夯实。机械夯实优于人工夯实，随着夯锤能量增加，桩体密度随之增加。工程实践证明尖锤有明显的挤土效应。,2、适应范围及条件 夯实水泥
10、土桩复合地基适用范围很广，适用于粉土、粘土、素填土、杂填土、淤泥质土等地基，施工机具简单，施工质量容易控制，施工速度快，工期短，不受停水、停电影响，造价低廉，且施工文明，无泥浆无噪音。通常复合地基承载力可达180300kPa。根据目前施工机具水平，多用于地下水位埋藏较深的地基土，当有地下水时，适于渗透系数小于10-5cm/S的粘性土及桩端以上50100cm有水的地质条件。当天然地基承载力标准值fk60kPa时可考虑挤土成孔以利于桩间土承载力的提高和发挥。,3、效益分析 夯实水泥土桩混合料采用水泥和土，造价低廉，处理占地面积200m2左右的一个多层住宅单元，费用23万元，较其它处理方法(素砼桩等
11、)节省费用50%以上。 该处理方法工期短、无环境噪音污染，对水、电条件要求不高，一经推出，便被广大设计人员及建设方接受，在旧城改造和小区建设中广泛采用。,4、设计计算 （1）桩长 夯实水泥土桩处理地基的深度应根据土质情况、工程要求和成孔设备等因素确定。采用人工洛阳铲成孔工艺时，考虑到施工效率的因素，深度不宜超过6m。当相对硬层的埋藏深度不大时，桩长应按相对硬层埋藏深度确定，当相对硬层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形允许值确定，即当存在软弱下卧层时，应验算其变形，按允许变形控制设计。,（2）桩径 桩孔直径宜为300600 mm，常用的桩径为350400 mm，可根据设计及所选用的成孔方法确
12、定。选用的夯锤应与桩径相适应。 （3）桩臣 桩距宜为24倍桩径。实际桩距在桩径选定后由复合地基面积置换车确定。 （4）布桩范围 由于夯实水泥土桩具有一定的粘结强度，在荷载作用下不会产生大的侧向变形，因此夯实水泥土桩可只在基础范围内布桩。,（5）垫层 夯实水泥土的变形模量远大于土的变形模量，为了调整基底压力分布，设置厚100300 mm的褥垫层，荷载通过垫层传到桩和桩间土上，保证桩间土承裁力的发挥。褥垫层材料可采用中砂、粗砂或碎石等，最大粒径不宜大于20mm。 （6）复合地基承载力 夯实水泥土桩复合地基承载力特征值应按现场复合地基载荷试验确定。初步设计时也可按下式估算：,（7）桩身材料 桩孔内夯填的混合料配合比应按工程要求、土料性质及采用的水泥品种定，并满足下式要求： 式中：fcu桩体混合料试块（边长150mm的立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值（kPa）,
