对CFG桩复合地基技术的认识

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1、对 CFG 桩复合地基技术的认识 1 前言CFG桩复合地基是近年来在碎石桩加固地基的基础上发展起来的一种地基处理技术。该技术在北京、天津、廊坊、石家庄、唐山、成都、南宁、深圳、德州、长春、哈尔滨、新疆等地多层、高层和超高层建筑、工业厂房地基处理工程中得以广泛使用， 并取得良好的经济和社会效益。目前，已逐步应用到公路工程建设当中，并具有极好的应用前景。2 CFG 桩及其复合地基知识概述 2.1 CFG 桩CFG（Cement Flying-ash Gravel pile ）桩是在碎石桩桩体中掺加适量的粉煤灰、石屑或砂、 水泥及特种添加剂加水拌合，用各种成桩机械制成的一种高粘结强度桩体的简称。就其

2、功能原理来讲属于地基处理范畴,桩身可在全长范围内受力，和桩基相比，由于CFG 桩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， 工程造价一般为桩基的1/3 1/2 。 CFG 桩施工速度很快，一台设备 1015 天可处理 1000 平米地基。 目前已应用于公路建设的软基处理、桥涵台背处理和结构物基底处理工程等项目中。2.2 CFG 桩复合地基CFG 桩复合地基由 CFG 桩、桩间土及褥垫层三部分构成。其构造示意图如图1所示。其加固机理总体来说就是： 褥垫层受上部基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土， 使二者共同受力。 同时土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由

3、于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作， 形成了一个复合地基的受力整体， 共同承担上部传来的荷载。 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，沉降变形减小，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。2.3 CFG 桩复合地基加固机理 2.3.1 CFG 桩加固机理CFG 桩加固地基的机理主要表现在桩体置换和桩间土挤密两方面：1）桩体置换作用。水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应后生成稳定的结晶化合物，这些化合物填充

4、了碎石和石屑的空隙，将这些骨料黏结在一起，因而提高了桩体的抗剪强度和变形模量，使CFG 桩起到了桩体的作用，承担大部分上部荷载。2）对桩间土挤密作用。 CFG 桩在处理砂性土、 粉土和塑性指数较低的黏性土地基时，采用振动沉管等排土、挤密施工工艺，提高了桩间土的强度，并通过提高桩侧法向应力增加了桩体侧壁摩阻力，使单桩承载力也提高了， 从而提高复合地基承载力。2.3.2 设置褥垫层的基本原理据有关试验资料表明， 地基不设置褥垫层与设置一定厚度的褥垫层，其桩间土承担荷载的情况有明显区别。如图2、图 3 所示。常用铺设一定厚度一定级配的砂石、碎石或粗砂、 中砂形成厚度为 10 30cm 的褥垫层，使基

5、础荷载向桩间土扩散，调整桩体和桩间土承担竖向荷载的比例，由此产生桩体与桩间土共同承担上部荷载的作用。因此，设置褥垫层的基本原理主要体现在保证桩与桩间土共同承担荷载和均匀地基应力，减小地基沉降变形两个方面。3 CFG 桩复合地基的施工工艺技术CFG 桩施工工艺较简单，其施工主要是成桩机械和混凝土拌和设备。操作方便，施工进度较快，质量能够保证。但成桩设备不同，工艺流程也略有不同。 3.1.采用长螺旋钻孔灌注成桩工艺流程桩位放点搅拌混凝土长螺旋钻机就位、成孔压灌素混凝土边提升钻杆边压灌素混凝土成桩、桩体养护检测清桩间土及预留桩头铺设褥垫层。3.2 采用振动沉管灌注成桩工艺流程施工准备桩尖的预制与埋设

6、桩机进场桩机就位沉管混合料搅拌及投料拔管封顶检测清理桩间土及预留桩头铺设褥垫层。 4 CFG 桩复合地基在施工中的质量控制CFG 桩复合地基是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术。由于 CFG桩改善了碎石桩的刚性， 使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，同时也能很好地发挥其端阻作用。因此，得以广泛采用， 并取得良好的经济和社会效益。为进一步保证CFG 桩复合地基的施工质量，应控制好以下几个问题。4.1 选用合理的施工机械设备。CFG 桩多用振动沉管机施工，也可用螺旋钻机。而选用哪一类成桩机和什么型号，要视工程的具体情况而定。 对北方大多数地区存在的夹有硬土层地质条件的地区，单纯使

7、用振动沉管机施工， 会造成对已打桩形成较大的振动，从而导致桩体被震裂或震断。对于灵敏度和密实度较高的土， 振动会造成土的结构强度破坏，密实度减小， 引起承载力下降。 故不能简单使用振动沉管机。此时宜采用螺旋钻预引孔，然后再用振动沉管机制桩。 这样的设备组合避免了已打桩被震坏或扰动桩间土导致桩间土的结构破坏而引起复合地基的强度降低。所以，在施工准备阶段，必须详细了解地质情况，从而合理地选用施工机械。这是确保CFG 桩复合地基质量的有效途径。4.2 深入了解地质情况，采用合理的施工工艺。在施工过程中，成桩的施工工艺对CFG 桩复合地基的质量至关重要，不合理的施工工艺将造成重大的质量问题，甚至导致质

8、量事故， 而要选择确定合理的施工工艺必须深入了解地质情况。 只有在深入了解地质情况的基础上，才能确定合理的施工工艺，并在施工过程中加强监测，根据具体情况，控制施工工艺，发现特殊情况，做出具体的改变。4.2. 1 选取合适施工方案在饱和软土中成桩， 桩机的振动力较小， 但当采用连打作业时， 由于饱和软土的特性，新打桩将挤压已打桩，形成椭圆或不规则形态，产生严重的缩颈和断桩。此时，应采用隔桩跳打施工方案。 而在饱和的松散粉土中施工，由于松散粉土振密效果好，先打桩施工完后，土体密度会有显著增加。而且，打的桩越多，土的密度越大。在补打新桩时， 一是加大了沉管难度， 二是非常容易造成已打桩断桩，此时，隔

9、桩跳打亦不宜采用. 当满堂布桩时，不宜从四周转向内推进施工，宜从中心向外推进施工， 或从一边向另一边推进施工。 但仅凭打桩顺序的改变并不能完全避免新打桩的振动对已结硬的已打桩产生影响。此时，应采用螺旋钻引孔的方案，避免新打桩的振动造成已打桩的断桩。4.2.2 严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，桩项浮浆过多， 桩身强度不足和形成混和料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在1215 米分。4.2.3 、控制好混合料的坍落度。大量工程实践表明， 混合料坍落度过大， 会形成桩项浮浆过多， 桩体强度也

10、会降低。坍落度控制在 35 厘米，和易性好，当拔管速率为1215 米分时，一般桩顶浮浆可控制在10 厘米左右，成桩质量容易控制。4.2.4 、设置保护桩长。使桩在加料时，比设计桩长多加05 米，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振 35 秒，提高桩顶混合料密实度。上部用土封项，增大混合料表面的高度即增加了自重压力， 可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。4.2.5 、拔管过程避免反插。在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量，应避免反插。4.3 加强施工过程中的监测。在施工过程中

11、，应加强监测，及时发现问题，以便针对性地采取有效措施，有效控制成桩质量，重点应做好以下几方面的监测：4.3 .1 、施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高， 并注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中则要随时测量地面是否发生降起。因为断桩常和地表隆起相联系。4.3.2 、已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高的变化，尤其要注意观测桩距最小部位的桩。因为在打新桩时， 量测已打桩桩顶的上升量， 可估算桩径缩小的数值， 以判断是否产生缩径。4.3. 3 、对有怀疑的桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看，并做出必要的处理。5CFG 桩复合地基承载力及施工检测 5.

12、1 复合地基承载力的确定根据建筑地基基础设计规范 (GBJ79-2002)( 简称地基规范 )和建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002)( 简称地基处理规范 )，复合地基承载力确定可分为设计阶段和竣工验收阶段进行讨论。5.1.1 、设计阶段在复合地基设计阶段， 地基规范规定： 复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定； 地基处理规范规定： 复合地基承载力特征值， 应通过现场复合地基载荷试验确定。初步设计时，也可按下式估算：fspk=mRa/Ap+(1-m)fsk (1) 式中： fspk 复合地基承载力特征值 (k

13、pa) ；m 面积置换率；Ra 单桩竖向承载力特征值 (kN) ；Ap 桩的截面积 (m2) ； 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；fsk 桩间土承载力特征值 (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。实际工程中， 有条件时先在拟建场地做现场载荷试验，可为设计提供可靠的设计参数。而很多情况是在无试验资料条件下按(1)式估算复合地基承载力，但要结合工程实践经验，合理确定Ra、fsk 、 等参数的取值。希望公式计算值接近但不大于载荷试验结果， 而大量试验结果表明， 公式计算结果一般不大于载荷试验结果

14、。5.1.2 竣工验收阶段由以上讨论可知，在复合地基设计阶段，确定复合地基设计参数时，用公式(1)估算复合地基承载力是符合规范要求的。在竣工验收阶段， 能否只做单桩静载试验.用单桩承载力 Ra和地质报告提供的天然地基承载力fak(或桩间土静载试验结果 fsk)按公式 (1)计算确定复合地基承载力特征值,是需要说明的一个重要问题。首先，加固后桩间土承载力特征值fsk 与然地基承载力特征值fak 是不同的， 为桩间土承载力提高系数， 对挤密效果好的土采用振动挤土成桩工艺，由于土密度的增加和桩对土的侧向约束作用，fsk 远大于 fak ，用单桩承载力 Ra 和天然地基承载力 fak 确定复合地基承载

15、力与实测值相比会有较大误差。即使用单桩静载试验的 Ra 和桩间土静载试验结果fsk 按公式 (1)计算复合地基承载力， 的取值可能会因人而异， 对于同一复合地基， 得出不同的计算结果， 这样就不能保证复合地基承载力的准确性和唯一性。 因此，地基处理规范用强制性条文规定复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验确定。fak 。 通常 fsk5.2CFG 桩复合地基载荷试验应注意的问题CFG 桩复合地基载荷试验要点详见地基处理规范，此外试验时还应注意如下几个问题：5.2.1、褥垫铺设及荷载板安装5.22 、褥垫厚度5.2.3.由载荷试验曲线确定复合地基承载力5.2.4.试验前后对桩做低应变检测5.2.5.防止桩间土被扰动和含水量发生大的变化5.2.6.静载试验加载量的控制5.2.7.试验点选择