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1、CFG桩复合地基处理技术1、定义:碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和水泥,加水拌制 而成的一种具有一定粘结强度的桩。2、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,对淤泥质土应按当地经验或现场试验确定其适用性。一、基本概念13、技术优势属复合地基刚性桩;桩承载力主要来自桩长的侧摩阻力及桩端承载力,桩长 越大则承载力就越高;桩承担荷载可达总荷载的4075(面积置换率10 计),桩土应力比达1040,复合地基承载力提高幅度较 大,可达原地基承载力4倍或更高;2二、材料配合比水泥标号:P.O 32.5,P.O 42.5碎石粒径:2050mm石屑粒径:2.510mm混合料密度:
2、2.12.2 t/m3塌落度:1820(管内泵送砼)桩身强度:C15C203三、加固机理1、桩体置换增强作用:桩土应力比可达1040。基础砂石褥垫层CFG桩土42、挤密作用CFG桩采用振动沉管法施工时,由于振动和 挤压作用使桩间土得到挤密,由此而使桩间土在 加固后含水量降低、重度增加、孔隙比减小、压 缩模量提高,桩间土承载力得到加强。53、褥垫层作用保证桩土共同承担荷载:基础传下荷载作用下,提供 桩向上刺入的条件,以保证桩间土始终参与工作;减小基础底面的应力集中:桩顶应力与桩间土应力比 随着褥垫层厚度的增加而减小;调整桩土竖向荷载分担比:总荷载一定时,褥垫层越 厚,桩间土承担的荷载越多;褥垫层
3、一定时,荷载越大,桩 承担的荷载就越大;调整桩土水平荷载分担比:褥垫层越厚,桩顶水平位 移越小,桩顶所受的水平荷载越小。6四、CFG桩复合地基设计1、桩径:一般为400600mm2、桩距:一般宜取35倍桩径3、桩长:由复合地基承载力计算和概念设计综合确定CFG桩复合地基承载力特征值可按下式估算:桩间土承载力折减系 数,一般取0.750.95。7单桩竖向承载力特征值的取值:当采用单桩载荷试验时,当无单桩载荷试验时,可按下式估算:(按桩侧阻力和桩端阻力估算 )(按桩体材料抗压强度估算)4、褥垫层:一般取1030cm厚砂石、碎石、中粗砂等;85、变形计算:一般分为三部分:加固深度范围内的土体压缩变形
4、s1 ,下卧层变形s2 ,褥垫层变形s3。复合土层的压缩模量的提高系数(适用于全置换的管内泵 送施工方法)9五、CFG桩施工技术CFG桩复合地基于1988年提出并用于工程实践,首先选 用的是振动沉管CFG桩施工工艺。 振动沉管CFG桩施工工艺属于挤土成桩工艺,主要适用 于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地 质条件,尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。它具有施工操作简便、施工费用较低、对桩间土的挤密 效应显著等优点。采用此施工工艺的CFG桩复合地基可以提高地基承载力、 减少地基变形、消除地基液化。1、基本概念10振动沉管打桩机成桩可能存在的主要问题 :(1) 难以穿透厚的硬土层如砂层
5、、卵石层等。在基础底面以 下的土层中,若存在诸如砂层、卵石层,振动沉管打桩机 难以穿过,需采用引孔等措施, 或者采用其它成桩工艺。(2) 振动及噪音污染严重。(3) 在临近已有建筑物施工时,振动将可能产生不良影响。(4)振动沉管打桩机成桩为非排土成桩工艺 ,在饱和粘性土 中成桩,会造成地表隆起,或挤断己打桩,在高灵敏度土 中施工可导致桩间土强度的降低。(5) 施工中混合料从搅拌机到桩机进料口的水平运输一般为 翻斗车或人工运输,效率相对较低。对于长桩,拔管过程 中尚需空中投料,操作不便。11在大量研究和工程实践基础上,长螺旋钻管内泵压 CFG桩施工设备和施工工艺趋于完善。该工艺具有以 下优点 :
6、(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,诸如砂层、圆 砾层和粒径不大于 60mm 的卵石层。(4) 施工效率高。12此外,CFG桩施工工艺还有 :(l) 长螺旋钻孔灌注成桩。适用于地下水位以上的粘 性土、粉土和填土地基。(2) 泥浆护壁钻孔灌注成桩。适用于粘性土、粉土、 砂土、人工填土、砾 (碎) 石土及风化岩层分布的地 基。(3) 人工或机械洛阳铲成孔灌注成桩。适用于处理深 度不大 ,地下水位以上的粘性土、粉土和填土地基。 132、施工工艺选择:应根据现场条件选用下列施工工艺:长螺旋钻孔灌注成桩,适
7、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;长螺旋钻孔、管内泵送混合料灌注成桩,适用于 粘性土、砂土、以及对噪声或泥浆污染要求严格的场 地;振动沉管灌注成桩,适用于粉土、粘性土及素填 土地基。143、振动沉管灌注成桩施工技术要求:施工前应按设计要求由实验室进行配比试验,严格按 配比要求配制混合料。振动沉管灌注成桩施工的坍落度宜为3050mm,成 桩后桩顶浮浆不宜超过200mm。振动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1.21.5m/min左右,遇到淤泥或淤泥质土 时,拔管速度应适当放慢;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
8、试块,每台机械一天应做 一组(3块)试块(边长150mm立方体),标准养护,标 准试验测定其抗压强度。1516()打桩时用的钢筋混凝土预制桩尖 ()钢制活瓣桩尖17(5)施工中常见的几个问题1)施工扰动土的强度降低 w振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系。就 挤密性而言,可将地基土分为三大类:一为挤密 性好的土,如松散填土、粉土、砂土等 ;二为 可挤密性土,如塑性指数不大的松散的粉质性土 和非饱和粘性土;三为不可挤密土,如塑性指数 高的饱和软粘土和淤泥质土。182)缩颈和断桩在饱和软土中成桩 ,桩机的振动力较小 ,当采 用连打作业时,新打桩对已打桩的作用主要表现为 挤压,可能使得已打桩被挤成
9、椭圆形或不规则形 , 严重的产生缩颈和断桩。在上部有较硬的土层或中间夹有硬土层的土中成 桩,桩机的振动力较大,对已打桩的影响主要为振 动破坏。采用隔桩跳打工艺,若已打桩结硬强度又 不太高,在中间补打新桩时,已打桩有时被振裂, 且裂缝一般与水平成030度角。 193)桩体强度不均匀桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时 , 为控制平均速 度,一般采用提升一段距离,停下留振一段时间,非留 振时,速度太快可能导致缩颈断桩。拔管太慢或留振时 间过长,都会使得桩端部桩体水泥含量较少,桩顶浮浆 过多,而且混合料也容易产生自析,造成桩身强度不均 匀。 4)桩料与土的混合当采用活瓣桩靴成桩时,可能出现的问题是桩靴开
10、口 打开的宽度不够,混合料下落不充分,造成桩端与土接 触不密实或桩端一段桩径较小。若采用反插办法,由于桩管垂直度很难保证,反插容 易使土与桩体材料混合,导致桩身掺土等缺陷。204、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工技术要求:施工前应按设计要求由实验室进行配比试验,严格按 配比要求配制混合料。长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度 宜为160200mm。长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工在钻至设 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;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,
11、每台机械一天应做 一组(3块)试块(边长150mm立方体),标准养护,标 准试验测定其抗压强度。21目前长螺旋钻机成孔深度分为12、16、18、24和30m等22(2) CFG 桩施工中常见问题及质量控制措施 1) 堵管堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩成桩工艺常遇到的 主要问题之一。它直接影响 CFG桩的施工效率,增 加工人劳动强度, 还会造成材料浪费。特别是故障 排除不畅时,使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬, 增加了再次堵管的几率,给施工带来很多困难。232) 窜孔在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这种情况, 打完1号桩后,接着打相邻的 2号桩时,随着钻杆的 钻进,发现已打完尚未结硬的 1 号
12、桩桩顶突然下落, 有时甚至达2m 以上,当2号桩泵入混合料时,能使1 号桩下降的桩顶开始回升,泵入2号桩的混合料足够 多时,1号桩桩顶恢复到原标高。工程中称这种现象 为窜孔。窜孔发生条件1) 被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。 2) 钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动。3) 土体受剪切扰动能量的积累,致使土体发生液化 。 24防止串孔方法:i)对有窜孔可能的被加固地基尽量采取大桩距的设计 方案。增大桩距目的在于减少新打桩对已打桩的剪 切扰动,避免不良影响。ii) 改进钻头,提高钻进速度,减小液化可能。iii) 减少在窜孔区域打桩推进排数,如将一次打 4 排改 为2排或 1 排。尽快离开
13、已打桩,减少对已打桩扰 动能量的积累。iv)必要时采用隔桩、隔排跳打方案,但跳打要求及时 清除成桩时排出的弃土,否则会影响施工进度。 253)钻头阀门打不开原因一般有以下两个:i) 钻头构造缺陷,如当钻头阀门盖板采用内嵌式时,有可 能有砂粒、小卵石等卡住,导致阀门无法开启。ii) 当桩端落在透水性好、水头高的砂土或卵石层中时,阀 门外侧除了土侧向压力外,水的侧压力也很大。阀门内 侧的混合料侧压力小于阀门外的侧压力时,可致使阀门 打不开。当钻杆提升到某一高度后 , 侧压力逐渐减小,当 管内侧压力大于管外侧压力时,阀门打开 , 混合料突然下 落。w可采用改进阀门的结构型式或调整桩长令桩端穿过砂土
14、,进入粘性土层的措施,来避免此情况发生。264) 桩体上部存气w截桩头时,发现个别桩桩顶部存有空间不大的空心。 主要是施工过程中,排气阀不能正常工作所致。w钻杆成孔钻进时,管内充满空气,钻孔到预定标高开 始泵混合料,此时要求排气阀工作正常能将管内空气 排出。若排气阀被混合料浆液堵塞,不能正常工作, 钻杆管内空气无法排出, 就会导致桩体存气并形成空 洞。w为杜绝桩体存气,必须保证排气阀正常工作。施工时 要经常检查排气阀是否发生堵塞,若发生堵塞必须及 时采取措施加以清洗。 275 ) 先提钻后泵料当桩端达到设计标高后,有些单位施工时,为便于打 开阀门,泵送混合料前将钻杆提拔30cm,这样操作 存在
15、下列问题:有可能使钻头上的土掉进桩孔;当桩端为饱和的砂卵石层时,提拔30cm易使水迅 速填充该空间,泵送混合料后,混合料不足以使水立 即全部排走,这样桩端处的混合料可能存在浆液与骨 料分开现象。这两种情况均会影响 CFG 桩的桩端承载力的发挥。 286)开挖找不到桩头主要原因可能是:处理土层中存在可液化土层,钻孔过 程中,由于现场出土速度偏慢就在一个标高位置上长时间 钻动,导致土体液化,灌填混合料时出现局部桩径较大, 而开挖时找不到桩头。处理方法:桩头超灌混合料。7)缩径主要原因:处理土层中含有流动性较大的软粘土层,提 钻灌混合料过程中,混合料初期强度为0,流动性软土对混 合料桩体产生横向挤压
16、,导致缩径。处理土层中存在超固结土时,提钻灌混合料过程时,超 固结土的膨胀同样可对桩体产生横向挤压,导致缩径。 297)CFG桩施工过程中的环境问题主要原因:粉土层在钻进过程中的液化,或者提钻 后灌混合料导致桩底临时局部真空而对地下水的扰动降 低,均可导致地面显著下沉;处理措施:结合基坑工程设置环向封闭的止水帷幕 ,以降低施工过程中对外部地下水的扰动影响;严格控制施工进度,特别是钻进速度,避免在同一 标高处反复长时间钻动,以尽可能避免粉土液化、控制 液化范围的扩大。 305、保护桩长:成桩时预先设定加长的一段桩长,基础施工时将 其剔除;设计桩顶离地面距离不大于1.5m时,保护桩长 可取5070cm,上部用土封顶;设计桩顶离地面距离较大时,保护桩长可取70 100cm,上部用粒状材料封顶直到地表;316、桩头处理:CFG桩施工完毕待到桩体达到一定强度后(一般为7天 左右),方可进行基槽开挖。一般基础深度大于1.5m时均可采用机械合人工联合开 挖,要求人工开挖留置厚度一般不宜小于70c