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1、第一讲CFG桩复合地基（一）目录概述2.CFG 桩体材料3.CFG桩设计计算4.CFG桩施工工艺5.实施举例1.概述CFG桩是在碎石桩体中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成的一种粘结强度较高的桩体，称之为水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel Pile），简称为CFG桩。CFG桩与碎石桩不同主要体现在：单桩承载力、复合地基承载力、地基变形、三轴应力应变曲线及适用范围等方面，如表1所示。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。CFG桩复合地基技术是由中国建筑科学研究院地基所研制成功的，并于1996年被国家列为重点推广项目。CFG桩的施工早期常用振动沉管机设备
2、，现在施工长桩多用超流态混凝土压灌工艺，即利用新型中空式长螺旋钻机一次性钻进至设计孔深，从钻杆内（内径通常不小于150mm）泵压超流态混凝土，边压注CFG料边提升钻杆至桩顶而成桩的一种工艺。施工CFG短桩多采用长螺旋钻机或人工洛阳铲干成孔，孔底夯实，浇灌CFG料并用振捣棒振密工艺。表1 碎石桩与CFG桩的对比碎石桩CFG桩单桩承载力桩的承载力主要靠桩顶以下有限长度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不大。以置换率10%计，桩承担荷载占总荷载的百分比为15%30%。桩的承载力主要来自全桩长的摩阻力及端承载力，桩越长则承载力越高。以置换率10%计，桩承担荷载占荷载的
3、百分比为40%75%。复合地基承载力加固粘性土复合地基承载力的提高幅度较小，一般为0.51倍。承载力提高幅度有较大的可调性,可提高4倍或更高。变形减少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，破坏主应力差增大。应力应变曲线为直线关系，围压对应力应变曲线没有多大影响。适用范围多层建筑地基。多层和高层建筑地基。应用的工程类型有工业和民用建筑，高耸结构物、多层和高层建筑，基础形式有条形基础、独立基础、箱形基础和筏基。有滨海一带的软土，也有承载力在200kPa左右的较密实的土。2.CFG 桩体材料近些年，随着CFG桩
4、在高层建筑地基处理广泛应用，桩体材料组成和早期有变化，主要由水泥、碎石、砂、粉煤灰和水组成，其中粉煤灰为级细灰，在桩体混合料中主要提高混合料的可泵性。在CFG桩（或素混凝土桩）工程中，一般采用如下几种外加剂，来达到工程要求，如早强剂、防冻剂、泵送剂等。3.CFG桩设计计算3.1单桩竖向承载力特征值单桩承载力特征值Ra下式计算：式中：Ra单桩承载力特征值（KN）；qsi第i层土侧摩阻力特征值（Kpa），可按地区经验确定；qp桩端端阻力特征值（kPa）,可按地区经验确定；Ap单桩截面积（m2）；Up桩周长（m）；li-第 i层土厚度（m）；n桩长范围内划分的土层数；ap-桩端端阻力发挥系数， 与增
5、强体的荷载传递性质、增强体长度及桩土相对刚度密切相关，CFG桩设计一般取1.0。当用单桩静载试验求得单桩极限承载力u后，Ra也可按下式计算：3.2CFG桩复合地基按下式计算复合地基承载力特征值fspk如下：Ra单桩承载力特征值（KN）；AP单桩截面积（m2）；fsk处理后基础持力层承载力特征值Kpa，对于非挤土成桩工艺，可取天然地基承载力特征值；对于挤土成桩工艺，一般粘性土可取天然地基承载力特征值，对松散砂土、粉土可取天然地基承载力特征值的1.21.5倍原土强度低的取大值。桩间土发挥系数，可按地区经验确定，无经验时可取0.91.0；单桩承载力发挥系数，可按地区经验确定，无经验时可取0.80.9
6、。可根据该规范公式计算面积置换率m，进而确定桩间距。面积置换率m=d2/de2，d为桩身平均直径（m）,de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）,等边三角形布桩de=1.05s,正方形面桩de=1.13s,矩形布桩de=1.13（S1S2）1/2，S、S1、S2分别为桩间距、纵向桩间距和横向桩间距。桩的数量也可按下式核实：式中：m面积置换率A基础面积；AP桩断面面积；n面积为A时的理论布桩数。实际布桩时受基础尺寸及形状影响，布桩数有一定的增减。3.3桩体强度CFG桩桩身强度应满足下式要求。当复合地基承载力进行基础埋深深度修正时，桩身强度应满足下式：fcu桩体试块（边长150mm立方体）
7、标准养护28d的立方体抗压强度平均值（kPa）；基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3）,地下水位以下取有效重度；d基础埋置深度（m）；fspa深度修正后的复合地基承载力特征值（kPa）。3.4褥垫层厚度褥垫层厚度宜为桩径的40%60%，当桩距过大或根据需要，褥垫层的厚度也可适当地加大。褥垫层的材料可用碎石或级配砂石（限最大粒径）、粗砂和中砂。CFG桩垫层示意图集水坑或电梯井处褥垫层示意图3.5 CFG桩复合地基检验按规范要求，建筑物地基处理后应进行桩身完整性、单桩竖向承载力检验以及复合地基试验载荷。承载力检测应在施工结束后28d后进行，其桩身强度应满足试验荷载条件；单桩及复合地基静载荷试验
8、均应抽取不应少于总桩数的1%，且每个单体工程复合地基静载荷试验的试验点数不应少于三组，并抽取不少于总桩数的10%进行低应变动测试验，以检验桩身完整性。3.6 沉降计算复合地基变形计算应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB 50007）规定，地基变形计算深度应大于复合土层深度。s=ss =s式中s-地基最终变形量（mm）；S-按分层总和法计算出的地基变形量；s沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可按下表取值；变形计算经验系数s（MPa）4.07.015.030.045.0复合地基1.00.70.40.250.15为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算：
9、式中：Ai加固土层第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值；Aj加固土层下第j层土附加应力系数沿土层厚度的积分值；n地基变形计算深度范围内所划分的土层数（图5.3.5）；P0对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力（kPa）；Esi基础底面下第i层土的压缩模量，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算（MPa）,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倍，值可按下式确定：Esp=Es式中：fak基础底面下天然地基承载力特征值（kPa）。Zi，Zi-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）；ai,ai-1基础底面计算点至第i层土
10、、第i-1层土底层范围内平均附加应力系数地基变形计算深度zn，应符合下式要求：sn0.025ni=1si式中：si在计算深度范围内，第i层土的计算变形值； sn在由计算深度向上取厚度为z的土层计算变形值，z见上图并按下表确定：z 表b（m）b22b44b88bz（m）0.30.60.81.0若计算到此为止，桩端以下土层的变形量没有考虑，因此，计算深度必须大于复合土层深度，才能满足现行国家规范建筑地基基础设计规范（GB 50007）规定。基础沉降计算分层示意图3.7软弱下卧层及倾斜验算（1）软弱下卧层验算按规范（GBJ7）规定，当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算：式中Pz软弱下卧层顶
11、面处的附加压力设计值；Pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值；fz软弱下卧顶面处经深度修正后地基承载力设计值。只有当上式满足时，才可不处理；否则就必须进行软弱下卧层的处理。（2）倾斜验算倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。计算后与建筑地基基础设计规范（GB 50007）表5.2.4进行比较，满足规范要求后即可使用，否则需重新设计。4CFG桩施工工艺4.1长螺旋钻机施工工艺流程框图如右：4.2操作要点（1）钻机施工a）根据桩位图及甲方提供的轴线基准点放桩位，检查无误并预检合格后用钢钎打孔深3050cm注入白灰粉标记保护桩点。b）钻机进场后，应根据桩长来安装机架及钻杆，钻杆连接应牢
12、固，每施工23根桩后，应对钻杆连接处进行紧固。c）钻机定位后，进行预检，钻尖与桩点偏移不得大于1cm，刚接触地面时，下钻速度要慢。d）钻机钻进的速度应根据土层的情况来确定，杂填土、粘性土、砂卵石层为0.20.5m/min，素填土、粘性粉土、粉土、砂层为1.01.5m/min。施工前应根据试桩结果进行调整。e）钻机在钻进的过程中，一般不得反转或提升钻杆，如需要提升钻杆或反转应将钻杆提至地面，对钻尖开启门重新清洗、调试、封口。f）在钻进的过程中，如遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发现有节奏的声响时，应立即停钻查明原因，采取相应的措施后，方可继续作业。g）钻出的土方，应随钻随清，钻至设计标高时，应将钻杆定
13、位器打开，以便清除钻杆周围土方。钻到桩底设计标高，由质检员终孔验收后，进行泵压CFG料作业。（3）地泵输送CFG拌合料a）地泵的安放位置应与钻机的施工顺序相配合，尽量减少弯道，地泵与钻机的距离一般在60M以内为宜。b）CFG料的泵送尽可能连续进行，当钻机移位时，地泵料斗内的CFG料应连续搅拌，泵送CFG料时，应保持料斗内的CFG料的高度，不得低于40cm，以防吸进空气造成堵管。c）CFG料输送泵管尽可能保持水平，长距离泵送时，泵管下面应用垫木垫实。当泵管需向下倾斜时，应避免角度大于40。d）当气温高于300C时，要在CFG料输送泵管上覆盖两层湿草袋，每隔一段时间洒水湿润，以防管内CFG料失水离
14、析，造成堵塞泵管。e）当气温低于-100C时，要在泵管上覆盖草袋子或岩棉被保温，尤其泵管与钻机进料口交接处的弯管更应用棉被包扎好，保温，防止受冻造成堵管。（4）长螺旋钻机管内泵压CFG料成桩施工a）成桩施工各工序应连续进行。成桩完成后，应及时清除钻杆及软管内的残留混凝土。长时间停置时，应用清水将钻杆、泵管、地泵清洗干净。b）钻至桩底标高后，应立即将钻机上的软管与地泵管相连，并在软管内倒入水泥浆或水泥砂浆，以此润湿软管和钻杆。c） 提钻与泵送的配合：每次钻进至标高后，应杜绝在泵送混合料前提拔钻杆，以避免造成桩端处存在在虚土或桩端混合料离析、端阻力减小。通知泵工开泵后，现场设专职信号员负责司钻与泵工之间的联系。信号员要密切注视泵及钻机提升情况，发现料有供应不足现象，应及时指挥钻机停止提升。提升的速度应与CFG料泵的送量相一致，充盈系数不小于1.0。应准确掌握提拔钻杆时间，混
