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1、第第1414章章 水泥粉煤灰碎石桩法水泥粉煤灰碎石桩法Chapter 14 Cement Flyash Gravel Pile 14.3 CFGCFG桩复合地基的工程特性桩复合地基的工程特性 14.2 加固原理加固原理 14.1 概述概述 14.4 CFGCFG桩复合地基的设计计算桩复合地基的设计计算 14.5 CFGCFG桩复合地基的施工桩复合地基的施工1地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩14.1 14.1 概概 述述14.1 Introduction水泥粉煤灰碎石桩又称为CFG桩，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和而成的高粘结强度桩，桩体和桩间土、褥垫层一起组成水泥粉煤灰碎石桩
2、复合地基。2地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩我国从20世纪70年代起就开始利用碎石桩加固地基，在砂土和粉土中消除地基液化和提高地基承载力。后来逐渐把碎石桩的应用范围扩大，用到塑性指数较大、挤密效果不明显的粘性土中，以期提高地基的承载力。3地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩但大量的工程实践表明对这类土采用碎石桩加固，承载力提高幅度不大，原因在于：碎石桩属于散体材料桩，本身没有粘结强度，主要依靠周围土体的约束来抵抗基础传来的荷载。土体越软，对桩的约束作用越差，桩传递竖向荷载的能力越弱。CFG桩是针对碎石桩承载特性的上述不足加以改进继而发展起来的。4地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩其机理在于：在碎石桩
3、中掺加适量的石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和形成一种粘结强度较高的桩体，使之具有刚性桩的某些性状；一般情况下不仅可以全桩长发挥桩的侧阻作用，当桩落在好土层时也能很好地发挥端阻作用，表现出很强的刚性桩性状，复合地基的承载力得到较大提高。5地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩各种材料的作用：CFG桩的骨干材料为碎石，系粗骨料；石屑为中等粒径骨料，当桩体强度小于5MPa时，石屑的掺入可使桩体级配良好，对保证桩体强度起到重要作用。试验表明，在相同的碎石和水泥掺量条件下，掺入石屑可比不掺入石屑强度增加50左右；粉煤灰既是细骨料，又有低标号水泥的作用，可使桩体具有明显的后期强度；水泥则为粘结剂，主要起胶结作用。6
4、地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩优点：（1）CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰，不配钢筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基础的1/31/2，经济效益和社会效益非常显著。 （2）施工工艺上具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低的特点。目前该方法已经成为许多地区应用最普遍的地基处理技术之一。7地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩 适用范围： 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。 水泥粉煤灰碎石桩复合地基属于刚性桩复合地基，具有承载力提高幅度大，地基变形小等优点。并可适用于多种基础形式：条基、独立
5、基础、箱基和筏基等。8地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩9地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩10地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩11地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩CFG桩施工所需机具长长螺螺旋旋钻钻机机12地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩振振动动沉沉拔拔桩桩锤锤13地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩泥泥浆浆护护壁壁所所采采用用的的钻钻机机14地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩CFG CFG 桩机15地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩CFGCFG桩地基处理16地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩CFGCFG桩地基处理17地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩CFGCFG桩地基处理18地基处理第14章水泥粉煤灰碎石
6、桩14.214.2 加固机理加固机理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。其加固软弱地基的主要作用有三种：1）桩体作用；2）挤密作用；3）褥垫层作用。（一）桩体作用CFGCFG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CFGCFG桩的压缩性明显比周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随着地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFGCFG桩起到了桩体作用。19地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（二）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。经加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小；重度、压缩
7、模量均有所增加，说明经加固后桩间土已挤密。（三）褥垫层作用由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下几种作用：20地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩1. 保证桩土共同承担荷载褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。2. 减少基础底面的应力集中当褥垫层厚度 H0 时，桩对基础的应力集中很显著，和桩基础一样，需要考虑桩对基础的冲切破坏。21地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩 当 H大到一定程度后，基底反力即为天然地基的反力分布。一般地，当褥垫层厚度大于10cm时，桩对基础底面产生的应力集
8、中已显著降低；当 H为30cm时，应力集中已很小。所以褥垫层厚度取1030cm为宜。3. 调整桩土荷载分担比复合地基桩、土荷载分担，可用桩、土应力比n表示，也可用桩、土荷载分担比表示。22地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩当褥垫层厚度 H0，桩土应力比很大。在软土中，桩土应力比n可以超过100，桩分担的荷载相当大。当 H很大时，桩土应力比接近1。此时桩的荷载分担比很小。4. 调整桩、土水平荷载的分担试验表明，褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。大量实践表明，褥垫层厚度不小于10cm时，桩体不会发生水平折断，桩在复合地基中不会失去工作能力。23地基处理第14章水泥粉煤灰碎石
9、桩褥垫层的合理厚度由上述知， 褥垫层厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需考虑桩对基础的冲切，这势必导致基础加厚。如果基础承受水平荷载作用，可能造成复合地基中桩发生断裂。褥垫层厚度过小，桩间土承载能力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然要增加桩的数量或长度，造成经济上的浪费。24地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩褥垫层厚度大，能够充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫层厚度过大，会导致桩土应力比等于或接近1。此时桩承担的荷载太少，实际上复合地基中桩的设置已失去了意义。这样设计的复合地基，其承载力不会比天然地基承载力有较大的提高，而且建筑物的沉降也大。综合以上分析，结合大量的工程实践，同时考
10、虑到技术上可靠、经济上合理，褥垫层厚度取1030cm为宜。25地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩14.4 14.4 CFGCFG桩复合地基工程特性桩复合地基工程特性14.4 Features of CFG Composite Foundation1、承载力提高幅度大、可调性高2、适应范围广3、刚性桩的性状明显4、桩体的排水作用5、时间效应26地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩1、承载力提高幅度大、可调性强CFG桩的桩长可以从几米到二十多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40%75%之间变化，使得复合地基承载力大幅度提高并具有很大的可调性。当地基承载力较高时，荷载又不大
11、，可将桩长设计得短一点，荷载大时桩长可设计得长一些。特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求时，采用CFG桩复合地基比较容易满足要求。27地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩2、适应范围广对基础型式而言，CFG桩既可以适用于条形基础、独立基础，也可用于筏板基础和箱形基础。对于土性而言，CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土，既可用于挤密效果好的土，也可用于挤密效果差的土。地基土是具有良好挤密效果的砂土、粉土时，振动可使土挤密，桩间土的承载力可有较大幅度的提高，CFG桩是适用的。28地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩当CFGCFG桩用于挤密效果好的土时，承载
12、力的提高值既有挤密分量，又有置换分量；当CFGCFG桩用于不可挤密土时，承载力的提高只与置换作用有关。而塑性指数高的饱和软黏土，成桩时土的挤密分量为零。承载力的提高唯一取决于桩的置换作用。由于桩间土承载力太低，土的荷载分担比太低，因此不宜采用复合地基。29地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩3、刚性桩的性状明显对于柔性桩和散体材料桩，如碎石桩、砂石桩等，它们主要是通过有限的桩长（6 610m10m）传递竖向荷载。当桩长大于某一数值后，桩传递荷载的作用已显著减小。而CFGCFG桩像刚性桩一样，可全长发挥侧阻，桩端落在好的土层上时，具有明显的端承作用。对上部软下部硬的地质条件，碎石桩将荷载向深层传递非
13、常困难。而CFGCFG桩因为具有刚性桩的性状，向深层土传递荷载是其重要的工程特性。30地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩4、桩体的排水作用CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超静孔隙水压力。另外，刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排除，直到CFG桩桩体结硬为止，这样的排水工程可延续几小时。由工程实践知，排水作用对减少因孔隙水压力消散太慢引起地面隆起和增加桩间土的密实度大为有利。31地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩5、时间效应利用振动沉管桩机施工，将会对周围土产生扰动。特别是对灵敏度较高的土，会使结构强度破坏，强度降低。施工结束后，随着
14、恢复期的增长，结构强度会有所恢复。复合地基承载力的提高，既包含了桩间土结构强度的恢复，也包括了桩、土间相互作用的加强。32地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩6、桩体强度和承载力的关系当桩体强度大于某一数值时，提高桩身强度等级对复合地基承载力没有影响。因此复合地基设计时，不必把桩体强度值设计得很高。一般取桩顶应力的3倍即可。7、复合地基变形小复合地基模量大、建筑物的沉降量小是CFG桩复合地基的重要特点之一。大量工程实践表明，建筑物的沉降量一般可控制在24cm。对于上部和中部有软弱土层的地基，采用CFG桩加固时，桩端放在下面好的土层上可以获得模量很高的复合地基，建筑物的沉降都不大。33地基处理第14
15、章水泥粉煤灰碎石桩一、设计思想：当CFGCFG桩桩体强度用得较高时，具有刚性桩的性状，有的设计人员常将其与桩基础相联系。现讨论CFGCFG桩复合地基与桩基础的区别。桩基础是常用的基础类型，桩在桩基础中既可承受竖向荷载，也可承受水平荷载，众所周知，桩是一种细长构件，它传递水平荷载得能力远远小于传递竖向荷载的能力，设计时采用桩基础承受竖向荷载是扬其长，使其承受水平荷载是用其短14.5 CFG14.5 CFG桩复合地基设计计算桩复合地基设计计算14.5 Design of CFG Composite Foundation14.5 Design of CFG Composite Foundation3
16、4地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩在桩基础中，桩只存在向下刺入的可能。当承台承受竖直荷载时，对于摩擦桩，桩端向下刺入，承台发生沉降变形，桩间土可以发挥一定的承载作用，且沉降变形越大，桩间土的作用越明显；桩距越大，桩间土发挥的作用也就越大。对于端承桩，承台沉降变形一般很小，桩间土承载能力很难发挥。但即使是摩擦桩，桩间土承载力的发挥占承载力的百分比也很小，且难定量预估。35地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩CFGCFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。因此竖向承载力设计首先是将土的承载力充分发挥，不足的部分由CFGCFG桩来承担。由于CFG
17、CFG桩复合地基置换率不高，基础下桩间土承受的荷载是一个不小的数值。总的荷载扣除桩间土承担的荷载才是CFGCFG桩承受的荷载。显然，与传统的桩基础设计思想相比，桩的数量可以大大减少，再加上CFGCFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺加料，大大降低了工程造价36地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩另外CFGCFG桩不仅用来加固软弱地基，对于较好的地基土，若建筑物荷载较大，天然地基承载力不足或变形不能满足要求，就可以采用CFGCFG桩进行加固处理。在设计中，CFGCFG桩不仅可以采用同一桩长，也可以根据设计条件和地质条件采用不同桩长间隔布置，甚至采用CFGCFG桩和其他桩型组合，如CFGCFG桩
18、与夯实水泥土桩、碎石桩等间隔布置，形成多元复合地基（也称多桩型复合地基）。37地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩二、设计参数：二、设计参数：CFGCFG桩复合地基设计主要确定一下5 5 个设计参数分别为桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层厚度及材料。设计时除满足地基承载力和变形条件外，还要考虑以下诸多因素并进行综合分析来确定设计参数。即设计时必须明确地基处理是为了解决地基承载力问题、变形问题还是液化问题，解决问题的目的不同，采用的工艺、设计方法、布桩型式均不同。38地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩CFGCFG桩复合地基设计中设计参数确定如下：桩长。CFGCFG桩复合地基要求桩端落在好的土层上，这
19、是CFGCFG桩复合地基设计的一个重要原则。因此，桩长是CFGCFG桩复合地基设计时首先要确定的参数，取决于建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和设备能力等因素。设计时应根据勘查报告分析各土层，确定桩端的持力层和桩长，并计算单桩承载力。桩径d d。CFGCFG桩桩径的确定取决于所采用的成桩设备。一般设计桩径为350350600mm600mm。 39地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩桩间距。一般桩间距s s（3 35 5）d d，桩间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形、土性与施工机具。一般设计要求的承载力高时s s取小值，但必须考虑施工时相邻桩之间的影响，就施工而言，希望采用较大的桩距和
20、较长的桩长，因此s s的大小应综合考虑。A A、对挤密性好的土，如砂、粉土和松散的填土等，桩距可取较小值。B B、对单、双排布桩的条形基础和面积不大的独立基础等，桩距可取较小，反之，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。40地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩C C、地下水位高、地下水丰富的建筑场地，桩距也应适当放大。桩体强度。原则上，桩体配比按桩体强度控制，桩体试块抗压强度应满足下式要求：式中： 桩体混合料试块标准养护28d28d立方体抗压强度平均值（KPaKPa） 单桩竖向承载力特征值（KNKN）桩的截面面积桩的截面面积41地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩褥垫层厚度及材料。
21、褥垫层厚度一般取101030cm30cm为宜，当桩径和桩间距过大时，结合对土性的考虑，褥垫层厚度还可适当加大。褥垫层材料可用粗砂、中砂、碎石、级配砂石（最大粒径不宜大于20mm20mm）。 42地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩单桩竖向承载力 单桩竖向承载力特征值Ra的取值应符合下列规定： （1）当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2； （2）当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算：43地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力 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： 式中：为桩间土承载力折减系数，宜按地区经验确定，如无经验时可取0.
22、750.95，天然地基承载力较高时取大值。44地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩沉降计算 复合土层的沉降可采用分层总和法计算，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： 式中 fak基础底面下天然地基承载力特征值（kPa）。 45地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩三、布桩CFGCFG桩可只在基础范围以内布桩。对于墙下条形基础，在轴心荷载作用下，可采用单排、双排或多排布桩，且桩位宜沿轴线对称。在偏心荷载作用下，可采用沿轴线非对称布桩。46地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩对于独立基础、箱形基础、筏形基础，基础边缘到桩的中心距一般为1倍桩径或基础
23、边缘到桩边缘的最小距离不宜小于150mm，对条基不宜小于75mm。对可液化地基或有必要时，可在基础外一定范围内设置护桩（可液化地基一般用碎石桩做护桩）布桩时要考虑受力的合理性，尽量利用桩间土应力产生的附加应力对桩侧阻力的增大作用。通常桩间土应力越大，作用在桩上的水平力越大，桩的侧阻力也越大。47地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩 1 CFG桩的施工应根据现场条件选用下列施工工艺： （1）长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、砂土、素填土、中等密实以上的砂土； （2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；48地基处理第14章水
24、泥粉煤灰碎石桩施工工艺主要有：1.1.振动沉管CFGCFG桩：其属于挤土成桩工艺，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。优点：施工操作简便、施工费用低、对桩间土的挤密效应显著等。采用该工艺可以提高地基承载力、减少地基变形以及消除地基液化，到目前为止该工艺仍是CFGCFG桩主要施工工艺之一，主要应用于挤密效果好的土和可液化土的地基加固工程，空旷地区或施工场地周围没有管线、精密设备以及不扰民的地基处理工程。14.6 CFG14.6 CFG桩复合地基施工桩复合地基施工14.6 Construction of CFG Composite F
25、oundation49地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩但振动沉管CFGCFG桩施工工艺也存在如下缺点：（1 1）难以穿透厚的硬土层，如砂层、卵石层等。当基础底面以上的土层中存在承载力较高的硬土层时，不得不采用引孔等措施，或者采用其他成桩工艺。（2 2）振动及噪音污染严重。其振动和噪音污染会对施工现场周围居民正常生活产生不良影响，故不少地区规定不能在居民区采用振动沉管CFGCFG桩施工工艺。50地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（3 3）在靠近已有建筑物施工时，振动对已有建筑物可能产生不良影响。（4 4）振动沉管CFGCFG桩施工工艺为挤土成桩工艺，在饱和粘性土中成桩，会造成地表隆起、挤断已打桩、
26、降低桩间土强度的后果，容易出现缩颈、断桩等质量事故。（5 5）施工时，混合料从搅拌机到桩基进料口的水平运输一般为翻斗车或人工运输，效果相对较低，对于长桩，拔管时尚需空中投料，操作不便51地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩2. 2. 长螺旋钻管内泵压CFGCFG桩：鉴于振动沉管CFG桩的以上缺点，1987年中国建筑科学研究院等单位进行了技术攻关，经过几年的课题研究和大量的工程实践，使得长螺旋钻管内泵压CFG桩的施工设备和施工工艺趋于完善。该工艺主要具有如下优点：低噪音，无泥浆污染，成桩不产生振动，可避免对已打桩产生不良影响；成孔穿透能力强，可穿透硬土层；施工效率高。52地基处理第14章水泥粉煤灰碎
27、石桩除了上述两种常见的CFGCFG桩施工工艺外，还可根据土质情况、设备条件选用以下工艺：3.3.长螺旋钻孔灌注成桩：属非挤土成桩工艺，该工艺具有穿透能力强，无振动、低噪音、无泥浆污染等特点，但要求桩长范围内无地下水，以保证成孔时不塌孔。适用于粘性土、粉土和填土地基。4.4.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。53地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩亦适用于对振动噪音要求严格的场地。该方法钻孔速度较快，但是泥浆对场地的污染严重，影响后续孔的施工，且往往孔底沉渣较大也会影明成桩质量。 5.5.人工或机械洛阳产成孔灌注成桩：适用于处理深度不大、地下
28、水位以上的粘性土、粉土和填土地基。54地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩二、振动沉管二、振动沉管 CFG CFG 桩施工工艺桩施工工艺1. 1. 施工中常见的几个问题（1 1）施工对土的强度影响。就土的挤密性而言，可将地基土分为三大类：其一为挤密性好的土，如松散填土、粉土、砂土等；其二为可挤密性土，如塑性指数不大的松散的粉质粘土和非饱和粘性土；其三为不可挤密土，如塑性指数高的饱和软粘土和淤泥质土，振动使其结构破坏，强度反而降低。55地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（2 2）缩颈和断桩在饱和软土中成桩，桩基的振动力较小；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，使得已打桩被挤扁成椭圆形
29、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中成桩，桩基的振动力较大，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，已打桩有时会被震裂。提升沉管速度太快也可能导致缩颈和断桩。56地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（3 3）桩体强度不均匀。拔管太慢或留振时间过长，会导致桩端水泥含量较少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生离折，造成桩身强度不均匀。（4 4）土、料混合。当采用活瓣桩靴成桩时，可能出现的问题是桩靴开口打开的宽度不够，混合料下落不充分，造成桩端与土接触不密实活桩端附近桩段桩径较小。57地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩若
30、采用反插法，由于桩管垂直度很难保证，反插容易使土与桩体材料混合，产生桩身掺土等缺陷。2.2.施工质量的控制措施 （1 1）深入了解地质情况选用合理的成桩工艺，严格按施工要求施工。在施工过程中，成桩的施工工艺对CFGCFG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。 58地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（2 2）施工监测。施工监测一般能及时发现施工过程中的问题，可以使施工管理人员有根据把握施工工艺的决策，对保证施工质量是至关重要的。施工过程中需做如下观测：施工场地标高观测；桩顶标高的观测；对桩顶上升量较大的桩或
31、怀疑发生质量事故的桩开挖查看。应观测新施工桩对已施工桩的影响 59地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（3 3）逐桩静压。对重要工程，应观测新施工桩对已施工桩的影响，当发现桩断裂并脱开时，必须对逐个对桩进行快速静压，静压时间一般为3min3min，其目的在于将可能发生已脱开的断桩结起来，使之能正常传递竖向载荷，消除可能出现的断桩对复合地基承载力造成的不良影响。这一技术对保证复合地基中的桩正常工作和发现桩的施工质量问题是很有意义。60地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（4 4）采用正确的打桩顺序 在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，当采用连打作业时，由于饱和软土的特性，新打桩将挤压己打桩，使已打桩被挤
32、扁形成椭圆状或不规则形状，严重的产生缩颈和断桩。此时，应采用隔桩跳打施工方案。 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，隔桩跳打方法不宜采用 61地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩当满堂布桩时，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己结硬的己打桩产生影响。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。 （5 5）严格控制拔管速率 控制混合料泵送量与拔管
33、速度相匹配，不得停泵待料。 62地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩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，桩顶浮浆过多，桩端水泥含量较少，形成混合料离析现象，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1.2-1.5 1.2-1.5 m/minm/min，一般桩顶浮浆可控制在10 cm10 cm左右。 （6 6）控制好混合料的坍落度 大量工程实践表明，坍落度的大小对CFGCFG桩施工质量影响最为显著。 63地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩混合料坍落度过大，会形成桩顶浮浆过多，形成砼的离析和泌水，桩体强度也会降低；而且会导致混凝土流动
34、性降低，频繁堵管。一般坍落度控制在3-5cm3-5cm时，和易性好，成桩质量容易控制。振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超出200mm 200mm （7 7）合理桩距试验表明，其他条件相同时，桩距越小，复合地基承载力越高；当桩距小于4 4倍桩径以后，随着桩距的减小，复合地基承载力的增长量明显下降。从桩、土作用共同发挥的角度考虑，桩距大于4 4倍桩径是适宜的。64地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（8 8）设置保护桩长。每根桩在加料时，要比设计桩长多加0.50.51.0m1.0m桩长的混合料。用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3-5s3-5s，提高桩顶混合料密实度。上部用土封顶，增大混合料表面的高度，
35、可提高混合料抵抗周围土挤压的能力。设计桩顶标高离地表的距离不大时（小于1.5m1.5m），保护桩长可取505070cm70cm，上部再用土封顶。桩顶标高离地表的距离较大时，可设置7070100cm100cm的保护桩长，上部再用粒状材料封顶直至接近地表。65地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩在上部基础施工时再将保护桩长剔除掉，确保成桩与设计标高一致。同时褥垫层铺设应保证桩顶以下30-50mm30-50mm；即桩体嵌入褥垫层30-50mm30-50mm。 （9 9）开槽及桩头处理。CFGCFG桩施工完毕3 37d7d后，即可进行开槽。开挖基坑较浅时，可采用人工开挖；基坑较深时，宜采用机械开挖后留置不
36、小于70cm70cm厚土体采用人工开挖；剔除桩头时，应尽量减小对桩体的扰动。66地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（1010）褥垫层铺设褥垫层所用材料多为级配砂石，限制最大粒径一般不超过3cm3cm，或采用粗砂、中砂等。褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于1%1%。褥垫层虚铺厚度按下式控制： 褥垫层虚铺褥垫层虚铺厚度厚度设计褥垫层厚度设计褥垫层厚度夯填度，一般取夯填度，一般取0.870.967地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩三、长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺1. 1. 施工中常见的问题及质量控制施
37、工中常见的问题有：堵管、窜孔、钻头阀门打不开、桩体上部存气等（1 1）堵管。堵管是长螺旋钻管内泵压CFGCFG桩施工工艺经常遇到的主要问题之一。它直接影响施工效率，增加人工劳动强度，还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFGCFG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。68地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩主要有如下几种堵管原因：混合料配合比不合理。主要是混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少，混合料的和易性不好，从而发生堵管。混合料搅拌质量有缺陷。坍落度太大的混合料，易产生泌水、离析。在管道内，水浮到上面，骨料下沉。在泵压作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，摩擦力剧
38、增，从而导致堵管。坍落度太小，混合料在管道内流动性差，也容易堵管。69地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩施工时合适的坍落度宜控制在161620cm20cm，若混合料可泵性差，可适量掺入泵送剂。设备缺陷。弯头是连接钻杆与高强柔性管的重要部件。若弯头的曲率半径不合理，会发生堵管；弯头与钻杆垂直连接，也将发生堵管。此外，管接头不牢固，垫圈破损，也会导致水泥砂浆的流失，造成堵管。钻头设计不合理，密封不严，在具有承压水的粉细砂中成桩时，承压水带着砂通过钻头孔隙进入钻杆芯管，有时形成长达50cm50cm的砂塞，当泵入混合料后，砂塞堵住钻头阀门，混合料无法落下，造成堵管。70地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩冬
39、季施工措施不当。冬季施工时，混合料输送管及弯头处均需做防冻保护，一旦保温效果不好，混合料常在疏松管和弯头处冻结造成堵管。 施工操作不当。钻杆进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆芯管及输送管充满混合料、管内介质是连续体后，应及时提钻，保证混合料在一定压力下灌注成桩。若注满混合料后不及时提钻，混凝土泵一直泵送，在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出，同样可使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬混合料塞体，使管道堵塞。71地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩（2 2）窜孔）窜孔在饱和粉土和粉细砂层中常遇到这种情况，施工完1 1号桩后，接着施工相邻的2 2号桩时，随着钻杆的钻进，发现已施
40、工且尚未结硬的1 1号桩桩顶突然下落，又是下落甚至达2m2m以上，当2 2号桩泵入混合料时，能使1 1号桩下降的桩顶开始回升，泵入2 2号桩的混合料足够多时，1 1号桩顶恢复到原标高。工程中称这种现象叫窜孔。72地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩实践表明，窜孔发生的条件如下：被加固土层中有松散饱和粉土或粉细砂。钻杆钻进过程中，叶片的剪切作用对土体产生扰动。土体受剪切扰动积累的能量，足以使土体发生液化。大量工程实践证实，当被加固土层中有松散粉土或粉细砂，但没有地下水时，施工未发现有窜孔现象；被加固土层中有松散粉土或粉细砂且有地下水，但桩距很大且每根成桩时间很短时，也很少发生窜孔现象；73地基处理第
41、14章水泥粉煤灰碎石桩只是在桩距较小，桩的长度较大，成桩时间较长，且成桩时一次移机施打周围桩数量过多时才发生窜孔。工程中常用的防止窜孔的方法有如下几种：对有窜孔可能的被加固地基尽量采用大桩距的设计方案。增大桩距的目的在于减少新打桩对已打桩的剪切扰动，避免不良影响。改进钻头，提高钻进速度。74地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打4 4排改为2 2排或1 1排。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。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除的弃土，否则会影响施工进度。发生窜孔后一般采用如下方法处理：挡提钻灌注混合料到发生窜孔土层时，停止提钻，
42、连续泵送混合料直到窜孔桩混合料液面上升至原位为止。75地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩对采用上述方法处理的窜孔桩，需通过低应变检测或静载试验进一步确定其桩身完整性和承载力是否受到影响。（3 3）钻头阀门打不开。施工过程中，发现有时钻孔到预定标高后，泵送混合料提钻时钻头阀门打不开，无法灌注成桩。阀门打不开一般有一下两个原因。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。76地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩当桩端落在透水性好、水头高的砂土或卵石层重时，阀门外测除了受到土侧向压力外，受到的水的侧压力（水侧压力系数为1 1）也很大。阀门内侧的混合料侧压力小于
43、阀门外的侧压力，只是阀门打不开。当钻杆提升到某一高度后，侧压力逐渐减小，管内混合料侧压力不便；当管内侧压力大于关外侧压力时，阀门打开，混合料突然下落，这种情况在施工中经常发生，阀门打不开多为此种情况。77地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩对这一问题，可采用改进阀门的结构形式或调整桩长使桩端穿过砂土而进入粘性土层的措施来解决。（4 4）桩体上部存气。截桩头时，发现个别桩桩顶部存有空间不大的空心，主要是钻杆成孔钻进时，管内充满空气，钻孔到预定标高开始泵送混合料时，要求排气阀工作正常，将管内空气排除。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除，就会导致桩体存气并形成孔洞。78地基处理
44、第14章水泥粉煤灰碎石桩为杜绝桩体存气，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晰。（5 5）先提钻后泵料。有些施工单位施工时，当桩端达到设计标高后，为了便于打开阀门，泵送混合料前将钻杆提拔30cm30cm，这样操作存在下列问题。有可能使钻头上的土掉进桩孔。79地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩当桩端为饱和的砂卵石层时，提拔30cm30cm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，这样桩端的混合料可能存在浆液与骨料分离现象。80地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩四、成品保护1. CFG1. CFG桩施工时，应调整好打桩顺序
45、，以免桩机械碾压已施工完成的桩头。 2. CFG2. CFG桩施工完毕后，待桩体达到一定强度后（一般为3 37d7d），方可进行开挖（宜采用人工开挖）。如基坑较深、开挖面积较大，可采用小型机械和人工联合开挖，应用专人指挥，保证铲斗离桩边应有一定的安全距离，同时应避免扰动桩间土和对设计桩顶标高以下的桩体产生损害。 81地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩 3. 3. 挖至设计标高后，应剔除多余的桩头，剔除桩头时应采取如下措施： 找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2 2个或4 4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断。桩头截断后，再用钢钎、手锤等工具沿桩周向桩心逐渐剔除多余的桩头，直至设计桩
46、顶标高，并在桩顶找平。不可用重锤或重物横向击打桩体。 桩头剔至设计标高，桩顶表面应凿至平整。 82地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩 桩头剔至设计标高以下时，必须采取补救措施。如断裂面距桩顶标高不深，可接桩至设计标高，同时保护好桩间土不受扰动。4. 4. 保护土层和桩头清除至设计标高后，应尽快进行褥垫层的施工，以防桩间土被扰动。 5. 5. 冬期施工时，保护土层和桩头清除至设计标高后，立即对桩间土和CFGCFG桩采用草帘、草袋等保温材料进行覆盖，防止桩间土冻涨而造成桩体拉断，同时防止桩间土受冻后复合地基承载力降低。 83地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩五、质量标准1. 1. 水泥、粉煤灰、砂及碎
47、石等原材料应符合设计要求。 水泥： 根据工程特点、所处环境以及设计、施工要求，选用强度等级为32.532.5以上的水泥。 施工前，对选用的水泥应作初终凝时间、安定性和强度，作为生产控制和进行配合比设计的依据。必要时，应检验水泥的其他性能。水泥应按规定堆放在防雨、防潮的水泥库内。如因储存不当引起质量明显下降或水泥出厂超过三个月时，应在使用前对其质量进行复验，并按复验结果使用。 84地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩褥垫层材料 ：褥垫层材料宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等。最大粒径不宜大于30mm30mm。不宜选用卵石，卵石咬合力差，施工扰动容易使褥垫层厚度不均匀。碎石：碎石粒径202050mm50
48、mm，杂质含量小于5%5%，松散密度1.39t/m1.39t/m3 3。石屑：粒径2.52.510mm10mm，松散密度1.471.47t/mt/m3 3，杂质含量小于5%5%。粉煤灰 ：粉煤灰应选用级或级以上等级的粉煤灰 。85地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩 2. 2. 施工中应检查桩身混合料的配合比、坍落度和提拔钻杆速度（或提拔套管速度）、成孔深度、混合料的灌入量等。 3. 3. 施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及褥垫层的质量做检查。主控项目有： 原材料、 桩径（计算填料量 ）、 地基承载力、 桩身强度（查28d28d试块强度） 一般项目 有： 桩身完整性； 桩位偏
49、差（ 满堂布桩0.40D0.40D，条基布桩0.25D 0.25D ）； 桩垂直度 （1.5%1.5%，用经纬仪测桩管）； 桩长（测桩管长度或垂球测孔深） ； 褥垫层夯填度（0.90.9）86地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩14.7 14.7 施工检测及验收施工检测及验收14.7 Tests1 施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。2 CFG桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。3 试验宜在施工结束后28d后进行。试验数量宜为总桩数的0.51，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。87地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩4 应抽取不少于总桩数10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。 5 CFG桩复合地基的载荷试验沉降比，对以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基可取0.008，对以粘性土、粉土为主的地基可取0.01。6 施工垂直度偏差不应大于1；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。88地基处理第14章水泥粉煤灰碎石桩
