建筑信息工程CFG桩复合地基技术及工程实践.docx
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1、CFG桩复合地基技术及工程实践摘 要随着 CFG桩复合地基在全国范围内推广及应用, CFG 桩复合地基技术在我国的基本建设中起了非常重要的作用,从建筑到道路、煤矿均得到普遍应用。特别是近几年,该技术在北方地区的高层建筑地基处理中得到应用,使得 CFG桩从设计到施工已积累了大量实践经验。 本工程采用 CFG桩对地基土进行加固处理,施工工艺为长螺旋成孔管内泵压灌注CFG桩混合料成桩。取得了很好的加固效果。由于本人水平相当有限,在设计中难免有错误和不足,敬请老师和同学指导纠正。1. 地基处理技术发展现状 地基处理是古老而又年轻的领域。灰土垫层基础和短桩处理在我国应用历史悠久,可追溯到数千年前。而大量
2、进行的地基处理技术是伴随现代文明而产生的。近几年来,国内外在地基处理方面发展十分迅速。老方法不断改进,新方法不断涌现,目前国内外已有的方法多至百种以上。 就地基处理而言,按其原理和做法的不同可分为以下四类: (1)排水固结法。利用各种方法使软粘土地基排水固结,从而提高土的强度和减小土的压缩性。 (2)振密、挤密法。采用各种措施,如振动、挤密等,使地基土体增密,以提高土的强度,降低土的压缩性。 (3)置换及拌入法。以砂、碎石等材料置换软土地基中部分软土,或在松软地基中掺入胶结硬化材料,或向地基注入化学药液产生胶结作用,形成固体,达到提高地基承载力、减小压缩量的目的。 (4) 加筋法。通过在地基中
3、埋设强度较大的土工聚合物,以达到加固地基的目的。 2.CFG桩复合地基2.1 CFG桩复合地基简介 水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩。它是在碎石桩的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,和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。 CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接,无论桩端座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。因此垂直承载力世纪首先是将土的承载力能力充分利用,不足的部分由CFG桩来承担。由于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CFG桩应承担的荷载。显然与传统的桩基设计相比,桩的数量
4、可以大大减少,再加上CFG桩不配筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为参加料,大大降低了工程造价。 特别是近10年来,该技术已在南方地区的软基处理中应用,仅就南方地区近几年的不完全统计,已有多条线路的地基处理采用了CFG桩加固技术。由于CFG桩复合地基技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点,目前已成为铁路、工民建应用最普遍的地基处理技术之一。CFG 桩的骨干材料为碎石,用以改善桩体级配,增强桩体强度;粉煤灰有降低低水泥标号的作用,又可使桩体具有明显的后期强度。这种地基加固方法吸取了碎石桩和水泥搅拌桩的优点,其一,施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样,工艺简单,与碎石桩相比,无场地污染
5、,振动影响也小;其二,所用材料仅需少量水泥,便于就地取材;节约材料;其三,受力特性与水泥搅拌桩类似。 CFG 桩复合地基一般适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基;既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。目前国内许多工程都采用了CFG 桩复合地基进行地基加固,取得了很好的工程效果和经济效果,具有很好的应用前景。2.2 CFG桩工程特性 2.2.1 承载力提高幅度大,可调性强CFG桩桩长可以从几米到20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并可在40%75%之间变化,使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。2.2.2使用范围广在砂土、粉土、粘土
6、、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。 2.2.3 刚性桩的性状明显CFG桩像刚性桩一样,可全长发挥侧阻,桩落在好的土层上时,具有明显的端承作用。2.2.4 桩体的排水作用就震动沉管CFG桩而言,当CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时,由于沉管和拔管的震动,会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水层较差的土层时,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出,直到CFG桩体结硬为止。这样的排水过程可以延续几个小时。2.2.5 时间效应单就利用振动沉管机施工时,将会对周围土产生扰动,特别是对灵敏度较高的土,会使结构破坏、强
7、度降低。施工结束后,随着恢复期饿增长,结构强度会有所恢复。2.2.6 桩体强度和承载力的关系当桩体强度大于某一数值时,提高桩体强度对复核地基的承载力没有影响。2.2.7 复核地基变形小 2.3 CFG桩复合地基的特点CFG桩具有高强度、大桩距、大桩长的特点;桩身强度等级多在C5-C25之间,桩距一般为1.53.0米,桩端要求一定要打入持力层。CFG桩以其施工工艺简单,操作方便,复合地基承载力高,沉降量小,具有广泛适用性和推广意义。CFG桩不需要排泥浆,不污染环境,成桩速度快。混合料具有一定的粘结强度和良好的和易性,使其在振动沉管的过程中不易离析,能保证桩身质量。CFG桩体内不设钢筋笼,可节约大
8、量钢材。混合料易就地取材,沉降变形小及费用低,在软弱地基处理中得到了广泛的应用。 2.4 CFG桩的加固机理2.4.1挤密作用当CFG桩采用振动沉管成孔时,由于桩管振动和侧向挤压作用使桩间土得到了挤密,提高了桩间土的承载力。2.4.2置换作用CFG桩具有一定的粘结强度,设计上一般按C15C25混凝土强度设计,在上部荷载作用下桩身压缩性明显比周围土体小。复合地基载荷试验结果表明,在荷载作用下首先是桩体受力,表现出比较明显的应力集中现象,其桩土应力比可达到1030,甚至更高,这一点是其它散体材料桩无法比拟的,复合地基强度较高。2.4.3桩体作用CFG桩属于刚性桩,它和桩间土共同作用,即具有复合地基
9、的特点,也具有桩基的某些特征,在加固区范围内桩身的变形控制复合地基的变形,变形量很小。2.5 CFG桩荷载传递机理 CFG桩复合地基,当基础承受垂直荷载时,桩和桩间土都要发生变形。桩的强度及模量远比桩间土的大,桩的变形远比桩间土的变形小。但由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层,桩体除向下刺入外,还可以向上刺入,伴随这一变化过程,垫层材料的流动补偿使之不断调整补充到桩间土上,以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与共同工作。 当CFG桩复合地基承受水平荷载时,由于一定厚度的褥垫层的存在,作用在桩顶和桩间土上的剪应力相差不大,桩顶受的剪力占水平荷载的比例大体与面积置换率相当,即此时桩受的水平荷载很小,水
10、平荷载主要由桩间土承担。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。2.6 CFG成桩基本原理 CFG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。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了桩间土承担的荷载。2.7褥垫层作用褥垫层是桩顶和基础底之间加一层散体材料,若褥垫层厚度过小,桩间土承载能力不能充分发挥,厚度过大,桩承担的荷载太小,复合地基中桩的设置又失去意义。按规范规定,褥垫层厚度宜取150300mm。 褥垫层的作用如下: (1)使桩、土
11、共同承担竖向荷载 褥垫层设置后,能使桩体的顶部和桩端都有上下刺人变形条件,在给定荷载作用下,桩承担较多的荷载,随着时间增长,桩产生一定沉降,荷载逐渐向桩间土体转移,即使桩端地基士很好,桩端变形小,但桩顶也有向褥垫层刺人条件,所以有了褥垫层能保证桩土较好的共同承担外荷载;(2)减小基础的应力集中 当褥垫层厚度趋于零时,近似钢筋混凝土桩和承台的作用,这时承台基础要验算冲切承载力。加了褥垫层后起到扩散应力作用,同时桩顶和桩间土应力之比值显著降低,随着荷载增加应力比趋于一常数。(3)使基础底面压力分布更均匀 通过散体褥垫层的调整,随着荷载增加或变化,能使基底压力更均匀分布。(4)抗水平力作用 类似地震
12、作用的水平荷载,CFG桩复合地基主要是通过基础与褥垫层之间的摩擦力和基础侧面土压力承担,褥垫层又是散体结构,所以传递到桩体的水平力较小或为零,这就是桩体可不配筋的缘由。2.8桩基质量检验CFG桩施工结束后,由专业的桩基检测公司进行桩基质量检验,包括单桩复合地基承载力检验和桩基完整性检验。一般每幢楼抽检3根桩进行复合地基静载荷试验,采用堆载慢速加载试验法确定单桩复合地基承载力特征值。抽检20 %左右的桩进行低应变反射波试验,进行桩身结构完整性检验。其原理就是将桩看作一维杆件,利用弹性波在一维杆状介质中传播的频率及振动的相位特性,即在桩顶击发一瞬时冲击力后,便有弹性波沿桩身向下传播,当传播至桩的波
13、阻抗变化处(如桩的截面变化、介质密度变化)将产生波的反射和透射,据此判断桩是否存在缺陷,如裂缝、断桩、缩径、砼离析等。2.9 CFG桩应用中存在的问题及预防措施2.9.1 桩体裂缝桩体裂缝一般发生在浅部,离桩顶1 m左右。产生裂缝的原因主要有:凿桩头时作业人员无经验,施工方法不当,用大锤横向锤击,力量太大;桩间土采用机械挖土,开挖过程中机械碰撞桩体;成桩后桩体附近机械行走挤压,桩体尚未达到一定强度,易产生裂缝;桩顶砼密实度不够也易产生裂缝。因此,在施工过程中,凿桩头时用力不可过大;尽量采用人工开挖桩间土;成桩后在桩体尚未达到一定强度时尽量避免桩体附近的机械行走。2.9.2 缩径或断桩采用振动沉
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