第7章 水泥粉煤灰碎石桩

7、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)7.1概述7.2加固机理7.3设计计算7.4施工方法7.5质量检验7.1CFG桩概述CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩(CementFlyashGravelPile)的简称，由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。桩体主体材料为碎石，石屑为中等粒径骨料，可改善级配，粉煤灰具有细骨料和低标号水泥作用。通过调整水泥掺量和配合比，桩体强度可在C5～C20之间变化，一般为C5～C10。CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的，属复合地基刚性桩。CFG桩与碎石桩的对比见课本P86（表7-1）。7.2加固机理CFG桩加固软弱地基主要有三种作用：1、桩体作用；2、挤密作用；3、褥垫层作用。其中以桩体作用为主。当CFG桩用于挤密效果好的土层时，既有桩体置换作用，又有挤密作用，当用于挤密效果差的土层时，只有桩体置换作用。7.2.1桩体作用CFG桩复合地基在荷载作用下，复合地基的附加应力随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CFG桩起到桩体作用。南京造纸厂复合地基实验结果表明复合地基的桩土应力比n=31.4~35.2，即桩体起主要承载作用。7.2.2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。成桩振动搅拌过程中也对桩周围土体有挤密作用。7.2.3褥垫层作用CFG桩复合地基中褥垫层的作用如下：1、保证桩、土共同承担荷载；2、减少基础底面的应力集中；3、褥垫层厚度可以调整桩土荷载（竖向、水平）分担比。保证桩、土共同承担荷载δpδps褥垫由散体材料组成，可提供向上贯入的条件来调整桩土应力比，实现桩土协调变形，共同承担荷载。减少基础底面的应力集中根据实测的桩土应力比ｎ与褥垫层厚度ΔH的变化关系，当褥层厚度很小时，桩对基础底面产生应力集中。但当褥垫厚度大于10cm时，应力集中明显降低(桩土应力比约为6)，当褥垫层厚度为30cm时，桩土应力比降为1.23。褥垫层厚度可以调整桩土荷载（竖向、水平）分担比有关试验测得的结果，当荷载一定时，褥垫越厚土承担的荷载越多；褥垫厚度一定时，荷载越大，桩承担的荷载所占比例增大。有关实验表明，褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，当褥垫厚度不小于10cm时，桩体不会发生水平折断。7.3设计计算7.3.1设计思路：了解CFG复合地基承受竖向、水平荷载的受力过程。7.3.2设计参数CFG桩复合地基有5个设计参数包括桩径、桩距、桩长（含承载力计算）、褥垫厚度和沉降计算。1、桩径一般桩径为350～600mm，由施工设备的桩管决定。CFG桩常采用振动沉管法施工。2、桩距桩距（表7-4）的大小取决于设计要求的地基承载力、布桩形式、土质与施工机具等，但还要考虑到施工的可行性。3、桩长（复合地基承载力）CFG复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基荷载试验确定，初步设计时可按下式估算：Ra—单桩竖向承载力特征值（KN）；Ap—桩的截面积（m2）；β—桩间土强度折减系数，无经验时可取β=0.75～0.95。skpaspkfmARmf)1(单桩承载力CFG桩单桩承载力可按以下方式确定：①由单桩静载试验确定：Ra=Ru/KRu—单桩承载力极限值；一般安全系数K取2；②计算确定，按下式估算：qsi、qp—桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值4、褥层厚度：一般取150～30mm为宜。ppisipaqAlquR5、沉降计算一般CFG复合地基总沉降量分为三部分。加固区的变形S1，卧层变形S2和褥垫层变形S3。由于s3数量很小，一般忽略。则有S=S1+S2按分层总和法计算加固区和下卧层变形之和。Ψs—沉降计算经验修正系数，见表7-5；ζ—模量提高系数，121121ninniisiiisiishEphEpsssakspkff长螺旋钻孔灌注桩：非挤土成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉性土、素填土、中等密实以上砂土。长螺旋钻管内泵压混合灌注CFG桩：非挤土成桩，适用于粘性土、粉性土、砂土、以及对噪音污染控制严格的场地。振动沉管施工工艺：挤土成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。人工或机械洛阳铲成桩工艺泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺7.4施工方法2.桩体材料及有关参数CFG桩由碎石、粉煤灰、水泥、石屑加水拌和形成。各种材料之间的配合比对混合料的强度及和易性有很大影响。一般水泥采用32.5Mpa普通水泥，碎石粒径20～50mm,石屑粒径2.5～10mm,混合料密度2.1～2.2t/m3。石屑掺量的影响碎石料之间一般为点接触，接触比表面积小，桩体抗剪强度较低。在碎石料中掺入中等粒度的石屑后，可改善级配，增大接触比表面积，提高桩体的抗剪强度。石屑的掺量可用石屑率S来表示：G1、G2—单位立方混合料中石屑和碎石的质量。211GGGS水泥粉煤灰碎石桩地基检验应在施工结束28d后进行。1、桩间土检验：标准灌入、静力触探和钻孔取样；2、桩的检验：单桩承载力荷载试验。试验数量宜为总桩数的0.5%~1%，且不少于3点；低应变检验桩身完整性抽取不少于总桩数的10%。3、复合地基检验。7.5质量检测谢谢!