6CFG桩解析

CFG桩第六章定义：CFG桩是水泥、粉煤灰碎石桩(CementFlyashGravel)的简称，由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动打桩机或其他成桩设备制成的一种具有一定粘结强度的桩。对象：填土、饱和及非饱和粘性土、松散砂土、粉土等。对塑性指数高的饱和软粘土要慎用。特点：•复合地基承载力的提高幅度较大，并有沉降小，稳定快的特点。•CFG桩自身具有一定粘结性，可在全长范围内充分发挥桩周摩阻力和端承力.•桩土应力比(n)一般为10-40.水泥一般采用425#普通水泥，碎石的粒径20～50mm，石屑粒径7.5～10mm，混合料密度2.1～2.2t/m3。一、石屑掺量的影响石屑掺入量用石屑掺入率s来表示：211GGGs1G2G单位立方混合料中石屑和碎石的质量第一节材料配合比及力学性能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•使级配良好•增大接触比表面积•提高桩体的抗剪强度水灰比（w/c）抗压强度R28石屑率塌落度石屑率粉煤灰水泥比（F/C）在相同石屑率和塌落度石屑率和强度曲线石屑率存在一个最佳值25%～30%混合料的立方体抗压强度R28与灰水比C/W成正比二、水泥、粉煤灰掺量、灰水比的影响•某一石屑率•相同水泥、粉煤灰掺量R28灰水比C/WF/C=1F/C=2F/C=3S=28.5%•某一石屑率•相同灰水比混合料的立方体抗压强度R28与灰水比C/W成正比混合料的立方体抗压强度R28与F/C成反比三、混合料的应力应变关系混合料具有一定粘结强度，围压对其应力—应变关系影响很小。03MPa1.03MPa2.03混合料的有关力学性能力学性能立方抗压强度劈裂抗压强度轴心抗压强度龄期（天）288080数值范围（MPa）6.3～7.30.50～0.593.5～6.3平均值（MPa）6.70.544.3CFG桩复合地基加固机理包括置换作用和挤密作用，以置换作用为主。•地基土很软，而荷载又大时，柔性桩很难满足设计要求，而CFG桩可通过应力集中实现。桩在复合地基中承担荷载40%～75%，提高fk值可达4倍。第二节加固机理（一）加固机理（二）受力特点•地基土质好，荷载不大，可将桩设计短一些；•地基土质差，荷载不大时，将桩设计长一些；CFG桩可全长受力（三）桩土应力比CFG桩桩土应力比可达10～40第三节褥垫作用CFG桩的复合地基的褥垫由碎石、级配砂石、粗砂等散体材料组成。基础CFG桩垫褥1、保证桩间土共同承担荷载变形协调，保证桩和土变形一致复合地基设计原则：CFG桩复合地基，基础通过厚度为H的褥垫层与桩和桩间土相联系。桩和桩间土传递垂直荷载与桩基相类似。当桩端落在坚硬土层上，基础承受荷载后，若基础和桩之间不设置褥垫层（即H=0）•桩顶沉降变形很小，绝大部分荷载由桩承担，•桩间土的承载力很难发挥对褥垫厚度H=0，桩端落在一般粘性土上.有一个桩所承担的荷载逐渐向桩间土转移的过程基础承受荷载后随着时间的增加•基础和桩的沉降变形不断增加，•基础下桩间土分担的荷载不断增加．•桩承扭的荷载相应减少基础和桩之间设置一定厚度的褥垫层后，复合地基中桩和桩间土荷裁的分担如图.褥垫层的设置，可以保证基础始终通过褥垫把一部分荷载传到桩间土上。即使桩端落在好的土层上，σp、σs也均为一常值。当荷载一定时桩顶平均应力σp和桩间土应力σs不随时间增长而变化2、减少基础底面应力集中褥垫厚度很小时，桩对基础产生应力集中，当褥垫厚度大于10cm时，应力集中明显降低。n10H3、褥垫厚度可调整桩土荷载分担比。褥垫越厚，土承担的荷载越多，相反越薄，承担荷载越少。4、褥垫厚度可调整桩间土水平荷载分担比，防止断桩。褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，褥垫厚度大于10cm，桩体不会发生水平折断。第四节CFG桩设计CFG桩设计原则：充分发挥桩体承载力一、内容1、桩径：350～400mm2、桩距：根据土性和挤密效果来确定，一般桩距3～5d。3、复合地基承载力kspdkkspfmARmf,,)1(或kskspfnmf,,)]1(1[桩间土强度提高系数桩间土强度折减系数dkR单桩承载力标准值95.0~9.0重要工程9.0~75.0一般工程4、单桩承载力（1）由单桩静载确定：kRRudk/uR静载试验极限承载力k安全系数75.1~5.1k强度折减系数，可取0.3～0.33；28R桩体28天立方体试块强度桩周长pusiq第I层极限摩阻力pq极限端阻力取两式计算较小者（2）计算确定pdkARR28kAqlquRppisipdk/)(5、变形计算CFG桩复合地基变形S包括三部分：加固土体的压缩变形S1下卧层变形S2褥垫层变形S3，变形很小，一般忽略。21SSS6、褥垫厚度一般10～30cm为宜二、设计步骤1、由地基条件和施工设备条件初定桩径和桩距，得到面积换算率m。2、由上部荷载要求的复合地基承载力求桩长（1）应力比1,,,kskskspfmffnkskspfnmf,,)]1(1[（2）确定单桩承受的荷载1）桩顶应力：kspfn,2）单桩承受的荷载：pksAfnp,3）估算桩长sipppquAqpkLkAqlquRppisipdk/)(（3）桩身强度pkR28k安全系数，取2.5～3.0（4）由桩身的抗压强度，根据室内试验及以往的工程经验，确定配比。（5）确定褥垫厚度10～30cm2、保护桩长：成桩预留一定长度桩长（500～1000mm），基础施工时将其剔掉。3、虚铺厚度：/HhH褥垫层设计厚度压实系数，一般0.87～0.9。1、施工顺序：粘土：跳打；松砂、粉土、填土：连打.第五节CFG桩施工振动沉管打桩机混凝土桩尖活瓣桩尖步履式螺旋钻孔机桩头处理凿除桩头时宜采取如下措施：如果在基槽开挖和凿除桩头，造成桩体断裂至桩顶设计标高以下，必须补救。基槽开挖至设计标高后，多余的桩头需要凿除1、找出桩顶标高位置；2、用钢钎等工具沿桩周向桩心逐次凿除多余的桩头，直到设计标高，并把桩顶找平；3、不可用重锤或重物横向击打桩体；4、桩头凿至设计标高处，桩顶表面不可出现斜平面。假如断裂面距桩顶标高不深，可用C20混凝土接桩至设计桩顶标高。一、工程概况工程实例一南京造纸厂地基处理工程设计要求•南京造纸厂轻涂胶印纸车间为二层(局部三层、四层)框排架结构。•该车间建筑面积为11600m2，车间全长240m。•承载力fk＞160kPa，•沉降不超过80mm，差异沉降不超过3‰加固方案：CFG桩•独立柱基下布桩按3d间距布置，条基根据其宽度布置成单排或二排CFG桩。•褥垫层材料为石屑，厚度15cm。•厂房基础为独立基础和条形基础。二、工程地质条件南京造纸厂轻徐胶印纸车间位于长江北岸漫滩地貌单元上。场地内主要地层为长江漫滩相，各层上的物理力学性质指标土层I1填土层I2淤泥质粉质粘土I3粉砂I4淤泥质粉质粘土I5粉砂I6淤泥质粉质粘土I7粉砂I8粉质粘土I9粉砂I10粉砂承载力8010090120100150130150压缩系数0.80.370.620.40.460.180.51I1填土层•分布于整个场地，填土为素填土和杂填土，•分布无规律，土性差异较大。•分布于整个场地，•褐灰一灰色，含有机质夹薄层粉砂，流塑状态。I2淤泥质粉质粘土I3粉砂•分布于整个场地，•灰色，含有机质．夹薄层粘性土，流塑状态。•分布于整个场地，•灰色，含云母碎屑夹薄层粉砂，软塑状态。I4淤泥质粉质粘土I5粉砂•分布于整个场地，•灰色，含云母碎屑夹薄层粉土，软塑状态。•分布于整个场地，•灰色，含云母碎屑夹薄层粉土，软塑状态。I6淤泥质粉质粘土•局部未见，大部分场地内均有分布，•灰色，含有机质及少量泥炭，流塑状态。I7粉砂I8粉质粘土•分布于整个场地，•灰色，含有机质，软塑状态。I9粉砂•分布于整个场地，•含云母碎屑，夹粘土层，稍密。•分布于整个场地，•青灰色，含云母碎屑，夹少量粘性土，中等密实I10粉砂上述场地具有如下特点•场地土为淤泥质粉质粘土和粉土互层。•I2、I4层淤泥质粉质粘土土质软弱，灵敏度分别为2.9和5.6，属中、高灵敏度。•I2、I4层属于低塑性指数的淤泥质粉质粘土，渗透系数较大。•地下水位于地表下0.7m处，场地临近长江，地下水丰富。三、施工工艺试验（一）沉管制桩过程地基土中的超孔隙水压力•量测振动沉管制桩过程地基土中产生的超孔隙水压力孔压测头埋设图•所有测头都位于I2层淤泥质粉质粘土层中1.4m2.2mA桩施工引起的超孔隙水压力比较大，最大值为80kPa，沉管制桩过程分为三个阶段拨管沉管投料距A桩0.7m孔压测头消散得较快•沉管过程中引起的超孔隙水压力在投料的时间间隔内，已得到大部分的消散，•拔管过程引起的超孔隙水压力的升高亦随移机时间间隔基本得到消散。A桩施工时，沉管、投料过程中引起的超孔隙水压力小，最大值为28kPa。A桩施工时，孔压测得的超孔隙水压力为零距A桩1.4m孔压测头距A桩2.2m的3号孔测头沉管制桩过程中由于挤压和振动引起的超孔隙水压力衰减较快距桩0.7m处最大超孔隙水压力Δu＝80kPa距桩1.4m处最大超孔隙水压力Δu＝28kPa距桩2.2m处超孔隙水压力Δu＝0kPa地基土软弱，沉管容易，沉管过程中激振力不是很大I2,I4层淤泥质粉质粘土属中、高灵敏度土由于沉管的振动•土的结构遭到破坏•强度降低使激振力在水平方向衰减较快I2淤泥质粉质粘土层垂直、水平两个方向的渗透系数均为10-5量级，渗透系数较大，因此沉管制桩过程中产生的超孔隙水压力消散得较快。从孔压量测结果分析，由于沉管制桩过程中挤压和振动的影响，距桩1.4m范围内均引起孔隙水压力上升。结论采取连续施打方案，当桩距为1.2m时，对邻桩产生的超孔隙水压力将在28～80kPa之间。（二）连续施打对桩身质量的影响在现场进行了连续施打和跳打的试验。•连续施打的CFG桩桩身被挤扁，桩径较小。•跳打的CFG桩桩径较规则，没有发现被挤扁的现象，采取跳打措施方能保证工程质量（三）桩身混合料坍落度及拔管速率对桩身质量的影响在现场进行了沉管制桩试验发现坍落度为8-10cm的混合料沉管制桩完毕，桩顶浮浆较多，厚度达1m左右.坍落度为2-4cm的混合料沉管制桩完毕，桩顶浮浆较少，只有10cm左右.•坍落度为8-10cm•坍落度为2-4cm坍落度大•浆液较多较稀，由于拔管的振动作用使混合料密实，充填满孔隙后多余的浮浆被振至桩顶，因而影响桩身质量。坍落度小•浆液较稠较少，正好充填石子、石屑级配的空隙，因而桩顶浆液较少，对桩身质量有利。•由配比试验得知，坍落度小，需水量少，水灰比小，强度高。从现场试验可知，CFG桩身混合料的坍落度采用3cm左右施工是比较合适的。四、CFG桩检测从表中可以看出，承载力均大于设计值160kPa的要求。试验号CFGP1CFGP2CFGP3CFGP4CFGP5fk（kPa）236.1234.4236.1236.1236.1五、经济效益比较沉降观测表明，大部分测点沉降为4-6cm。差异沉降远小于3‰，达到设计要求。该工程CFG桩地基处理工程造价(包括CFG桩，条型基础及试验费)共163万元，比常用的钢筋混凝土桩基方案节约30％(60多万元)。一、工程概况航天部631所35号、36号六层住宅楼地基土较软弱，承载力满足不了设计要求。用CFG桩加固处理。二、工程地质条件航天部621所35号、36号住宅搂地基处理工程上部填土中部静水沉积的粉质粘土(含有机质)和粉土(炭化土)下部为冲、洪积成因的粉质粘土、粉土层黄褐色，以粉土为主，含少量杂质、植物根；稍湿、稍密。厚度0.7-1.0m。1.杂填土杂色，含大量杂质及碎砖石；稍湿、稍密，厚度1.0m。2.素填土黑色-灰黑色，含有大量有机质未完全腐烂的草、树屑，可塑，稍-中密厚度0.6m-4.3m,孔隙比e＝0.85-1.13，液性指数0.37-1.15，压缩系数a＝0.2