地基处理CFG桩

3.5.1概述3.5.2加固原理3.5.3设计与计算3.5.4施工工艺3.5.5效果检验3.5.6工程实例水泥粉煤灰碎石桩CFG桩主要内容3.5.1概述定义适用范围重要概念复合桩基散体桩复合地基，其桩体由碎石或砂石等散体材料构成（碎石桩）低粘结强度桩复合地基（石灰桩、灰土桩、水泥搅拌桩）中等粘结强度桩复合地基（夯实水泥土桩）高等粘结强度桩复合地基（CFG桩、素混凝土桩）在碎石桩基础上加入适量石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，与周围地基土体形成复合地基，它比一般碎石桩复合地基的承载力高、变形量小。CFG－水泥粉煤灰碎石桩一、定义一.概述1.定义水泥粉煤灰碎石桩法(cementfly-ashgravelpile):由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。2.材料（1）粉煤灰：是燃煤发电厂排出的一种工业废料，其主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO等。其中粉煤灰的活性决定于各种粒度的SiO2和Al2O3的含量。碎石－粗骨料石屑－中等粒径骨料，使得级配良好；粉煤灰－细骨料和低标号水泥作用，提高桩体后期强度。水泥－提高强度。一、定义按照施工工艺不同，分为挤土和非挤土两类振动沉管法施工－挤土法螺旋钻施工－非挤土法一、定义（2）碎（卵）石、砂、石屑、水泥：CFG桩的骨料为碎石、砂和石屑为填充料，水泥一般采用普通硅酸盐水泥。（3）材料的力学性能立方抗压强度：28d养护，σc=6.3~7.3MPa，σc=6.7MPa;劈裂抗压强度：80d养护，σ劈=0.5~0.59MPa，σ劈=0.54MPa;轴心抗压强度：80d养护，σ=3.5~6.3MPa，σ劈=4.3MPa;静弹模：E=8.4×103~9.8×103MPa，σ劈=8.8×103Mpa;（4）适用范围适用于处理粘性土、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。（5）CFG桩法的优点施工工艺简单，无场地污染，振动影响小；仅需要少量水泥，便于就地取材；受力特点与水泥搅拌桩相似，由桩侧阻力和桩端承载力组成，增加桩长可提高承载力。桩型对比值碎石桩CFG桩单桩承载力桩的承载力主要靠桩顶以下有限场地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作用不大。以置换率10%计，桩承担荷载占总荷载的15%～30%。桩的承载力主要来自全桩长的摩阻力及桩端承载力，桩越长则承载力越高，以置换率10%计，桩承担荷载占总荷载的40%～75%。复合地基承载力加固黏性土复合地基承载力的提高幅度较小，一般为0.5～1倍。承载力提高幅度有较大可调性，可提高4倍或更高。变形减小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，破坏主应力差较大。应力-应变曲线呈直线关系，围压对应力应变曲线没有多大影响。适用范围多层建筑物地基多层及高层建筑物碎石桩与CFG桩的对比一、定义CFG桩吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。①施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单；与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小。②所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争建筑材料，这也是比水泥搅拌桩的优越之处。③受力特性与水泥搅拌桩类似。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基。一、定义•垫层指的是设于基层以下的结构层。其主要作用是隔水、排水、防冻以改善基层和土基的工作条件。•垫层为介于基层与土基之间的结构层,在土基水温状况不良时,用以改善土基的水温状况,提高路面结构的水稳性和抗冻胀能力,并可扩散荷载,以减少土基变形.•垫层使用条件和一般规定如下:•1.路基经常处于潮湿和过湿状态的路段,以及在季节性冰冻地区产生冰冻危害的路段应设垫层.••2.垫层材料有粒料和无机结合料稳定土两类.粒料包括天然砂砾,粗砂,炉渣等.采用粗砂和天然砂砾时,小于0.074mm的颗粒含量应小于5%;采用炉渣时,小于2mm的颗粒含量宜小于20%.•3.垫层厚度要按当地经验确定.在季节性冰冻地区路面总厚度小于防冻最小厚度时,应以垫层材料补足.•CFG桩复合地基。此处的褥垫层，不是基础施工时通常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。工程中，对散体桩和低粘结强度桩复合地基，有时可不设置褥垫层，也能保证桩与土共同承担荷载。CFG桩是高粘结强度桩，褥垫层是CFG桩和桩间土形成复合地基的必要条件，是不可缺少的一部分。一、定义3.褥垫层作用由级配的砂石、粗砂、碎石组成的褥垫层有如下四方面的作用：保证桩土共同承担荷载；减少基础底面的应力集中；褥垫层厚度可以调整桩土荷载分担比；褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比；——保证桩与土共同承担荷载褥垫层作用——保证桩与土共同承担荷载褥垫层作用——保证桩与土共同承担荷载褥垫层作用——调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用褥垫层作用——调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用褥垫层作用桩体作用•CFG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CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给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，复合地基中的CFG桩起到了桩体作用。——减少基础底面的应力集中H＝0时，桩对基础的应力集中很显著，和桩基础一样，需要考虑桩对桩基的冲切破坏；H大到一定程度后，基底反力即为天然地基的反力分布。褥垫层作用褥垫层的调整均化作用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。褥垫层的调整均化作用②减少基础底面的应力集中当褥垫层厚度大于１０ｃｍ时，桩对基础产生的应力集中已显著降低。褥垫层的调整均化作用③褥垫厚度可以调整桩土荷载分担比荷载一定时，褥垫越厚，土承担的荷载越多。荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。褥垫层的调整均化作用④褥垫厚度可以调整桩、土水平荷载分担比基础承受水平荷载时，褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶受的水平荷载越小。CFG桩主要适用于：粘性土、淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、杂填土、湿陷性黄土。二、适用范围桩体的置换作用挤密作用加固原理3.5.2加固原理褥垫层的调整均化作用非挤土法施工时，施工对土体的振动或挤压作用使桩间土得到挤密－－提高了强度。加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小；重度、压缩模量均有所增加，说明经加固后桩间土已挤密。挤密作用平面布置、桩径、桩距桩长、桩体强度褥垫层厚度及材料设计参数3.5.3设计与计算Ｌ等边三角形或方形布置，面积置换率m不宜超过10％（充分发挥桩间土作用）平面布置直径——350～600mm桩径•CFG桩常采用振动沉管法施工，其桩径根据桩管大小而定，一般为：Ｌ桩距——（3～6）d桩距•桩距的选用需要考虑承载力提高幅度要能满足设计要求，且施工方便，桩作用的发挥、场地地质条件及造价等因素。CFG桩桩距选用参考值土质桩距布桩形式挤密性好的土，如砂土、粉土、松散填土等可挤密土，如粉质黏土、非饱和黏土不可挤密性土，如饱和黏土、淤泥质土单、双排布桩的基础（3~5d）（3.5~5d）（4~5d）含9根以下的独立基础（3~6d）（3.5~6d）（4~6d）满堂布桩（4~6d）（4~6d）（4.5~7d）桩距•(1)对挤密性好的土，如砂土、粉土和松散填土等，桩距可取得较小。•(2)对单、双排布桩的条形基础和面积小的独立基础等，桩距可取得较小。反之，满堂布桩的筏基、箱基以及多排布桩的条基、设备基础等，桩距应适当放大。•(3)地下水位高，地下水丰富的建筑场地桩距也应适当的放大。求解思路：根据设计要求达到的复合地基承载力以及天然地基承载力——桩土应力比n——桩顶应力——桩顶承受的集中力——参照与施工方法相关的桩周摩阻力和桩端端承力——桩长桩长1、n＝？sksspskspkeeskspkfnnffddddmfnmf;8.0,9.0~75.01/)]1(1[22桩土应力比；天然地基承载力；基承载力；设计要求达到的复合地；一般取桩间土的发挥系数，可；可取桩间土强度提高系数，面积的等效圆直径；一根桩分担的地基处理桩平均直径；2、桩顶应力sksspfn;p3、桩顶承受的集中力pskpppAfnAP4、桩顶承受的集中力推算桩长pspUqPl最低强度按3倍桩顶应力确定。桩体强度p材料：碎石、级配砂石、粗砂或中砂厚度：10～30cm为宜，可适当加宽。褥垫层材料、厚度一般情况CFG桩复合地基沉降由三部分组成。①加固深度范围内土的压缩变形s1；②下卧层变形s2；③褥垫层变形s3。（数量很小可以忽略不计）沉降计算沉降计算经验修正系数）承载力特征值（是基础底面下天然地基模量提高系数：）层土分层厚度（第）层土的压缩模量（第）（层产生的平均附加应力在第荷载总的分层数加固区分层数SakspkisiinniEpiniEpSkPaffmihMPaiEkPaippnnhSSSsiisii02111212111.处理范围和桩径d水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置，桩径宜取d=350～600mm。2.桩距S根据处理后的复合地基承载力fspk、土性、施工工艺确定，一般S=（3～5）d。3.褥垫层厚度和材料桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜取150～300mm，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大30mm。4.水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值确定（1）通过现场复合地基载荷试验确定；（2）初步设计时也可按下式估算：fsp,k=m（Ra/Ap）+β（1-m）fsk式中fsk——处理后天然地基承载力特征值（kPa）,，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；m——面积置换率，m=Ap/A；Ap——桩的截面积(m2)；β——桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75~0.95，天然地基承载力较高时取大值；Ra——单桩承载力特征值（kN）。（4）单桩承载力特征值Ra的确定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，即按下式计算：2uaRR当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算：Ra=Up∑qsi×Li+qp×Ap式中Up——桩的周长，m；qsi——桩侧第i层土的侧阻力特征值，kPa，按国家现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定确定取值；qp——桩的端阻力特征值，kPa，按国家现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定确定取值；Li——第i层土的厚度，m。5.桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求：式中fcu——桩体混合料试块（边长150mm立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值（kPa）。pacuARf36.变形计算CFG桩地基总沉降量S为：S=S1+S2+S3式中S1——复合地基沉降量，mm；S2——下卧土层沉降量，mm；S3——褥垫层沉降量，mm；因褥垫层厚度较小，其变形值更小，而且多在施工过程中完成，所以可忽略不计。所以上式可简化为：S=S1+S2地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。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ξ倍，ξ值可按下式计算：akspkff变形计算经验系数ψs根据当地沉降观测资料及经验确定，也可采用下表数值：（Mpa)2.54.07.015.020.0ψs1.11.00.70.40.2沉降经验系数ψsSE为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应该下式计算：SEiiiSEAAE式中Ai——第i层土附加应力系数