CFG水泥粉煤灰碎石樁地基處理工藝

概述水泥粉煤灰碎石樁又稱CFG樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁。樁體和樁間土、褥墊層一起組成水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基。水泥粉煤灰碎石樁碎石樁的缺點(diǎn)碎石樁系散體材料樁，樁本身沒有粘結(jié)強(qiáng)度，主要靠周圍土的約束形成樁體強(qiáng)度，并和樁間土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部建筑的垂直荷載。土越軟對(duì)樁的約束作用越差，樁體強(qiáng)度越小，樁傳遞垂直荷載的能力越差。根據(jù)試驗(yàn)及理論分析，通常距樁頂2—3倍樁徑的范圍為高應(yīng)力區(qū)；當(dāng)大于6—10倍樁徑后，軸力的傳遞收斂很快；當(dāng)樁長(zhǎng)大于2.5倍基礎(chǔ)寬度后，樁的端阻作用很小。在諸多種類的復(fù)合地基的增強(qiáng)體中，置換作用最差。CFG樁的改進(jìn)摻入適量的石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和形成一種粘結(jié)強(qiáng)度較高的樁體；具有剛性樁的某些性狀；可以全樁長(zhǎng)發(fā)揮側(cè)阻作用；當(dāng)樁端落在好土層時(shí)也能很好地發(fā)揮端阻作用；復(fù)合地基承載力大幅提高；CFG樁屬高粘結(jié)強(qiáng)度樁，比素混凝土樁經(jīng)濟(jì)；添加石屑主要改善級(jí)配，可提高樁身強(qiáng)度。碎石樁和CFG樁的對(duì)比樁型對(duì)比多層和高層建筑地基多層建筑地基適用范圍應(yīng)力應(yīng)變曲線是直線關(guān)系，圍壓對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有多大的影響。應(yīng)力應(yīng)變曲線不是直線關(guān)系，增加圍壓，破壞主應(yīng)力差增大。三軸應(yīng)力應(yīng)變曲線增加樁長(zhǎng)可有效的減小變形，總的變形量小。減小地基變形的幅度較小，總的變形較大。變形承載力的提高幅度有較大的可調(diào)性，可提高4倍或更高。加固粘性土復(fù)合地基承載力的提高幅度較小，一般為0.5～1.0倍。復(fù)合地基承載力樁的承載力主要來自全樁長(zhǎng)的摩阻力及樁端承載力，樁越長(zhǎng)則承載力越高。以置換率10%計(jì)，樁承擔(dān)荷載占總荷載的百分比為40%～75%。樁的承載力主要靠樁頂以下有限范圍內(nèi)樁周土的側(cè)向約束，當(dāng)樁長(zhǎng)大于有效樁長(zhǎng)時(shí)增加樁長(zhǎng)對(duì)承載力的提高作用不大。以置換率10%計(jì)，樁承擔(dān)荷載占總荷載的百分比為15%～30%。單樁承載力CFG樁碎石樁應(yīng)用：CFG樁主要適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基，對(duì)淤泥質(zhì)土，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。CFG樁可用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)等。1樁土受力特征1時(shí)程曲線由于褥墊層的設(shè)置，隨著時(shí)間的變化，樁間土表面的變形不斷增加，但樁和土的荷載分擔(dān)均為一常值，它不隨時(shí)間的變化而改變。豎向荷載作用下復(fù)合地基性狀樁基礎(chǔ)CFG樁復(fù)合地基2樁土荷載分擔(dān)分擔(dān)趨勢(shì)CFG樁復(fù)合地基樁基礎(chǔ)3不同部位樁的受力一般是角樁受力最大，邊中樁次之，中心樁最小。4樁傳遞軸向力的特征樁基礎(chǔ)，樁的最大軸向力發(fā)生在樁的頂部。CFG樁，樁的最大軸向力在中性點(diǎn)處。從加載一開始樁就存在一個(gè)負(fù)摩擦區(qū)。5樁間土應(yīng)力的分布（同樁）2復(fù)合地基變形特性1變形模式Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３Ｓ１—樁范圍內(nèi)土層的壓縮量Ｓ２—下臥層的壓縮量Ｓ３—褥墊層的壓縮量２樁長(zhǎng)對(duì)變形的影影響樁長(zhǎng)—分擔(dān)大—土土分擔(dān)小—Ｓ１?。樱晨刹豢紤]。３基礎(chǔ)寬度的影響響復(fù)合地基也一樣，，當(dāng)置換率、樁長(zhǎng)長(zhǎng)及土性相同時(shí)，，給定荷載下加固固區(qū)壓縮變形Ｓ１、下臥層壓縮變形形Ｓ２、以及總壓縮量ＳＳ都隨基礎(chǔ)寬度增增加而增大。４深層變形性狀無論是單樁復(fù)合地地基還是群樁復(fù)合合地基，在荷載較較小時(shí)，復(fù)合地基基樁間土表面的變變形都小于天然地地基的變形。隨著著荷載的增加，兩兩者的變形相等，，之后則有復(fù)合地地基的變形大于天天然地基的變形。。1褥墊層的作用１保證樁、土共共同承擔(dān)荷載。。褥墊層的設(shè)置為CFG樁復(fù)合地基基在受荷后提供了了樁上、下刺入的的條件，即使樁端端落在好的土層上上（承載力高），，至少可以提供上上刺入條件，以保保證樁間土始終參參與工作。２褥墊厚度可以調(diào)調(diào)整樁、土荷載分分擔(dān)比。荷載一定定時(shí)，褥墊層越厚厚，土承擔(dān)的荷載載越多。荷載水平平越高，樁承擔(dān)的的荷載占總荷載的的百分比越大。褥墊層技術(shù)３減少基礎(chǔ)底面的的應(yīng)力集中當(dāng)褥墊層厚度大于于10cm時(shí)，樁樁對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的應(yīng)應(yīng)力集中已顯著降降低。當(dāng)褥墊層的的厚度為30cm時(shí)，σp／σs只有1.23４褥勢(shì)層厚度可以以調(diào)整樁、土水平平荷載分擔(dān)比褥墊厚度越大，樁樁頂水平位移越小小，即樁頂受的水水平荷載越小。大大量工程實(shí)踐和室室內(nèi)試驗(yàn)表明，褥褥墊層厚度不小于于10cm時(shí)，樁樁體不會(huì)發(fā)生水平平折斷，樁在復(fù)合合地基中不會(huì)失去去工作能力。2褥墊層厚度褥墊層厚度一般取取15～30cm為宜，當(dāng)當(dāng)樁距過大時(shí)，褥褥墊層厚度還可適適當(dāng)加大。褥墊層層材料可用碎石、、級(jí)配砂石(限制制最大粒徑)粗砂砂、中砂。13.4復(fù)合地基基工程特性1承載力提高幅幅度大2適用范圍廣3剛性樁的性狀狀明顯4樁體的排水作作用5時(shí)間效應(yīng)6樁體強(qiáng)度和承承載力的關(guān)系一般取樁頂應(yīng)力的的3倍。7復(fù)合地基變形形小建筑物的沉降量一一般可控制在2~4cm。13.5復(fù)合地基基設(shè)計(jì)計(jì)算１勘察、試驗(yàn)２承載力計(jì)算（（同夯實(shí)水泥土樁樁）３沉降計(jì)算Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２實(shí)用方法－復(fù)合模模量法４設(shè)計(jì)參數(shù)：①樁長(zhǎng):結(jié)合土性、樁周摩摩阻系數(shù)和端承系系數(shù)，即可預(yù)估樁樁長(zhǎng),一般要求樁樁端置于良好土層層。②樁徑dCFG樁常采用振振動(dòng)沉管法施工，，一般為350～～600㎜③樁距S=(3～5)d④樁體強(qiáng)度⑤褥墊層厚度及材材料褥墊層厚度一般取取15～30cm為宜，當(dāng)當(dāng)樁距過大時(shí)，褥褥墊層厚度還可適適當(dāng)加大。褥墊層層材料可用碎石、、級(jí)配砂石(限制制最大粒徑)粗砂砂、中砂。5布樁13.6復(fù)合地基基施工在進(jìn)行CFG樁復(fù)復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)，，必須同時(shí)考慮CFG樁的施工，，并要了解施工可可能出現(xiàn)的問題，，以及如何防止這這些問題的發(fā)生與與施工時(shí)采用什么么樣的設(shè)備和施工工工藝。要根據(jù)場(chǎng)場(chǎng)地土的性質(zhì)、設(shè)設(shè)計(jì)要求的承載力力、變形以及擬建建場(chǎng)地周圍環(huán)境等等情況綜合考慮施施工設(shè)備及施工工工藝和控制施工質(zhì)質(zhì)量措施。目前常用的施工設(shè)設(shè)備及施工方法有有：（一）振動(dòng)沉管灌灌注成樁（二）長(zhǎng)螺旋鉆孔孔灌注成樁（三）泥漿護(hù)壁鉆鉆孔灌注成樁（四）長(zhǎng)螺旋鉆孔孔泵壓混合料成樁樁長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成成樁這種施工方法適用用于地下水位埋藏藏較深的粘性土、、粉土、填土等，，成孔時(shí)不會(huì)發(fā)生生塌孔現(xiàn)象，并適適用于對(duì)周圍環(huán)境境要求如噪音、泥泥漿污染比較嚴(yán)格格的場(chǎng)地。泥漿護(hù)壁鉆孔灌注注成樁這種成樁方法適用用于有砂層的地質(zhì)質(zhì)條件，以防砂層層塌孔，并適用于于對(duì)振動(dòng)噪音要求求嚴(yán)格的場(chǎng)地。長(zhǎng)螺旋鉆孔泵壓混混合料成樁這種方法適用于分分布有砂層的地質(zhì)質(zhì)條件，以及對(duì)噪噪音和泥漿污染要要求嚴(yán)格的場(chǎng)地。。這種成樁方法在施施工時(shí)，首先用長(zhǎng)長(zhǎng)螺旋鉆孔到達(dá)設(shè)設(shè)計(jì)的預(yù)定深度，，然后提升鉆桿，，同時(shí)用高壓泵將將樁體混合料通過過高壓管路的長(zhǎng)螺螺旋鉆桿的內(nèi)管壓壓到孔內(nèi)成樁。這這一工藝具有低噪噪音、無泥漿污染染的優(yōu)點(diǎn)，是一種種很有發(fā)展前途的的施工方法。振動(dòng)沉管灌注成樁樁就目前國(guó)內(nèi)情況，，振動(dòng)沉管灌注成成樁用的比較多，，這主要是由于振振動(dòng)打樁機(jī)施工效效率高，造價(jià)相對(duì)對(duì)較低。這種施工工方法適用于無堅(jiān)硬土層和密實(shí)實(shí)砂層的地層條件件，以及對(duì)振動(dòng)噪音限制不嚴(yán)格的場(chǎng)地。1．沉管1)樁機(jī)就位須水水平、穩(wěn)固、調(diào)整整沉管與地面垂直直，確保垂直度偏偏差不大于1％。。2)若采用預(yù)制鋼鋼筋混凝土樁尖，，需埋入地表以下下300㎜左右。。3)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，，開始沉管過程中中注意調(diào)整樁機(jī)的的穩(wěn)定，嚴(yán)禁傾斜斜和錯(cuò)位。4)沉管過程中須須作好記錄。激振振電流每沉lm記記錄一次，對(duì)土層層變化處應(yīng)特別說說明直到沉管至設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)高。2．投料1)在沉管過程中中可用料斗進(jìn)行空空中投料。混合料料面與鋼管料口平平齊。待沉管至設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)高后須盡快快投料。2)如上料量不多多，須在拔管過程程中進(jìn)行孔中投料料，以保證成樁樁樁頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)計(jì)要求。3)混合料配比應(yīng)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定，，碎石和石屑含雜雜質(zhì)不大于5％。。4)按設(shè)計(jì)配比配配制混合料，投入入攪拌機(jī)加水拌和和，加水量由混合合料坍落度控制，，一般坍落度為30～50㎜，成樁后樁樁頂浮漿厚度一般般不超過200㎜㎜。5)混合料的攪拌拌須均勻，攪拌時(shí)時(shí)間不得少于1min。3．拔管1)當(dāng)混合料加至至鋼管投料口平齊齊后，開動(dòng)電動(dòng)機(jī)機(jī)，沉管原地留振振10秒左右，然然后邊振動(dòng)邊拔管管。2)拔管速度按均均勻線速控制，一一般控制在1.2～1.5m/min左右，如遇淤泥泥或淤泥質(zhì)土，拔拔管速率可適當(dāng)放放慢。3)當(dāng)樁管拔出地地面，確認(rèn)成樁符符合設(shè)計(jì)要求后用用粒狀材料或濕粘粘土封項(xiàng)，然后移移機(jī)繼續(xù)下一根樁樁施工。4．施工順序連連續(xù)施打可能造造成的缺陷是樁徑徑被擠扁或縮頸，，但很少發(fā)生樁完完全斷開；跳打一一般很少發(fā)生已打打樁樁徑被擠小或或縮頸現(xiàn)象，但土土質(zhì)較硬時(shí)，在己己打樁中間補(bǔ)打新新樁時(shí)，已打樁可可能被振斷或振裂裂。在軟土中，樁距較較大可采用隔樁跳跳打；在飽和的松松散粉土中施打，，如樁距較小，不不宜采用隔樁跳打打方案；滿堂布置置，無論樁距大小小，均不宜從四周周向內(nèi)推進(jìn)施工。。施打新樁時(shí)與己己打樁間隔時(shí)間不不應(yīng)少于7天5．混合料坍落度度為避免樁頂頂浮漿過多，混合合料坍落度一般為為3～5cm。6．保護(hù)樁長(zhǎng)所謂保護(hù)樁長(zhǎng)是指指成樁時(shí)預(yù)先設(shè)定定加長(zhǎng)的一段樁長(zhǎng)長(zhǎng)，基礎(chǔ)施工時(shí)將將其剔掉。保護(hù)樁樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，樁的施施工質(zhì)量越容易控控制，但浪費(fèi)的料料也越多。設(shè)計(jì)樁樁頂標(biāo)高離地表距距離不大于1.5m時(shí)，保護(hù)樁長(zhǎng)長(zhǎng)可取50～70cm，上部用土封頂。樁樁頂標(biāo)高離地表距距離較大時(shí)，保護(hù)護(hù)樁長(zhǎng)可設(shè)置70～100cm，上部部用粒狀材料封頂頂直到地表。7．樁頭處理CFG樁施工完完畢待樁體達(dá)到一一定強(qiáng)度(一般為為7天左右)，方方可進(jìn)行基槽開挖挖。在基槽開挖中中，如果設(shè)計(jì)樁頂頂標(biāo)高距地面不深深(一般不大于1.5m)，宜考考慮采用人工開挖挖，不僅可防止對(duì)對(duì)樁體和樁間土產(chǎn)產(chǎn)生不良影響，而而且經(jīng)濟(jì)可行；如如果基槽開挖較深深，開挖面積大，，采用人工開挖不不經(jīng)濟(jì)，可考慮采采用機(jī)械和人工聯(lián)聯(lián)合開挖，但人工工開挖留置厚度一一般不宜小于700㎜。樁頭鑿平，并適當(dāng)當(dāng)高出樁間土1～2cm7復(fù)合地基檢測(cè)及及驗(yàn)收（一）施工質(zhì)量控控制(1)施工監(jiān)測(cè)1)打樁過程中隨隨時(shí)測(cè)量地面是否否發(fā)生隆起，因?yàn)闉閿鄻冻３：偷乇肀砺∑鹣嗦?lián)系。2)打新樁時(shí)對(duì)已已打但尚未結(jié)硬樁樁的樁頂進(jìn)行樁頂頂位移測(cè)量，以估估算樁徑的縮小量量。3)打新樁時(shí)對(duì)已已打并結(jié)硬樁的樁樁頂進(jìn)行樁頂位移移測(cè)量，以判斷是是否斷樁。一般當(dāng)當(dāng)樁頂位移超過10㎜，需開挖進(jìn)進(jìn)行查驗(yàn)。(2)逐樁靜壓對(duì)重要工程或施工工監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)樁頂上上升量較大且樁數(shù)數(shù)較多時(shí)，可對(duì)樁樁進(jìn)行快速靜壓，，將可能斷裂并脫脫開的樁連接起來來。這一技術(shù)在沿沿海地區(qū)稱為“跑跑樁”。這技術(shù)對(duì)對(duì)保證復(fù)合地基中中樁很好地傳遞垂垂直荷載是很有意意義的。需要指出的是，CFG樁斷樁并不不脫開，因此并不不影響復(fù)合地基的的正常使用。(3)靜壓振拔技技術(shù)所謂靜壓壓振拔是指沉管時(shí)時(shí)不啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，，借助樁機(jī)自重將將沉管沉至預(yù)定標(biāo)標(biāo)高，填料后啟動(dòng)動(dòng)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)拔管管。對(duì)飽和軟土采采用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)保保證施工質(zhì)量是有有益的。(4)大直徑預(yù)制制樁尖的采用在在軟土地區(qū)，當(dāng)當(dāng)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)樁端端有可能落在好的的土層上時(shí)，可采采用比通常用的更更大的預(yù)制樁尖，，樁尖的直徑增大大到沉管外徑的1.5～2.0倍，人們稱稱之為“大頭樁尖尖”，其目的是為為了獲得更大的端端阻力。（二）質(zhì)量檢驗(yàn)CFG樁施工結(jié)束束后，應(yīng)間隔一定定時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)質(zhì)量檢驗(yàn)。一般養(yǎng)養(yǎng)護(hù)齡期可取28天。(1)樁間土檢驗(yàn)驗(yàn)樁間土質(zhì)量量檢驗(yàn)可用標(biāo)準(zhǔn)貫貫入、靜力觸探和和鉆孔取樣等試驗(yàn)驗(yàn)對(duì)樁間土進(jìn)行處處理前后的對(duì)比試試驗(yàn)。對(duì)砂性土地地基可采用標(biāo)準(zhǔn)貫貫入或動(dòng)力觸探等等方法檢測(cè)擠密程程度。(2)單樁和復(fù)合合地基檢驗(yàn)可可采用單樁載荷試試驗(yàn)、單樁或多樁樁復(fù)合地基載荷試試驗(yàn)進(jìn)行處理效果果檢驗(yàn)。檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)數(shù)量可按處理面積積大小取2～4點(diǎn)。小結(jié)凡復(fù)合地基中豎向向增強(qiáng)體是由低強(qiáng)強(qiáng)度混凝土形成的的復(fù)合地基，統(tǒng)稱稱為低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)復(fù)合地基。低強(qiáng)度混凝土常常用水泥、石子及及其他摻和料（如如砂、粉煤灰、石石灰等）制成，強(qiáng)強(qiáng)度一般在5～15Mpa范圍內(nèi)內(nèi)。低強(qiáng)度混凝土樁介介于碎石樁和鋼筋筋混凝土樁之間。。與碎石樁相比，，低強(qiáng)度混凝土樁樁樁身具有一定的的剛度，不屬于散散體材料樁。其樁樁體承載力取決于于樁側(cè)摩擦力和樁樁端端承力之和或或樁體材料強(qiáng)度。。當(dāng)樁間土不能提提供較大側(cè)限力時(shí)時(shí)，低強(qiáng)度混凝土土樁復(fù)合地基承載載力高于碎石樁復(fù)復(fù)合地基。與鋼筋筋混凝土樁相比，，樁體強(qiáng)度和剛度度比一般混凝土樁樁小得多。這樣有有利于充分發(fā)揮樁樁體材料的潛力，，降低地基處理費(fèi)費(fèi)用。低強(qiáng)度混凝凝土樁常采用地方方材料，因地制宜宜配制低強(qiáng)度混凝凝土。如中國(guó)建筑科學(xué)院院地基所開發(fā)的水水泥粉煤灰碎石樁樁（CFG樁）復(fù)復(fù)合地基、浙江省省建筑科研所等單單位開發(fā)的低強(qiáng)度度水泥砂石樁復(fù)合合地基、浙江大學(xué)學(xué)巖土工程所開發(fā)發(fā)的二灰混凝土樁樁地基等，均屬于于低強(qiáng)度混凝土樁樁復(fù)合地基法。多元復(fù)合地基近十多年來，地基基處理技術(shù)得到很很大的發(fā)展。這不不僅反映在機(jī)械、、材料、設(shè)計(jì)理論論、施工工藝、現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及地地基處理新方法的的不斷涌現(xiàn)等方面面，而且反映在多多種地基處理方法法的綜合應(yīng)用方面面。鑒于豎向增強(qiáng)體復(fù)復(fù)合地基中的三種種類型樁(即散體體材料樁、柔性樁樁和剛性樁)的承承載能力和變形特特性不同，且由于于每種地基處理方方法都不是萬能的的，每種地基處理理方法都有其適用用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，，可將豎向