CFG樁復(fù)合地基原理與施工技術(shù)講義講稿

CFG樁復(fù)合地基原理與施工技術(shù)CFG樁復(fù)合地基概述樁體材料及有關(guān)參數(shù)加固機(jī)理及設(shè)計CFG樁施工

1.CFG樁復(fù)合地基概述CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁(CementFlyashGravelPile)的簡稱，由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌合，用振動沉管打樁機(jī)或其它成樁機(jī)具制成的一種具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁。樁體主體材料為碎石，石屑為中等粒徑骨料，可改善級配，粉煤灰具有細(xì)骨料和低標(biāo)號水泥作用。通過調(diào)整水泥摻量和配合比，樁體強(qiáng)度可在C5～C20之間變化，一般為C5～C10。CFG樁是在碎石樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，屬復(fù)合地基剛性樁。復(fù)合地基根據(jù)材料特性可分為：

散體材料樁復(fù)合地基——樁周土強(qiáng)度柔性樁復(fù)合地基——樁周土強(qiáng)度、樁身材料強(qiáng)度剛性樁復(fù)合地基——樁周土強(qiáng)度CFG樁由于自身具有一定的粘結(jié)性，故可在全長范圍內(nèi)受力，能充分發(fā)揮樁周摩阻力和端承力，樁土應(yīng)力比高一般為10～40。復(fù)合地基承載力的提高幅度較大，并有沉降小，穩(wěn)定快的特點(diǎn)。CFG樁可用于加固填土、飽和及非飽和粘性土、松散的砂土、粉土等。對塑性指數(shù)高的飽和軟粘土使用要慎重。

2.樁體材料及有關(guān)參數(shù)

CFG樁由碎石、粉煤灰、水泥、石屑加水拌和形成。各種材料之間的配合比對混合料的強(qiáng)度及和易性有很大影響。一般水泥采用32.5Mpa普通水泥，碎石粒徑20～50mm,石屑粒徑2.5～10mm,混合料密度2.1～2.2t/m3。石屑摻量的影響碎石料之間一般為點(diǎn)接觸，接觸比表面積小，樁體抗剪強(qiáng)度較低。在碎石料中摻入中等粒度的石屑后，可改善級配，增大接觸比表面積，提高樁體的抗剪強(qiáng)度。石屑的摻量可用石屑率S來表示：G1、G2—單位立方混合料中石屑和碎石的質(zhì)量。

根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料，在相同水灰比(W/C)和粉煤灰水泥之比(F/C)條件下，石屑率S與坍落度和強(qiáng)度之間的關(guān)系，石屑率都存在一個最佳值，過大或過小對坍落度和強(qiáng)度都不利。兩者的最佳值比較接近，都在25%～30%范圍內(nèi)。不同水泥、粉煤灰摻量的影響對某一石屑率，不同水泥、粉煤灰摻量得出的混合料的立方抗壓強(qiáng)度與水灰比W/C成反比。當(dāng)石屑摻量為最佳石屑率時，控制混合料坍落度為30mm，根據(jù)不同水泥、粉煤灰摻量的配合比實(shí)驗(yàn)，如果增加粉煤灰的摻量，為了保證30mm的坍落度，混合料的需水量得增加；反之，需水量得減小。施工時，混合料要嚴(yán)格按設(shè)計配合比配備，攪拌時間不少于1min，碎石和石屑含雜質(zhì)不超過5%。長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度宜為160～200mm,振動沉管灌注樁施工的坍落度宜為30～50mm。

3.加固機(jī)理

3.1一般原理CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理包括置換作用和擠密作用，其中以置換作用為主。當(dāng)CFG樁用于擠密效果好的土層時，既有置換作用，又有擠密作用，當(dāng)用于擠密效果差的土層時，只有置換作用。CFG樁與碎石樁的差別之一在于CFG樁可全長受力，樁土應(yīng)力比大，而且具有很大的可調(diào)性，在軟土中可高達(dá)100左右。CFG復(fù)合地基中由樁承擔(dān)的荷載一般為40%～75%，提高承載力的幅度可達(dá)4倍或更高。3.2褥墊墊與CFG樁樁的共同作用用褥墊由散體材材料組成，可可提供向上貫貫入的條件來來調(diào)整樁土應(yīng)應(yīng)力比，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)樁土協(xié)調(diào)變變形。CFG樁褥墊墊有如下幾種種作用：保證樁、土共共同承擔(dān)荷載載在樁基中，當(dāng)當(dāng)承臺承受豎豎向荷載時，，對摩擦樁，，承臺產(chǎn)生沉沉降，使樁間間土發(fā)揮一定定的承載能力力，且變形越越大，樁距越越大，作用越越明顯，但與與樁間土承載載能力相比，，所占比例很很??；對端承承樁，承臺沉沉降變形一般般很小，樁間間土承載能力力很難發(fā)揮。。CFG復(fù)合地地基的設(shè)計原原則是充分利利用樁間土的的垂直和水平平承載能力。。由于CFG樁復(fù)合地基基的置換率一一般不大于10%，其余余不小于90%的基底面面積為樁間土土，總荷載扣扣除樁間土承承擔(dān)的荷載后后就是CFG樁應(yīng)承擔(dān)的的荷載。顯然然，遵循這一一設(shè)計原則，，可大量減少少樁的數(shù)量，，再加上CFG樁不消耗耗鋼筋，樁體體利用工業(yè)廢廢料和石屑作作為摻合料，，水泥用量少少，可大大降降低工程造價價。減少基礎(chǔ)底面面的應(yīng)力集中中根據(jù)實(shí)測的樁樁土應(yīng)力比ｎｎ與褥墊層厚厚度ΔH的變化關(guān)系系，當(dāng)褥層層厚度很小小時，樁對對基礎(chǔ)底面面產(chǎn)生應(yīng)力力集中。但但當(dāng)褥墊厚厚度大于10cm時，應(yīng)力集集中明顯降降低(樁土應(yīng)力比比約為6)，當(dāng)褥墊層層厚度為30cm時，樁土應(yīng)應(yīng)力比降為為1.23。褥墊厚度可可調(diào)整樁土土荷載分擔(dān)擔(dān)比由有關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)測得的結(jié)結(jié)果，當(dāng)荷荷載一定時時，褥墊越越厚土承擔(dān)擔(dān)的荷載越越多；褥墊墊厚度一定定時，荷載載越大，樁樁承擔(dān)的荷荷載所占比比例增大。。褥墊層厚度度可以調(diào)整整樁、土水水平荷載分分擔(dān)比有有關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)表明，褥褥墊厚度越越大，樁頂頂水平位移移越小，當(dāng)當(dāng)褥墊厚度度不小于10cm時，樁體不不會發(fā)生水平折斷斷。3.3CFG樁荷荷載傳遞特特征樁基中，樁樁頂以下樁樁各部位的的位移都大大于相應(yīng)部部位土的位位移，樁側(cè)側(cè)土體對樁樁產(chǎn)生與樁樁位移相反反方向的側(cè)側(cè)阻力，即即正摩擦力力。樁的最最大軸力發(fā)發(fā)生在樁的的頂部。CFG樁復(fù)復(fù)合地基則則不同，任任一荷載下下樁頂?shù)某脸两怠堕g間土表面以以及基礎(chǔ)的的沉降均不不相同。在某一深度度Z0范圍內(nèi)，土土的位移大大于樁的位位移。土對對樁產(chǎn)生的的摩擦力方方向與樁沉沉降方向一一致，即所所謂的負(fù)摩摩擦力。Z0處樁的位移移和土的位位移相等，，該斷面所所處位置為為中性點(diǎn)。。當(dāng)Z〉Z0時，樁的位位移大于土土的位移，，土對樁產(chǎn)產(chǎn)生的是正正摩阻力。。由于褥墊層層的設(shè)置．．無論樁端端落在軟土土層還是硬硬土層。從從加荷一開開始就存在在一個負(fù)摩摩擦區(qū)。在在樁基中，，負(fù)摩擦對對樁的承載載能力會產(chǎn)產(chǎn)生不利的的影響，而而在CFG樁復(fù)合地地基中，土土對樁的負(fù)負(fù)摩擦作用用對復(fù)合地地基并非有有害．它對對提高樁間間土的承載載力，減少少復(fù)合地基基的沉降變變形起著有有益的作用用。3.4CFG樁復(fù)復(fù)合地基設(shè)設(shè)計一、設(shè)計內(nèi)內(nèi)容CFG樁復(fù)復(fù)合地基的的設(shè)計內(nèi)容容包括樁徑徑、樁距、、樁長、承承載力計算算、變形計計算和褥墊墊厚度。⑴樁徑一般樁徑為為350～～600mm，由施施工設(shè)備的的樁管決定定。CFG樁常采用用振動沉管管法施工。。⑵樁距樁距的大小小取決于設(shè)設(shè)計要求的的地基承載載力、布樁樁形式、土土質(zhì)與施工工機(jī)具等，，但還要考考慮到施工工的可可行性。⑶復(fù)合地地基承載力力β—樁間土土強(qiáng)度折減減系數(shù)，無無經(jīng)驗(yàn)時可可取β=0.75～0.95。⑷單樁承承載力CFG樁單單樁承載力力可按以下下方式確定定：①由單樁靜靜載試驗(yàn)確確定：Ra=Ru/k②計算確定定，按下式式估算：⑸褥層厚厚度一般取15～30cm為宜。。⑹沉降計計算復(fù)合地基總總沉降量分分為加固區(qū)區(qū)的沉降和和未加固區(qū)區(qū)的沉降.未加固區(qū)的的沉降—分分層總和和法加固區(qū)的沉沉降—應(yīng)應(yīng)力力修正法(沉降折減減法)復(fù)合模量法法樁身壓縮量量法4.CFG樁施工4.1CFG樁施施工工藝概概述CFG樁復(fù)復(fù)合地基于于1988年提出并并用于工程程實(shí)踐，，首先選選用的是振振動沉管施施工工藝，，這是因?yàn)闉檎駝映凉芄艽驑稒C(jī)在在我國擁有有量較多，，分布也較較廣。90年代末末期，中國國建科院研研制了專門門用于打設(shè)設(shè)CFG樁樁的長螺旋旋鉆管內(nèi)泵泵壓CFG樁施工設(shè)設(shè)備。目前，用于于工程實(shí)踐踐的設(shè)備和和工藝有：：振動沉管施施工工藝長螺旋鉆管管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝藝長螺旋鉆孔孔灌注樁施施工工藝人工或機(jī)械械洛陽鏟成成樁工藝泥漿護(hù)壁鉆鉆孔灌注樁樁施工工藝藝4.2振振動沉管施施工工藝施工準(zhǔn)備施工前應(yīng)具具備的資料料和條件:⑴場地工程地地質(zhì)勘察報報告;⑵CFG樁布樁圖。。應(yīng)注明樁樁位編號、、設(shè)計說明明和施工說說明。⑶場地鄰近的的高壓電纜纜、地下管管線、地下下構(gòu)筑物和和障礙物等等調(diào)查資料料。⑷場地的水準(zhǔn)準(zhǔn)控制點(diǎn)和和線路控制制坐標(biāo)。施工技術(shù)措措施：⑴確定施工工機(jī)具和配配套設(shè)備；；⑵制定材料料供應(yīng)計劃劃。標(biāo)明所所用材料的的規(guī)格、技技術(shù)要求和和數(shù)量；⑶進(jìn)行試成成孔，復(fù)核核地質(zhì)資料料以及設(shè)備備、工藝的的適用性，，核定或調(diào)調(diào)整技術(shù)參參數(shù)；⑷按施工平平面圖放好好樁位；⑸確定施打打順序；⑹復(fù)核測量量基線、水水準(zhǔn)點(diǎn)及樁樁的軸線定定位點(diǎn)，檢檢查場地所所設(shè)的水準(zhǔn)準(zhǔn)點(diǎn)是否受受施工影響響；⑺打樁機(jī)沉沉管表面應(yīng)應(yīng)有明顯的的進(jìn)尺標(biāo)記記。施工流程(1)沉管：①根據(jù)設(shè)計樁樁長、成管管入土深度度確定機(jī)架架高度和沉沉管長度，，并進(jìn)行設(shè)設(shè)備組裝；；②樁機(jī)就位，，樁管保持持垂直，垂垂直度偏差差不大于1%；③若采用預(yù)制制鋼筋砼樁樁尖，需埋埋入地表以以下300mm左右；④開始沉管。。啟動馬達(dá)達(dá)，沉管到到預(yù)定標(biāo)高高、停機(jī)。。⑤記錄激振電電流變化情情況。一般般可1m記錄一次。。(3)拔管管：①拔管前，，應(yīng)在原位位留振約10s再振振動拔管。。②控制拔管管速度，一一般1.2～1.5m/min較合適適。拔管過過快易造成成局部縮頸頸或斷樁；；拔管太慢慢、振動時時間過長，，會使樁頂頂浮漿增厚厚，易使混混合料離析析。(2)投料料：沉管至設(shè)計計標(biāo)高后須須盡快投料料，直到管管內(nèi)混合料料與鋼管投投料口齊。。若投料量量不夠，應(yīng)應(yīng)在拔管過過程中空中中投料，以以保證成樁樁樁頂標(biāo)高高滿足設(shè)計計要求。(3)拔管管：①拔管前，，啟動馬達(dá)達(dá)在原位留留振約5-10s再再拔管。②控制拔管管速度，一一般1.2～1.5m/min較合適適。拔管過過快易造成成局部縮頸頸或斷樁；；拔管太慢慢、振動時時間過長，，會使樁頂頂浮漿增厚厚，易使混混合料離析析。⑷沉管拔出出地面，確確認(rèn)成樁符符合設(shè)計要要求后，用用粒狀材料料或濕粘性性土封頂。。⑸施工過程程中，抽樣樣做混合料料試塊，一一般一個臺臺班一組，，尺寸150mm××150mm×150mm,并測定28天抗壓強(qiáng)強(qiáng)度。施工常見問問題及對策策施工常見問問題⑴施工擾動對對土強(qiáng)度的的影響根據(jù)振動沉沉管成樁工工藝對土密密實(shí)性的影影響，可將將地基土分分為三類：：擠密效果好好的土：松散填土土、粉土、、砂土等；；可擠密的土土：塑性指數(shù)不不大的松散散的粉質(zhì)粘粘土和非飽和粘性性土；擠密效果差差的土：塑性指數(shù)高高的飽和軟軟粘土和淤淤泥質(zhì)土。土的密實(shí)度度對土的擠擠密性影響響很大：密實(shí)的砂土土或粉土，，產(chǎn)生剪脹脹，由密變變松。松散的砂土土或粉土，，孔隙減小小，由松變變密。⑵縮徑和斷斷樁在飽和軟軟土中施工工施工時，，在地基土土中將產(chǎn)生生超孔隙水水壓力，沿沿水平方向向衰減較快快。當(dāng)采用用連打作業(yè)業(yè)時，孔隙隙水壓力來來不及消散散，對鄰樁樁產(chǎn)生擠壓壓，使得已已打樁被擠擠成橢圓形形或不規(guī)則則形，嚴(yán)重重的會產(chǎn)生生縮徑和斷斷樁。在上部有較較硬的土層層或中間夾夾有硬土層層的土中成成樁，施工工產(chǎn)生的振振動力較大大，鄰樁易易出現(xiàn)振動動破壞。采采用隔樁跳跳打工藝，，若已打樁樁結(jié)硬但強(qiáng)強(qiáng)度不高，，在中間補(bǔ)補(bǔ)打新樁時時，已打樁樁有時會被被振裂。⑶樁體強(qiáng)度度不均樁機(jī)卷揚(yáng)機(jī)機(jī)提升沉管管速度太快快，為控制制平均速度度，提升——留振縮徑、斷樁樁離離析樁樁身強(qiáng)度度不均⑷樁料與土土的混合采用活瓣樁樁靴成樁，，當(dāng)樁靴開開口打開的的寬度不夠夠，混合料料下落不充充分樁樁端與接觸觸不密實(shí)或或樁端較小小。若采用反插插法，樁管管垂直度難難保證，樁樁身易摻土土。對策1、控制拔拔管速度太快縮縮徑、、斷樁太慢混混合料料離析，樁樁頂浮漿多多現(xiàn)場試驗(yàn)：：沉管φ377mm，投料料量1.8m31.2m/min開開挖樁徑380mm2.5m/min開開挖挖樁徑360mm0.8m/min樁樁頂浮漿多多，樁身強(qiáng)強(qiáng)度低合理的拔管管速度：1.2——1.5m/min注意：拔管管速度指線線速度，不不是平均速速度。除啟動后5-10s，拔管管過程中不不再留振，不得反反插。若樁機(jī)卷揚(yáng)揚(yáng)速度較快快，可增加加卷揚(yáng)系統(tǒng)統(tǒng)中動滑輪輪數(shù)量或通通過電動機(jī)機(jī)-減速箱箱系統(tǒng)調(diào)整整。2、合理布置置樁距樁距的確定需需要考慮以下下因素：承載力、沉降降；施工影響響；經(jīng)濟(jì)性⑴試驗(yàn)表明，，其它條件相相同時，樁距距越小，復(fù)合合地基承載力力越高；當(dāng)樁樁距＜4d，，提高幅度不不明顯。故，，從樁土作用用考慮，樁距距一般≥4d。⑵擠密效果好好的土，施工工振動使土體體密度增加，，場地下沉;不可擠密土土,地表隆起起,樁距越小小，隆起量越越大。樁距越越大，施工質(zhì)質(zhì)量越容易控控制。3、確定施打打順序連續(xù)施打間隔跳打在確定施打順順序時，要考考慮土性和樁樁距。軟土中，樁距距較大，可采采用隔樁跳打打；在飽和松松散粉土、粉粉砂中施工，，若樁距小，，不宜采用隔隔樁跳打。松松密密，加大沉管管難度和易形形成斷樁。對大面積布樁樁，采用由中中心向外或一一邊向一邊推推進(jìn)的施工順順序，不應(yīng)由由外向中心推推進(jìn)土體隆起、斷斷樁4、混合料坍坍落度坍落度過過大，樁樁頂浮漿多，，樁身強(qiáng)度降降低過小，和易性性差混合料坍落度度控制在3——5cm，和和易性好，拔拔管速度合理理，浮漿可控控制在10cm，質(zhì)量容