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(jì)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(jiǎn)稱，由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌合，用振動(dòng)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(jí)配，粉煤灰具有細(xì)骨料和低標(biāo)號(hào)水泥作用。通過(guò)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(lái)的，屬?gòu)?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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(jí)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(lái)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(gè)最佳值，過(guò)大或過(guò)小對(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)，混合料要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比配備，攪拌時(shí)間不少于1min，碎石和石屑含雜質(zhì)不超過(guò)5%。長(zhǎng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，只有置換作用。CFG樁與碎石樁的差別之一在于CFG樁可全長(zhǎng)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褥墊與CFG樁的共同作用

褥墊由散體材料組成，可提供向上貫入的條件來(lái)調(diào)整樁土應(yīng)力比，實(shí)現(xiàn)樁土協(xié)調(diào)變形。CFG樁褥墊有如下幾種作用：保證樁、土共同承擔(dān)荷載在樁基中，當(dāng)承臺(tái)承受豎向荷載時(shí)，對(duì)摩擦樁，承臺(tái)產(chǎn)生沉降，使樁間土發(fā)揮一定的承載能力，且變形越大，樁距越大，作用越明顯，但與樁間土承載能力相比，所占比例很??；對(duì)端承樁，承臺(tái)沉降變形一般很小，樁間土承載能力很難發(fā)揮。CFG復(fù)合地基的設(shè)計(jì)原則是充分利用樁間土的垂直和水平承載能力。由于CFG樁復(fù)合地基的置換率一般不大于10%，其余不小于90%的基底面積為樁間土，總荷載扣除樁間土承擔(dān)的荷載后就是CFG樁應(yīng)承擔(dān)的荷載。顯然，遵循這一設(shè)計(jì)原則，可大量減少樁的數(shù)量，再加上CFG樁不消耗鋼筋，樁體利用工業(yè)廢料和石屑作為摻合料，水泥用量少，可大大降低工程造價(jià)。減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中根據(jù)實(shí)測(cè)的樁土應(yīng)力比ｎ與褥墊層厚度ΔH的變化關(guān)系，當(dāng)褥層厚度很小時(shí)，樁對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生應(yīng)力集中。但當(dāng)褥墊厚度大于10cm時(shí)，應(yīng)力集中明顯降低(樁土應(yīng)力比約為6)，當(dāng)褥墊層厚度為30cm時(shí)，樁土應(yīng)力比降為1.23。褥墊厚度可調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比由有關(guān)試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果，當(dāng)荷載一定時(shí)，褥墊越厚土承擔(dān)的荷載越多；褥墊厚度一定時(shí)，荷載越大，樁承擔(dān)的荷載所占比例增大。褥墊層厚度可以調(diào)整樁、土水平荷載分擔(dān)比有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，褥墊厚度越大，樁頂水平位移越小，當(dāng)褥墊厚度不小于10cm時(shí)，樁體不會(huì)發(fā)生水平折斷。3.3CFG樁荷載傳遞特征

樁基中，樁頂以下樁各部位的位移都大于相應(yīng)部位土的位移，樁側(cè)土體對(duì)樁產(chǎn)生與樁位移相反方向的側(cè)阻力，即正摩擦力。樁的最大軸力發(fā)生在樁的頂部。CFG樁復(fù)合地基則不同，任一荷載下樁頂?shù)某两怠堕g土表面以及基礎(chǔ)的沉降均不相同。在某一深度Z0范圍內(nèi)，土的位移大于樁的位移。土對(duì)樁產(chǎn)生的摩擦力方向與樁沉降方向一致，即所謂的負(fù)摩擦力。Z0處樁的位移和土的位移相等，該斷面所處位置為中性點(diǎn)。當(dāng)Z〉Z0時(shí)，樁的位移大于土的位移，土對(duì)樁產(chǎn)生的是正摩阻力。由于褥墊層的設(shè)置．無(wú)論樁端落在軟土層還是硬土層。從加荷一開始就存在一個(gè)負(fù)摩擦區(qū)。在樁基中，負(fù)摩擦對(duì)樁的承載能力會(huì)產(chǎn)生不利的影響，而在CFG樁復(fù)合地基中，土對(duì)樁的負(fù)摩擦作用對(duì)復(fù)合地基并非有害．它對(duì)提高樁間土的承載力，減少?gòu)?fù)合地基的沉降變形起著有益的作用。3.4CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)內(nèi)容CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括樁徑、樁距、樁長(zhǎng)、承載力計(jì)算、變形計(jì)算和褥墊厚度。⑴樁徑一般樁徑為350～600mm，由施工設(shè)備的樁管決定。CFG樁常采用振動(dòng)沉管法施工。⑵樁距樁距的大小取決于設(shè)計(jì)要求的地基承載力、布樁形式、土質(zhì)與施工機(jī)具等，但還要考慮到施工的可行性。⑶復(fù)合地基承載力

β—樁間土強(qiáng)度折減系數(shù)，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取β=0.75～0.95。⑷單樁承載力CFG樁單樁承載力可按以下方式確定：①由單樁靜載試驗(yàn)確定：Ra=Ru/k②計(jì)算確定，按下式估算：

⑸褥層厚度一般取15～30cm為宜。⑹沉降閘計(jì)算復(fù)合地千基總沉敗降量分駕為加固劍區(qū)的沉個(gè)降和未額加固區(qū)剪的沉降賢.未加固鳳區(qū)的沉汽降—媽分層總侮和法加固區(qū)懲的沉降殊—烤應(yīng)執(zhí)力修正燦法(沉恭降折減煎法)復(fù)合模量抓法樁身壓縮盞量法4.CF仗G樁施工4.1軍CF籃G樁施還工工藝慶概述CFG孔樁復(fù)合緞地基于抄198嫌8年提世出并用優(yōu)于工程景實(shí)踐濃，首缺先選用譽(yù)的是振奮動(dòng)沉管捏施工工膜藝，這村是因?yàn)榘墩駝?dòng)沉應(yīng)管打樁攏機(jī)在我濤國(guó)擁有差量較多賞，分布隙也較廣怒。90年侮代末期礙，中國(guó)盾建科院隆研制了醒專門用泛于打設(shè)叉CFG糧樁的長(zhǎng)攝螺旋鉆圓管內(nèi)泵眼壓CF晉G樁施頃工設(shè)備澆。目前，牧用于工丹程實(shí)踐激的設(shè)備務(wù)和工藝罩有：振動(dòng)沉嚇管施工怎工藝長(zhǎng)螺旋制鉆管內(nèi)是泵壓CFG樁施工卵工藝長(zhǎng)螺旋鉆蓋孔灌注樁受施工工藝人工或咱機(jī)械洛召陽(yáng)鏟成炭樁工藝泥漿護(hù)壁鼠鉆孔灌注鞭樁施工工仿藝4.2圓振動(dòng)沉管遲施工工藝施工準(zhǔn)熄備施工前應(yīng)輪具備的資乓料和條件:⑴場(chǎng)地工遼程地質(zhì)圖勘察報(bào)摧告;⑵CFG樁布樁柏圖。應(yīng)你注明樁川位編號(hào)順、設(shè)計(jì)晌說(shuō)明和臣施工說(shuō)耽明。⑶場(chǎng)地鄰勤近的高艦壓電纜義、地下各管線、慘地下構(gòu)炭筑物和點(diǎn)障礙物幫等調(diào)查少資料。⑷場(chǎng)地的蒙水準(zhǔn)控侵制點(diǎn)和何線路控瞇制坐標(biāo)熔。施工技術(shù)居措施：⑴確定票施工機(jī)白具和配兩套設(shè)備鼻；⑵制定材渴料供應(yīng)計(jì)洞劃。標(biāo)明沸所用材料蛙的規(guī)格、棋技術(shù)要求諒和數(shù)量；⑶進(jìn)行試獸成孔，復(fù)宗核地質(zhì)資項(xiàng)料以及設(shè)刺備、工藝頂?shù)倪m用性你，核定或仁調(diào)整技術(shù)靠參數(shù)；⑷按施輪工平面舌圖放好批樁位；⑸確定掘施打順本序；⑹復(fù)核測(cè)判量基線、泊水準(zhǔn)點(diǎn)及我樁的軸線劫定位點(diǎn)，吐檢查場(chǎng)地扣所設(shè)的水融準(zhǔn)點(diǎn)是否必受施工影然響；⑺打樁機(jī)逐沉管表面股應(yīng)有明顯鑼的進(jìn)尺標(biāo)忌記。施工流程(1)沉管：①根據(jù)設(shè)半計(jì)樁長(zhǎng)病、成管熟入土深甜度確定蹤蝶機(jī)架高臉度和沉脈管長(zhǎng)度得，并進(jìn)睬行設(shè)備麻組裝；②樁機(jī)就位漲，樁管保數(shù)持垂直，炒垂直度偏臨差不大于1%；③若采用千預(yù)制鋼貸筋砼樁愁尖，需胞埋入地仇表以下300紙mm左右；擠④開始沉趟管。啟突動(dòng)馬達(dá)螞，沉管適到預(yù)定燃標(biāo)高、追停機(jī)。⑤記錄激巡壽振電流震變化情產(chǎn)況。一秀般可1m記錄一次諒。(3)草拔管：妹①拔管前傾，應(yīng)在原夫位留振約落10s再頸振動(dòng)拔管懼。②控制拔謹(jǐn)管速度，佳一般1.憂2～1.尊5m/m供in較合啄適。拔管禽過(guò)快易造粉成局部縮投頸或斷樁柏；拔管太競(jìng)慢、振動(dòng)放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)趟，會(huì)使樁袍頂浮漿增帖厚，易使料混合料離紋析。(2)壘投料：毀沉管至設(shè)馬計(jì)標(biāo)高后稈須盡快投屬料，直到盤管內(nèi)混合哪料與鋼管凳投料口齊完。若投料疫量不夠，貧應(yīng)在拔管仔過(guò)程中空踐中投料，名以保證成宰樁樁頂標(biāo)蒙高滿足設(shè)坦計(jì)要求。(3)拔激管：①拔管前惑，啟動(dòng)馬欣達(dá)在原位萍留振約5斧-10s賽再拔管。②控制拔忠管速度，惹一般1.噸2～1.立5m/m今in較合采適。拔管染過(guò)快易造傾成局部縮勵(lì)頸或斷樁雪；拔管太姥慢、振動(dòng)煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)斃，會(huì)使樁失頂浮漿增歡厚，易使匪混合料離共析。⑷沉管拔媽出地面，傳確認(rèn)成樁碧符合設(shè)計(jì)化要求后，此用粒狀材穩(wěn)料或濕粘磚性土封頂厘。⑸施工過(guò)嘗程中，抽輩樣做混合廳料試塊，嫂一般一個(gè)津臺(tái)班一組相，尺寸1脹50mm畜×150養(yǎng)mm×1旱50mm傍,并測(cè)定欲28天劈燕抗壓強(qiáng)期度。施工常盲見問題席及對(duì)策施工常見胡問題⑴施工擾動(dòng)娃對(duì)土強(qiáng)度誦的影響根據(jù)振動(dòng)餐沉管成樁屠工藝對(duì)土桑密實(shí)性的易影響，可俊將地基土齡分為三類盾：擠密效果為好的土：松散淡填土、墻粉土、局砂土等砍；可擠密的帥土：塑性指賭數(shù)不大望的松散辦的粉質(zhì)革粘土和非飽和致粘性土購(gòu)；擠密效果悔差的土：塑性指數(shù)辰高的飽和系軟粘土和死淤泥質(zhì)土。土的密實(shí)慚度對(duì)土的莫擠密性影丘響很大：密實(shí)的炮砂土或科粉土，斑產(chǎn)生剪哪脹，由杠密變松脂。松散的謀砂土或滔粉土，載孔隙減揪小，由價(jià)松變密幟。⑵縮徑和弦斷樁在飽壺和軟土拔中施工攪施工時(shí)原，在地異基土中崇將產(chǎn)生節(jié)超孔隙余水壓力車，沿水透平方向瓜衰減較勾快。當(dāng)訪采用連劫打作業(yè)訪時(shí)，孔且隙水壓僵力來(lái)不洋及消散賴，對(duì)鄰鍵樁產(chǎn)生勝擠壓，萌使得已低打樁被苗擠成橢專圓形或煉不規(guī)則倡形，嚴(yán)陪重的會(huì)宇產(chǎn)生縮駝徑和斷義樁。在上部有京較硬的土紗層或中間餓夾有硬土例層的土中摟成樁，施膛工產(chǎn)生的笨振動(dòng)力較露大，鄰樁陰易出現(xiàn)振堵動(dòng)破壞。菠采用隔樁命跳打工藝斥，若已打榆樁結(jié)硬但頸強(qiáng)度不高怨，在中間柜補(bǔ)打新樁業(yè)時(shí)，已打摘樁有時(shí)會(huì)抄被振裂。⑶樁體強(qiáng)削度不均樁機(jī)卷溉揚(yáng)機(jī)提喜升沉管酒速度太騰快，為圣控制平諷均速度凡，提升森—留振縮徑、斷鳴樁翼離析賓樁身強(qiáng)乖度不均⑷樁料仍與土的藝混合采用活挺瓣樁靴袍成樁，揉當(dāng)樁靴揪開口打謊開的寬媽度不夠到，混合宗料下落嫁不充分倒樁端與葉接觸不漏密實(shí)或占樁端較碧小。若采用反啦插法，樁對(duì)管垂直度丈難保證，海樁身易摻棕土。對(duì)策1、控制帖拔管速度太快孝縮徑陶、斷樁太慢晝混合表料離析陣，樁頂金浮漿多現(xiàn)場(chǎng)試錘驗(yàn)：沉推管φ?qǐng)A377尿mm，鑒投料量誓1.8野m31.2m泉/min洗開挖樁徑潔380m合m2.5類m/m婚in趁開倡挖樁徑勻360茫mm0.8犯m/m圍in版樁頂浮幣漿多，鬧樁身強(qiáng)楚度低合理的拔戰(zhàn)管速度：狐1.2蔥—1.5虜m/mi襯n注意：落拔管速顧度指線錦速度，碎不是平掉均速度題。除啟動(dòng)太后5-漁10s壘，拔美管過(guò)程聾中不再聾留振，不民得反插陪。若樁機(jī)卷寄揚(yáng)速度較隔快，可增拉加卷?yè)P(yáng)系碼統(tǒng)中動(dòng)滑避輪數(shù)量或利通過(guò)電動(dòng)徒機(jī)-減速想箱系統(tǒng)調(diào)房誠(chéng)整。2、合狠理布置號(hào)樁距樁距的麻確定需芒要考慮營(yíng)以下因監(jiān)素：承載力、奶沉降；施辜工影響；仇經(jīng)濟(jì)性⑴試驗(yàn)表課明，其它持條件相同某時(shí)，樁距崖越小，復(fù)麥合地基承歇載力越高閱；當(dāng)樁距移＜4d，寬提高幅度嘗不明顯。爺故，從樁恐土作用考徑慮，樁距弦一般≥4售d。⑵擠密莊效果好椒的土，鞭施工振槽動(dòng)使土基體密度漸增加，狹場(chǎng)地下昏沉;不愛可擠密右土,地董表隆起羊,樁距起越小，僚隆起量振越大。截樁距越海大，施觀工質(zhì)量層越容易姓控制。3、確蝕定施打牧順序連續(xù)施打間隔跳夏打在確定施給打順序時(shí)項(xiàng)，要考慮岡土性和樁囑距。軟土中周，樁距鼠較大，宋可采用筑隔樁跳軍打；在本飽和松欺散粉土場(chǎng)、粉砂覽中施工穗，若樁勞距小，儀不宜采拍用隔樁懼跳打。脹松叉密膚，加大血沉管難嚷度和易安形成斷僑樁。對(duì)大面積鋸布樁，采逝用由中心憶向外或一瘡邊向一邊傷推進(jìn)的施乘工順序，披不應(yīng)由外報(bào)向中心推禿進(jìn)土體隆炕起、斷患樁4、混合導(dǎo)料坍落度坍落度然過(guò)己大，樁頂陰浮漿多，奏樁身強(qiáng)度仙降低過(guò)小，和叉易性差混合料貍坍落度匙控制在辭3—5脫cm，纏和易性泄好，拔狂管速度演合理，衛(wèi)浮漿可促控制在梅10c略m，質(zhì)肉量容易暈保證。施工質(zhì)量闖控制措施⑴施工前疏的工藝試治驗(yàn)?zāi)康?眉施救打順序貍和樁距定能否保波證樁身酬質(zhì)量.方法：喘在樁頂偏表面埋刃設(shè)標(biāo)桿篩，觀測(cè)喘樁頂位渴移量。內(nèi)容：新打樁對(duì)燒未結(jié)硬已厲打樁的影錢