結(jié)合工程實(shí)例探討CFG樁加固軟土路基的機(jī)理[權(quán)威資料]

結(jié)合工程實(shí)例探討 CFG 樁加固軟土路基的機(jī)理 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：作為鐵路工程的基本載體，路基施工成為工程施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文結(jié)合工程實(shí)例，闡述了 CFG 樁地基加固方案，對其施工工藝進(jìn)行了歸納總結(jié)，論述了 CFG 樁加固機(jī)理及施工要點(diǎn)，僅供同行參考。 關(guān) 鍵 詞：軟基處理 CFG 樁施工 U213.1 A Pick to: as a basic carrier of railway engineering, subgrade construction engineering construction of the key link become. Combined with engineering examples, this paper expounds CFG pile foundation reinforcement scheme, its construction process has summarized, and discusses the reinforcement mechanism and CFG pile construction points, only for reference to fellow. Close key words: soft foundation treatment CFG pile construction 在安全可靠、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)原則下，路基的設(shè)計(jì)與施工更注重于滿足舒適度要求，滿足高平順、少維修的要求，滿足動力性能和環(huán)保、防災(zāi)等多方面的要求。我國地域廣闊，軟弱地基類別多、分布廣，在工程建設(shè)中存在大量的軟土地基加固問題。如何快速有效地 加固軟土地基是鐵路建設(shè)工程中不可避免的重點(diǎn)問題?，F(xiàn)結(jié)合筆者參與具體工程實(shí)例，闡述應(yīng)用 CFG 樁加固軟土地基的方法。 1 工程概況 某鐵路工程地處三角洲沖積平原，沿線河涌縱橫，魚塘較多，地形起伏平緩，地勢平坦，局部覆蓋層土質(zhì)松軟，軟土層厚度不均，飽和砂土可液化，軟土層易震陷。由于設(shè)計(jì)要求工后沉降量應(yīng)小于 10cm，故在橋頭引道路段及部分輔道路段采用深層處理方案，對原有地基進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。根據(jù)地質(zhì)詳勘資料，對淤泥質(zhì)粉砂、淤泥質(zhì)土和淤泥質(zhì)粘土等軟土路段，且埋置深度在 12-20m 時(shí)，采用 CFG 樁復(fù)合地基 處理方案，樁體透軟土層并進(jìn)入持力層不小于 1m。樁體采用正方形布置，樁徑 0.50m，設(shè)計(jì)樁長為 14m 18m，樁間距 2.0m。樁頂設(shè)置 45cm 碎石墊層，碎石采用級配碎石，直徑不宜大于2cm。設(shè)計(jì)樁身的 28d 齡期立方體抗壓強(qiáng)度不小于 12MPa，為增加排水通道，部分路段將在 CFG 樁間設(shè)置袋裝砂井。 2 CFG 樁成樁機(jī)理 2.1 樁土體系的荷載傳遞 樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮過程就是樁土體系荷載的傳遞過程。樁頂在軸向荷載作用下，樁身將產(chǎn)生彈性壓縮并向下位移，隨著荷載的增加，樁頂周圍土層發(fā) 生壓縮變形，樁側(cè)表面受到樁周土向上的摩阻力。在樁頂荷載沿樁身向下傳遞的過程中，不斷克服這種阻力，使樁身截面軸向力和樁身壓縮變形隨深度逐漸縮小，并使樁側(cè)阻力進(jìn)一步發(fā)揮。 傳至樁底截面的軸力為樁頂荷載減去全部樁側(cè)阻力，并與樁底支撐反力即樁端阻力大小相等，方向相反。樁身荷載一部分通過樁側(cè)阻力傳遞到樁周土層，一部分通過樁端阻力傳遞樁底土層。一般而言，樁頂受到荷載后，樁身上部首先壓縮，周圍土層的側(cè)阻力先于下部土層發(fā)揮；隨著樁側(cè)阻力的發(fā)揮，樁向下傳遞的軸力逐漸減小，當(dāng)荷載足夠大時(shí)，部分荷載將傳至樁底，故側(cè)阻力 先于端阻力發(fā)揮。工作狀態(tài)下，樁端阻力的安全儲備一般大于樁側(cè)阻力的安全儲備。樁土體系荷載分析見圖 1。 圖 1 樁土體系荷載傳遞分析 模型樁和原型樁實(shí)驗(yàn)研究均表明，當(dāng)樁端入土深度小于某一臨界深度時(shí)，極限端阻力隨深度增加呈線性增大，且大于該深度后極限端阻力基本保持平衡不變。此外，樁長對荷載傳遞規(guī)律也有著重要影響，當(dāng)樁長較大（如長徑比 1/d大于 25）時(shí)，因樁身壓縮變形大，樁端反力尚未發(fā)揮，樁頂位移已超過實(shí)用所需要的范圍，傳遞到樁端的荷載極為微小。 圖中（ a）可見，任一深度至樁身截面的荷載為 ： 式中， U 樁周長， qs 樁側(cè)摩阻力， A 樁截面積，Ep 樁彈性模量。 式（ 5）即為樁土體系荷載傳遞分析計(jì)算的基本微分方程，利用上述公式可求得側(cè)阻力和樁身軸力沿樁身的分布曲線（見圖 1、 c、 d）。 通過埋設(shè)應(yīng)力或位移測試元件，對 CFG 樁樁身軸力和側(cè)阻力的量測結(jié)果表明，樁身軸力和阻力的分布與剛性樁是基本一致的。說明 CFG 樁在樁土荷載傳遞方面的特性與剛性樁相近。 樁側(cè)阻力 是樁截面對樁周土相對位移 S 的函數(shù)，極限值 u 可用抗剪強(qiáng)度的庫侖公式表達(dá)： 、為樁側(cè)表面與土 之間的附著力和摩擦角；為作用于樁側(cè)的法向應(yīng)力，它與樁側(cè)土的豎向有效應(yīng)力成正比例，即： 式中為樁側(cè)土的側(cè)壓力系數(shù)。 由此可見，樁的側(cè)阻力隨深度呈線性增大。但在砂土中模型試驗(yàn)表明，當(dāng)樁入土深度達(dá)某一臨界值（ 10 倍樁徑）后，側(cè)阻就不隨深度增加，該現(xiàn)象稱為側(cè)阻的深度效應(yīng)。 2.2 樁土共同作用的原理 CFG 樁具有剛性樁的特點(diǎn)，同時(shí)表現(xiàn)出復(fù)合地基的特性： （ 1）樁基礎(chǔ)荷載主要由樁承擔(dān)，基本沒有發(fā)揮樁間土的作用； CFG 樁復(fù)合地基由于設(shè)置了褥墊層，充分發(fā)揮了樁間土的荷載力 。 （ 2）樁基礎(chǔ)上部荷載直接作用于承臺上，對承臺有較大的應(yīng)力集中； CFG 樁復(fù)合地基由樁和樁間土共同發(fā)揮作用，基礎(chǔ)以上荷載直接作用在褥墊層之上，通過褥墊層再作用 CFG樁和樁間土上，褥墊層有一個(gè) “ 緩沖 ” 作用，因而對基礎(chǔ)的應(yīng)力集中大大降低，可不設(shè)承臺。 （ 3）當(dāng)承受水平荷載時(shí)，樁基承受水平荷載的能力遠(yuǎn)小于承受垂直荷載的能力； CFG復(fù)合地基由于基礎(chǔ)下設(shè)置了褥墊層，荷載不是直接作用在樁體上，而是依靠基礎(chǔ)底面與褥墊層的摩擦以及基礎(chǔ)背面土的被動土壓力，樁間土承擔(dān)了大部分水平荷載。 （ 4） CFG 樁置換率不高，樁體只承擔(dān)總荷載的一部分，樁的數(shù)量可減少，另外， CFG 樁不配筋（或少量配筋），并且利用了粉煤灰工業(yè)廢料，因而它比樁基礎(chǔ)更經(jīng)濟(jì)。 2.3 CFG 樁承載力的確定 目前工程上常用的承載力計(jì)算方法主要以經(jīng)驗(yàn)公式為主，并要進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證。不同學(xué)者根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)規(guī)律提出過不同的承載力計(jì)算公式，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范規(guī)定單樁豎向承載力可按下述方法計(jì)算確定。 （ l）根據(jù)樁側(cè)摩擦力和樁端端阻力計(jì)算承載力； （ 2）樁身材料強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)樁側(cè)摩擦 力和樁端端阻力計(jì)算單樁極限承載力的表達(dá)式為： 式中為樁身周長；、為樁周第 i 層土的摩阻力、樁端阻力特征值（ kPa），可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007-2002 的有關(guān)規(guī)定確定。 i 樁側(cè)第 i 層土的厚度； Ap 樁身橫斷面積。 樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿足下式要求： 式中為樁體混合料試塊（邊長 150mm 方體）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天立方體抗壓強(qiáng)度平均值（ kPa）。 合理的復(fù)合地基極限承載力計(jì)算，應(yīng)從 CFG 樁的破壞形式出發(fā)，考慮樁側(cè)摩阻力的分布形式和樁間土的荷載分擔(dān)作 用（即樁上應(yīng)力比 n），當(dāng)樁間距較小時(shí)還應(yīng)考慮群樁效應(yīng)系數(shù) 的影響。根據(jù)樁土共同受力的實(shí)際情況，可推導(dǎo)以樁上應(yīng)力比為基礎(chǔ)的復(fù)合地基極限承載力的計(jì)算公式如下： 式中：為樁的極限承載力單位為（ kN）， m 為置換率；n 為樁土應(yīng)力比； 為群樁效應(yīng)系數(shù)，參照樁基工程手冊中低樁承臺群樁效應(yīng)系數(shù) 的測試結(jié)果、考慮到 CFG 樁的受力特性，建議當(dāng)樁間土為粉性土或砂性土?xí)r 值取1.0，當(dāng)樁間土為軟粘土?xí)r， 值根據(jù)樁間距確定，間距在3d和 6d之間時(shí)，取 0.84-1.0；當(dāng)樁距 6d 時(shí)， 值取1.0。 其受力示意 圖如圖 2 所示。 圖 2 CFG 樁受力示意圖 3 檢測結(jié)果 通過現(xiàn)場施，對 CFG 樁質(zhì)量檢驗(yàn)在成樁 28天后進(jìn)行，樁的平面位置可用全站儀測量，樁身混凝土抗壓強(qiáng)度采用鉆芯法取樣檢測，樁身質(zhì)量可用低應(yīng)變試驗(yàn)檢測，而單樁和復(fù)合地基承載力可采用靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)，部分檢測結(jié)果見表 1。 表 1 樁身混凝土抗壓強(qiáng)度和復(fù)合地基承載力試驗(yàn)檢測結(jié)果 根據(jù)檢測結(jié)果，采用配比為水泥：粉煤灰：石屑：碎石 =11.5283.5288.854，水灰比為 0.53，可使復(fù)合地基承載力達(dá)到 160kPa 以 上。 5 結(jié)語 通過理論分析，現(xiàn)場試驗(yàn)以及理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的比較，對 CFG 樁加固軟基的設(shè)計(jì)理論和方法等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，主要得到以下結(jié)論： （ 1）無論從理論分析還是試驗(yàn)結(jié)果都得出， CFG 樁有剛性樁的特性，可全樁長發(fā)揮樁的側(cè)摩阻力，樁端為較好的持力層時(shí)，可良好地發(fā)揮樁端阻力作用，承載力提高幅度大。 （ 2）褥墊層是 CFG 樁的核心技術(shù)，能調(diào)整樁土應(yīng)力比。大量試驗(yàn)研究表明，用 CFG 樁處理軟基，當(dāng)荷載較小時(shí)，土承擔(dān)的荷載大于樁承擔(dān)的荷載。隨著荷載的增加，樁間土承擔(dān)的荷載占 總荷的百分比逐漸減小，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比逐漸增大。 （ 3）單樁承載力的計(jì)算必須考慮 CFG 樁受力、變形及破壞特征。 （ 4） CFG 樁存在負(fù)摩阻力，在加荷一開始就出現(xiàn)，它能增加基礎(chǔ)沉降變形，降低了單樁承載力，但同時(shí)充分發(fā)揮了樁間土的承載力，群樁基礎(chǔ)時(shí)，增加了測向約束，增大了樁土之間的摩擦力。 參考文獻(xiàn)： 劉玉卓 .公路工程軟基處理 M.北京：人民交通出版社， 2002 習(xí)先萍淺談 CFG 樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)與施工 J山西建筑， 2010， 36（ 2）： 153.154 閱讀相關(guān)文檔 :試論綠色建筑的監(jiān)理 綠色施工淺析 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