CFG樁復合地基原理與施工技術(shù)講義講稿

1、CFG樁復合地基原理與施工技術(shù) CFG樁復合地基概述樁體材料及有關(guān)參數(shù)加固機理及設(shè)計 CFG樁施工 1 .CFG樁復合地基概述 CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁(Cement Flyash Gravel Pile)的簡稱，由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌合，用振動沉管打樁機或其它成樁機具制成的一種具有一定粘結(jié)強度的樁。 樁體主體材料為碎石，石屑為中等粒徑骨料，可改善級配，粉煤灰具有細骨料和低標號水泥作用。通過調(diào)整水泥摻量和配合比，樁體強度可在C5C20之間變化，一般為C5C10。 CFG樁是在碎石樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，屬復合地基剛性樁 。 復合地基根據(jù)材料特性可分為： 散體材料樁復合地基樁周土強

2、度 柔性樁復合地基樁周土強度、樁身材料強度 剛性樁復合地基樁周土強度 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1040。復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。 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2050mm,石屑粒徑2.510mm,混合料密度2.12.2t/m3。 石屑摻量的影響

3、 碎石料之間一般為點接觸，接觸比表面積小，樁體抗剪強度較低。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度與水灰比W/C成反比。當石屑摻量為最佳石屑率時，控制混合料坍落度為30mm，根

4、據(jù)不同水泥、粉煤灰摻量的配合比實驗，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160200mm,振動沉管灌注樁施工的坍落度宜為3050mm。 3.加固機理 3.1 一般原理 CFG樁復合地基的加固機理包括置換作用和擠密作用，其中以置換作用為主。當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

5、且具有很大的可調(diào)性，在軟土中可高達100左右。CFG復合地基中由樁承擔的荷載一般為40%75%，提高承載力的幅度可達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調(diào)整樁土應(yīng)力比，實現(xiàn)樁土協(xié)調(diào)變形。 CFG樁褥墊有如下幾種作用：保證樁、土共同承擔荷載 在樁基中，當承臺承受豎向荷載時，對摩擦樁，承臺產(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，所占比例很小；對端承樁，承臺沉降變形一般很小，樁間土承載能力很難發(fā)揮。 CFG復合地基的設(shè)計原則是充分利用樁間土的垂直和水平承載能力。由于CFG樁復合地基的置換率一般

6、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的荷載后就是CFG樁應(yīng)承擔的荷載。顯然，遵循這一設(shè)計原則，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。 減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中 根據(jù)實測的樁土應(yīng)力比與褥墊層厚度H的變化關(guān)系，當褥層厚度很小時，樁對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生應(yīng)力集中。但當褥墊厚度大于10cm時，應(yīng)力集中明顯降低(樁土應(yīng)力比約為6)，當褥墊層厚度為30cm時，樁土應(yīng)力比降為1.23。褥墊厚度可調(diào)整樁土荷載分擔比 由有關(guān)試驗測得的結(jié)果，當荷載一定時，褥墊越厚土承擔的荷載越多；褥墊厚度一定時，荷載越大，樁承擔的荷

7、載所占比例增大。褥墊層厚度可以調(diào)整樁、土水平荷載分擔比 有關(guān)實驗表明，褥墊厚度越大，樁頂水平位移越小，當褥墊厚度不小于10cm時，樁體不會發(fā)生水平折斷。 3.3 CFG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樁復合地基則不同，任一荷載下樁頂?shù)某两?、樁間土表面以及基礎(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。土對樁產(chǎn)生的摩擦力方向與樁沉降方向一致，即所謂的負摩擦力。 Z0處樁的位移和土的位移相等，該斷面所處位置為中性點。當ZZ0時，樁的位移大于土的位移，土對

8、樁產(chǎn)生的是正摩阻力。 由于褥墊層的設(shè)置無論樁端落在軟土層還是硬土層。從加荷一開始就存在一個負摩擦區(qū)。在樁基中，負摩擦對樁的承載能力會產(chǎn)生不利的影響，而在CFG樁復合地基中，土對樁的負摩擦作用對復合地基并非有害它對提高樁間土的承載力，減少復合地基的沉降變形起著有益的作用。 3.4 CFG樁復合地基設(shè)計 一、設(shè)計內(nèi)容 CFG樁復合地基的設(shè)計內(nèi)容包括樁徑、樁距、樁長、承載力計算、變形計算和褥墊厚度。樁徑 一般樁徑為350600mm，由施工設(shè)備的樁管決定。CFG樁常采用振動沉管法施工。樁距 樁距的大小取決于設(shè)計要求的地基承載力、布樁形式、土質(zhì)與施工機具等，但還要考慮到施 工的可行性。 復合地基承載力

9、樁間土強度折減系數(shù)，無經(jīng)驗時可取 =0.750.95。單樁承載力 CFG樁單樁承載力可按以下方式確定： 由單樁靜載試驗確定： Ra=Ru/k 計算確定，按下式估算： 褥層厚度 一般取1530cm為宜。 沉降計算 復合地基總沉降量分為加固區(qū)的沉降和未加固區(qū)的沉降. 未加固區(qū)的沉降 分層總和法 加固區(qū)的沉降 應(yīng)力修正法(沉降折減法) 復合模量法 樁身壓縮量法 4.CFG樁施工 4.1 CFG樁施工工藝概述 CFG樁復合地基于1988年提出并用于工程實踐 ，首先選用的是振動沉管施工工藝，這是因為振動沉管打樁機在我國擁有量較多，分布也較廣。 90年代末期，中國建科院研制了專門用于打設(shè)CFG樁的長螺旋鉆

10、管內(nèi)泵壓CFG樁施工設(shè)備。 目前，用于工程實踐的設(shè)備和工藝有：振動沉管施工工藝長螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝人工或機械洛陽鏟成樁工藝泥漿護壁鉆孔灌注樁施工工藝 4.2 振動沉管施工工藝施工準備 施工前應(yīng)具備的資料和條件:場地工程地質(zhì)勘察報告;CFG樁布樁圖。應(yīng)注明樁位編號、設(shè)計說明和施工說明。場地鄰近的高壓電纜、地下管線、地下構(gòu)筑物和障礙物等調(diào)查資料。場地的水準控制點和線路控制坐標。 施工技術(shù)措施：確定施工機具和配套設(shè)備；制定材料供應(yīng)計劃。標明所用材料的規(guī)格、技術(shù)要求和數(shù)量；進行試成孔，復核地質(zhì)資料以及設(shè)備、工藝的適用性，核定或調(diào)整技術(shù)參數(shù)；按施工平面圖放好樁位；確定

11、施打順序；復核測量基線、水準點及樁的軸線定位點，檢查場地所設(shè)的水準點是否受施工影響；打樁機沉管表面應(yīng)有明顯的進尺標記。施工流程(1)沉管：根據(jù)設(shè)計樁長、成管入土深度確定機架高度和沉管長度，并進行設(shè)備組裝；樁機就位，樁管保持垂直，垂直度偏差不大于1%；若采用預制鋼筋砼樁尖，需埋入地表以下300mm左右；開始沉管。啟動馬達，沉管到預定標高、停機。記錄激振電流變化情況。一般可1m記錄一次。(3)拔管：拔管前，應(yīng)在原位留振約10s再振動拔管?？刂瓢喂芩俣龋话?.21.5m/min較合適。拔管過快易造成局部縮頸或斷樁；拔管太慢、振動時間過長，會使樁頂浮漿增厚，易使混合料離析。 (2)投料： 沉管至設(shè)計

12、標高后須盡快投料，直到管內(nèi)混合料與鋼管投料口齊。若投料量不夠，應(yīng)在拔管過程中空中投料，以保證成樁樁頂標高滿足設(shè)計要求。(3)拔管：拔管前，啟動馬達在原位留振約5-10s再拔管?？刂瓢喂芩俣?，一般1.21.5m/min較合適。拔管過快易造成局部縮頸或斷樁；拔管太慢、振動時間過長，會使樁頂浮漿增厚，易使混合料離析。沉管拔出地面，確認成樁符合設(shè)計要求后，用粒狀材料或濕粘性土封頂。施工過程中，抽樣做混合料試塊，一般一個臺班一組，尺寸150mm150mm150mm, 并測定28天抗壓強度。施工常見問題及對策 施工常見問題 施工擾動對土強度的影響 根據(jù)振動沉管成樁工藝對土密實性的影響，可將地基土分為三類：

13、 擠密效果好的土：松散填土、粉土、砂土等； 可擠密的土：塑性指數(shù)不大的松散的粉質(zhì)粘土和 非飽和粘性土； 擠密效果差的土：塑性指數(shù)高的飽和軟粘土和淤 泥質(zhì)土。 土的密實度對土的擠密性影響很大： 密實的砂土或粉土，產(chǎn)生剪脹，由密變松。 松散的砂土或粉土，孔隙減小，由松變密。 縮徑和斷樁 在 飽和軟土中施工施工時，在地基土中將產(chǎn)生超孔隙水壓力，沿水平方向衰減較快。當采用連打作業(yè)時，孔隙水壓力來不及消散，對鄰樁產(chǎn)生擠壓，使得已打樁被擠成橢圓形或不規(guī)則形，嚴重的會產(chǎn)生縮徑和斷樁。 在上部有較硬的土層或中間夾有硬土層的土中成樁，施工產(chǎn)生的振動力較大，鄰樁易出現(xiàn)振動破壞。采用隔樁跳打工藝，若已打樁結(jié)硬但強度

14、不高，在中間補打新樁時，已打樁有時會被振裂。樁體強度不均 樁機卷揚機提升沉管速度太快，為控制平均速度，提升留振 縮徑、斷樁 離析 樁身強度不均樁料與土的混合 采用活瓣樁靴成樁，當樁靴開口打開的寬度不夠，混合料下落不充分 樁端與接觸不密實或樁端較小。 若采用反插法，樁管垂直度難保證，樁身易摻土。 對策1、控制拔管速度 太快 縮徑、斷樁 太慢 混合料離析，樁頂浮漿多 現(xiàn)場試驗：沉管 377mm，投料量1.8m3 1.2m/min 開挖樁徑380mm 2.5m/min 開挖樁徑360mm 0.8m/min 樁頂浮漿多，樁身強度低 合理的拔管速度： 1.21.5m/min注意：拔管速度指線速度，不是平

15、均速度。 除啟動后5-10s ，拔管過程中不再留 振，不得反插。 若樁機卷揚速度較快，可增加卷揚系統(tǒng)中動滑輪數(shù)量或通過電動機-減速箱系統(tǒng)調(diào)整。2、合理布置樁距 樁距的確定需要考慮以下因素： 承載力、沉降；施工影響；經(jīng)濟性 試驗表明，其它條件相同時，樁距越小，復合地基承載力越高；當樁距4d，提高幅度不明顯。故，從樁土作用考慮，樁距一般4d。 擠密效果好的土，施工振動使土體密度增加，場地下沉;不可擠密土,地表隆起,樁距越小，隆起量越大。樁距越大，施工質(zhì)量越容易控制。 3、確定施打順序 連續(xù)施打 間隔跳打 在確定施打順序時，要考慮土性和樁距。 軟土中，樁距較大，可采用隔樁跳打；在飽和松散粉土、粉砂中

16、施工，若樁距小，不宜采用隔樁跳打。松 密，加大沉管難度和易形成斷樁。 對大面積布樁，采用由中心向外或一邊向一邊推進的施工順序，不應(yīng)由外向中心推進 土體隆起、斷樁4、混合料坍落度 坍落度 過大，樁頂浮漿多，樁身強度降低 過小，和易性差 混合料坍落度控制在35cm，和易性好，拔管速度合理，浮漿可控制在10cm，質(zhì)量容易保證。 施工質(zhì)量控制措施施工前的工藝試驗 目的: 施打順序和樁距能否保證樁身質(zhì)量. 方法：在樁頂表面埋設(shè)標桿，觀測樁頂位移量。 內(nèi)容：新打樁對未結(jié)硬已打樁的影響。上升量與樁身直徑的關(guān)系。 新打樁對已結(jié)硬已打樁的影響。上升量1cm。 施工監(jiān)測 信息化施工 及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題 分析

17、 措施 觀測內(nèi)容：施工場地標高觀測。施工前測量場地標高，施工過程中隨時測量地面是否隆起。樁頂標高的觀測。注意已打樁樁頂標高變化，特別樁距小的樁。對樁頂上升量大的樁開挖檢查。4.3長螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝 該工藝由長螺旋鉆機、混泥土泵和強制式攪拌機組成。存在的主要問題： 堵管。 原因：a.混合料配合比不合理。b.坍落度不合理。太大 離析，泌水 骨料與砂漿分離 c.設(shè)備缺陷。彎頭、管接頭、鉆頭 竄孔 在飽和粉土、粉細砂中施工常出現(xiàn)。 鉆頭閥門打不開。 現(xiàn)提料后泵送。 4.4 施工工藝對比振動沉管施工工藝 優(yōu)點：施工操作簡便，施工費用低，對樁間土擠密 效果顯著。 缺點：對施工控制不嚴，可能產(chǎn)生質(zhì)量事故。振動 和噪音污染。 為目前主要施工工藝。長螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝 優(yōu)點：無振動和噪音污染，施工效率較高。 缺點：施工設(shè)備相對復雜，成本較高。 謝 謝!演講完畢，謝謝觀看！內(nèi)容總結(jié)CFG樁復合地基原理與施工技術(shù)。石屑的摻量可用石屑率S來表示：。CFG樁