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CFG桩

CFG桩是英文Cement Fly-ash Gravel的缩写,意为水泥粉煤灰碎石桩,由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和,用各种成桩机械制成的具有一定强度的可变强度桩。CFG桩是一种低强度混凝土桩,可充分利用桩间土的承载力共同作用,并可传递荷载到深层地基中去,具有较好的技术性能和经济效果。

粘结强度桩是复合地基的代表,多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cement fIying-ash gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接,无论桩端落在一般土层还是坚硬土层,均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样,由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小,再加上CFG桩不配筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料,大大降低了工程造价。

复合地基设计中,基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层,是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层,对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层,复合地基承载特性与桩基础相似,桩间土承载能力难以发挥,不能成为复合地基。基础下设置褥垫层,桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降,即使桩端落在好土层上,也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上,使桩土共同承担荷载。

水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法适用于处理粘性土、粉土、沙土和桩端具有相对硬土层、承载力标准值不低于70KPa的淤泥质土、非欠固结人工填土等地基。

1、 水泥粉煤灰碎石桩的施工,应按设计要求和现场条件选用相应施工工艺,并应按照国家现行有关规范执行:
  (1)长螺旋钻孔灌注成桩,适用于地下水位以上的粘性土、粉土、人工填土地基;
  (2)泥浆护壁钻孔灌注成桩,适用于粘性土、粉土、砂土、人工填土、碎石(砾)石土及风化岩层分布的地基;
  (3)长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩,适用于粘性土、粉土、砂土等地基,以及对噪音及泥浆污染要求严格的场地;
  (4)沉管灌注成桩,适用于粘性土、粉土、淤泥质土人工填土及无密实厚砂层的地基。
  
  2、 长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩施工和沉管灌注成桩施工除应执行国家现行有关规范外,尚应符合下列要求:
  (1)施工时应按设计配比配置混合料,投入搅拌机加水量由混合料塌落度控制,长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩施工的塌落度以为180-200mm,沉管灌注成桩施工的塌落度宜为30-50mm,成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm;
  (2)长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后,应准确掌握提拔钻杆时间,混合料泵送量应同拔管速度相配合,以保证管内有一定高度的混合料,遇到饱和砂土或饱和粉土层,不得停泵待料;沉管灌注成桩施工拔管速度应按均匀线速度控制,拔管线速度应控制在1.2-1.5m/min左右,如遇淤泥或淤泥质土,拔管速度可适当放慢;
  (3)施工时,桩顶标高应高出设计桩顶标高,高出长度应根据桩距、布桩形式、现场地质条件和成 桩顺序等综合确定,一般不应小于0.5m;
  (4)成桩过程中,抽样做混合料试块,每台机械一天应做一组(3块)试块(边长为150mm的立方体),标准养护28d,测定其抗压强度;
  (5)沉管灌注成桩施工过程中应观测新施工桩对已施工桩的影响,当发现桩断裂并脱开时,必须对工程桩逐桩静压,静压时间一般为3min,静压荷载以保证使断桩接起来为准。
  
  3、 复合地基的基坑可采用人工或机械、人工联合开挖。机械、人工联合开挖时,予留人工开挖厚度应由现场开挖确定,以保障机械开挖造成桩的断裂部位不低于基础底面标高,且桩间土不受扰动。
  
  4、 褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力夯实法。
  
  5、 施工中桩长允许偏差为100mm,桩径允许偏差为20mm,垂直度允许偏差为1.5%.对满堂布桩基础,桩位允许偏差为0.5倍桩径;对条形基础,垂直于轴线方向的桩位允许偏差为0.25倍桩径,顺轴线方向的桩位允许偏差为0.3倍桩径,对单排布桩桩位允许偏差不得大于60mm。

1、混凝土、混凝土外加剂和掺和料: 缓凝剂、粉煤灰, 均应符合相应标准要求, 其掺量应根据施工要求通过试验室确定.

2、严格按照配合比配制混合料。

3、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度宜为160~200mm, 振动沉管灌注桩成桩施工的坍落度宜为30~50mm, 振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm.

4、长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后,应准确掌握提拔钻杆时间,混合料泵送量应与拔管速度相配合,遇到饱和砂土或饱和粉土层,不得停泵待料;沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制,拔管速度应控制在1.2~1.5m/min左右,如遇淤泥或淤泥质土,拔管速度应适当放慢。

1、冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃,对桩头和桩间土应采取保温措施。

2、施工垂直度偏差不应大于1%;对满堂布桩基础,桩位偏差不应大于0.4倍桩径;对条形基础,桩位偏差不应大于0.25倍桩径,对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。

根据工程实际情况,水泥粉煤灰碎石桩常用的施工工艺包括长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩;振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成桩。主要技术指标为:

1.地基承载力:设计要求;

2.桩径:宜取350-600mm;

3.桩长:设计要求,桩端持力层应选择承载力相对较高的土层;

4.桩身强度:混凝土强度满足设计要求,通常≥C15;

5.桩间距: 宜取3-5倍桩径;

6.桩垂直度:≤1.5%;

7.褥垫层:宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等,不宜选用卵石,最大粒径不宜大于30mm。厚度150-300mm,夯填度≤0.9。

实际工程中以上参数根据地质条件、基础类型、结构类型、地基承载力和变形要求等条件或现场每台班或每日留取试块1~2组确定。

1、复合地基检测应在桩体强度满足试验荷载条件时进行,一般宜在施工结束2-4周后检测。
  2、复合地基承载力宜用单桩或多桩复合地基载荷试验确定,复合地基载荷试验方法宜符合本规范附录A的规定,试验数量不应少于3个试验点。
  3、对高层建筑或重要建筑,可抽取总桩数的10%进行底应变动力检测,检验桩身结构完整性。

某住宅楼为26层,另有1层地下室,为剪力墙结构。地基采用CFG桩复合地基进行加固处理,桩总桩数约为360余根,桩长10m,桩径400mm。基础采用筏板基础,复合地基承载力特征值430kPa。CFG桩采用长螺旋钻成孔,桩身强度为20MPa;褥垫层采用级配砂石,厚度为0.2m。

1.1工程地质条件

本住宅楼场地地形较平坦,场地属于平原,为第四纪全新世冲积沉积形成。其工程地质条件如表1所示。

1.2平面布置

住宅楼占地(26.1×14.6)m2,高78.6m,平面形状为长方形,地下室层高为4.70m,采用CFG桩复合地基。布桩时考虑桩受力的合理性,尽量利用桩间土应力σs产生的附加应力对桩侧阻力的增大作用。通常σs越大,作用在桩上的水平力越大,桩的侧阻力越大。此复合地基采用CFG桩正方形布置,间距1.45m,本楼的CFG桩有效桩长不小于10m,桩长10m,桩径400mm,预估的单桩承载力特征值为560kN。CFG桩复合地基的设置,不仅可以大幅度的提高地基承载力,减小了变形,并充分利用了桩间土的作用,降低了造价工程造价,一般为桩基的1/3~1/2,经济效益和社会效益非常显著。

2.1复合地基静载荷试验

试验采用单桩复合地基承载力按单桩处理面积加权平均的办法,评价CFG桩和水泥土桩混合地基承载力。试验有两组复合地基试验,每组试验各有一个CFG桩与一个水泥土桩单桩复合地基试验点。第一组为CFG-308#和SNT-410#,第二组为CFG-518#和SNT-632#。从P-S曲线可以看出,复合地基静载荷试验曲线基本属于渐进型的光滑曲线,不存在陡降点。取s/b=0.01(b为方形压板的宽度)对应的荷载,其值均超过最大加荷量的一半,因此取最大加荷量的一半作为CFG桩、水泥土桩的单桩复合地基承载力设计值。即CFG桩单桩复合地基承载力设计值大于550kPa,水泥土桩单桩复合地基承载力设计值大于200kPa,对两组值进行加权平均后,可知CFG桩与夯实水泥土桩混合桩型复合地基承载力不小于375kPa,复合地基承载力提高1倍,满足设计要求。分别对两组中的CFG桩及夯实水泥土桩的试验曲线作比较,两组复合地基的承载力相差不大,说明主楼部分的地基土质分布比较均匀,基底持力层的承载力和压缩模量差别不大。

2.2单桩竖向抗压静载荷试验结果

试验进行了3根CFG桩单桩静荷试验,检测结果显示:CFG桩单桩极限承载力不小于2000KN,地基承载力提高160%;满足设计要求。从检测结果可以看出,3根桩的总沉降都小于10mm,远小于《规范》要求,且沉降随时间、荷载的变化都是均匀的,基本上是弹性的。由此可以看出,当Q=1000KN时,CFG桩还没有达到极限承载力状态,当Q=500KN时,水泥土桩也没有达到极限承载力状态,还有很大“储备”。由卸载曲线可以看出,桩的弹性回弹量很小,最多只有2m,说明桩体刚度很大。

2.3轻便触探试验

为对比加固前后桩间土承载力的变化,完工后,布置了7个轻便触探点进行试验。综合分析桩间土测试结果可知,经水泥土桩与CFG桩处理后浅层桩间土的承载力基本值不低于200kPa,比地基处理前的桩间土承载力有所提高。

2.4应变桩身完整性检测

本工程低应变检测CFG桩桩身完整性65根桩,检测比例约为30%。所测的65根CFG均属于完整桩或基本完整桩,没有影响正常使用的桩。

3.1以复合地基静压结果数据看,本工程所采用的组合型复合地基的应用,可最大限度地发挥CFG桩的优点,使复合地基的承载力得到大幅度的提高,地基变形得以降低和控制。

3.2复合地基中由于CFG桩中掺入少量的粉煤灰,不配筋以及充分发挥桩间土的承载力其受力和变形类似于素混凝土桩,具有地基承载力高、变形小、稳定快施工简单易行,且工程造价低,经济效益和社会效益明显。

3.3是否设置褥垫层以及垫层的材料和厚度,直接影响复合地基的桩和桩间土强度的发挥,合理的垫层厚度对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利的。

3.4由该工程证明此种地基处理方案,质量易控制,造价低,经济、社会、环境效益明显,有极大的发展潜力。


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