水泥粉煤灰碎石樁加固原理與施工工藝

1、3.5.1 概述3.5.2 加固原理3.5.3 設計與計算3.5.4 施工工藝3.5.5 效果檢驗水泥粉煤灰碎石樁CFG樁主要內(nèi)容3.5.1 概述定 義適用范圍重要概念復合樁基散體樁復合地基，其樁體由碎石或砂石等散體材料構(gòu)成（碎石樁）低粘結(jié)強度樁復合地基（石灰樁、灰土樁、水泥攪拌樁 ）中等粘結(jié)強度樁復合地基（夯實水泥土樁）高等粘結(jié)強度樁復合地基（ CFG樁、素混凝土樁） 在碎石樁基礎(chǔ)上加入適量石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和制成的一種具有一定粘結(jié)強度的樁，與周圍地基土體形成復合地基，它比一般碎石樁復合地基的承載力高、變形量小。 CFG水泥粉煤灰碎石樁一、定義一. 概述1.定義 水泥粉煤灰碎石樁法(

2、cement fly-ash gravel pile):由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘結(jié)強度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復合地基的地基處理方法。2.材料（1）粉煤灰：是燃煤發(fā)電廠排出的一種工業(yè)廢料，其主要化學成分有SiO2、Al2O3、 Fe2O3 、 CaO和MgO 等。其中粉煤灰的活性決定于各種粒度的SiO2和Al2O3的含量。 碎石粗骨料 石屑中等粒徑骨料，使得級配良好； 粉煤灰細骨料和低標號水泥作用， 提高樁體后期強度。 水泥提高強度。 一、定義 按照施工工藝不同，分為擠土和非擠土兩類 振動沉管法施工擠土法 螺旋鉆施工非擠土法 一、定義（2）碎（卵）石、砂

3、、石屑、水泥：CFG樁的骨料為碎石、砂和石屑為填充料，水泥一般采用普通硅酸鹽水泥。（3）材料的力學性能立方抗壓強度：28d養(yǎng)護，c= 6.37.3MPa， c= 6.7MPa;劈裂抗壓強度： 80d養(yǎng)護，劈= 0.50.59MPa， 劈= 0.54MPa;軸心抗壓強度：80d養(yǎng)護，= 3.56.3MPa， 劈= 4.3MPa;靜彈模： E= 8.41039. 8 103 MPa， 劈= 8. 8103 Mpa;（4）適用范圍 適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。對淤泥質(zhì)土應按地區(qū)經(jīng)驗或通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。（5）CFG樁法的優(yōu)點施工工藝簡單，無場地污染，振動影響小；僅需

4、要少量水泥，便于就地取材；受力特點與水泥攪拌樁相似，由樁側(cè)阻力和樁端承載力組成，增加樁長可提高承載力。樁型對比值碎石樁CFG樁單樁承載力樁的承載力主要靠樁頂以下有限場地范圍內(nèi)樁周土的側(cè)向約束，當樁長大于有效樁長時，增加樁長對承載力的提高作用不大。以置換率10%計，樁承擔荷載占總荷載的15%30%。樁的承載力主要來自全樁長的摩阻力及樁端承載力，樁越長則承載力越高，以置換率10%計，樁承擔荷載占總荷載的40%75%。復合地基承載力加固黏性土復合地基承載力的提高幅度較小，一般為0.51倍。承載力提高幅度有較大可調(diào)性，可提高4倍或更高。變形減小地基變形的幅度較小，總的變形量較大。增加樁長可有效地減少變

5、形，總的變形量小。三軸應力應變曲線應力-應變曲線不呈直線關(guān)系，增加圍壓，破壞主應力差較大。應力-應變曲線呈直線關(guān)系，圍壓對應力應變曲線沒有多大影響。適用范圍多層建筑物地基多層及高層建筑物碎石樁與CFG樁的對比 一、定義 CFG樁吸取了振沖碎石樁和水泥攪拌樁的優(yōu)點。施工工藝與普通振動沉管灌注樁一樣，工藝簡單；與振沖碎石樁相比，無場地污染，振動影響也較小。所用材料僅需少量水泥，便于就地取材，基礎(chǔ)工程不會與上部結(jié)構(gòu)爭建筑材料，這也是比水泥攪拌樁的優(yōu)越之處。受力特性與水泥攪拌樁類似。 CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復合地基。 一、定義墊層指的是設于基層以下的結(jié)構(gòu)層。其主要作用是隔水、排水

6、、防凍以改善基層和土基的工作條件。墊層為介于基層與土基之間的結(jié)構(gòu)層, 在土基水溫狀況不良時,用以改善土基的水溫狀況,提高路面結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性和抗凍脹能力,并可擴散荷載,以減少土基變形.墊層使用條件和一般規(guī)定如下:1.路基經(jīng)常處于潮濕和過濕狀態(tài)的路段,以及在季節(jié)性冰凍地區(qū)產(chǎn)生冰凍危害的路段應設墊層.2.墊層材料有粒料和無機結(jié)合料穩(wěn)定土兩類.粒料包括天然砂礫,粗砂,爐渣等.采用粗砂和天然砂礫時,小于0.074mm的顆粒含量應小于5%;采用爐渣時,小于2mm的顆粒含量宜小于20%.3.墊層厚度要按當?shù)亟?jīng)驗確定.在季節(jié)性冰凍地區(qū)路面總厚度小于防凍最小厚度時,應以墊層材料補足.CFG樁復合地基。此處的褥墊層

7、，不是基礎(chǔ)施工時通常做的10cm厚的素混凝土墊層，而是由粒狀材料組成的散體墊層。工程中，對散體樁和低粘結(jié)強度樁復合地基，有時可不設置褥墊層，也能保證樁與土共同承擔荷載。CFG樁是高粘結(jié)強度樁，褥墊層是CFG樁和樁間土形成復合地基的必要條件，是不可缺少的一部分。一、定義3. 褥墊層作用由級配的砂石、粗砂、碎石組成的褥墊層有如下四方面的作用：保證樁土共同承擔荷載；減少基礎(chǔ)底面的應力集中；褥墊層厚度可以調(diào)整樁土荷載分擔比；褥墊層厚度可以調(diào)整樁、土水平荷載分擔比；保證樁與土共同承擔荷載褥墊層作用保證樁與土共同承擔荷載褥墊層作用保證樁與土共同承擔荷載褥墊層作用調(diào)整樁與土垂直和水平荷載的分擔作用褥墊層作用

8、調(diào)整樁與土垂直和水平荷載的分擔作用褥墊層作用樁體作用 CFG不同于碎石樁，是具有一定粘結(jié)強度的混合料。在荷載作用下CFG樁的壓縮性明顯比其周圍軟土小，因此基礎(chǔ)傳給復合地基的附加應力隨地基的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，復合地基中的CFG樁起到了樁體作用。減少基礎(chǔ)底面的應力集中 H0時，樁對基礎(chǔ)的應力集中很顯著，和樁基礎(chǔ)一樣，需要考慮樁對樁基的沖切破壞；H大到一定程度后，基底反力即為天然地基的反力分布。褥墊層作用褥墊層的調(diào)整均化作用保證樁、土共同承擔荷載褥墊層的設置為樁復合地基在受荷后提供了樁上、下刺入的條件，即使樁端落在好土層上，至少可以提供上刺入條件，以保證樁間土始終參與工作。褥墊

9、層的調(diào)整均化作用減少基礎(chǔ)底面的應力集中當褥墊層厚度大于時，樁對基礎(chǔ)產(chǎn)生的應力集中已顯著降低。褥墊層的調(diào)整均化作用褥墊厚度可以調(diào)整樁土荷載分擔比荷載一定時，褥墊越厚，土承擔的荷載越多。荷載水平越高，樁承擔的荷載占總荷載的百分比越大。褥墊層的調(diào)整均化作用褥墊厚度可以調(diào)整樁、土水平荷載分擔比基礎(chǔ)承受水平荷載時，褥墊厚度越大，樁頂水平位移越小，即樁頂受的水平荷載越小。 CFG樁主要適用于： 粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、砂性土、雜填土、濕陷性黃土。二、適用范圍樁體的置換作用擠密作用加固原理3.5.2 加固原理褥墊層的調(diào)整均化作用非擠土法施工時，施工對土體的振動或擠壓作用使樁間土得到擠密提高了強度。加固

10、后地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有所減?。恢囟?、壓縮模量均有所增加，說明經(jīng)加固后樁間土已擠密。擠密作用平面布置、樁徑、樁距樁長、樁體強度褥墊層厚度及材料設計參數(shù)3.5.3 設計與計算等邊三角形或方形布置，面積置換率m不宜超過10（充分發(fā)揮樁間土作用）平面布置直徑350600mm樁徑CFG樁常采用振動沉管法施工，其樁徑根據(jù)樁管大小而定，一般為：樁距（36）d樁距 樁距的選用需要考慮承載力提高幅度要能滿足設計要求，且施工方便，樁作用的發(fā)揮、場地地質(zhì)條件及造價等因素。CFG樁樁距選用參考值 土質(zhì) 樁距布樁形式擠密性好的土，如砂土、粉土、松散填土等可擠密土，如粉質(zhì)黏土、非飽和黏土不可擠密性土，如飽

11、和黏土、淤泥質(zhì)土單、雙排布樁的基礎(chǔ)（35d）（3.55d）（45d）含9根以下的獨立基礎(chǔ)（36d）（3.56d）（46d）滿堂布樁（46d）（46d）（4.57d）樁距 (1)對擠密性好的土，如砂土、粉土和松散填土等，樁距可取得較小。 (2)對單、雙排布樁的條形基礎(chǔ)和面積小的獨立基礎(chǔ)等，樁距可取得較小。反之，滿堂布樁的筏基、箱基以及多排布樁的條基、設備基礎(chǔ)等，樁距應適當放大。 (3)地下水位高，地下水豐富的建筑場地樁距也應適當?shù)姆糯蟆Ｇ蠼馑悸罚焊鶕?jù)設計要求達到的復合地基承載力以及天然地基承載力樁土應力比n樁頂應力樁頂承受的集中力參照與施工方法相關(guān)的樁周摩阻力和樁端端承力樁長樁長1、n？2、樁頂

12、應力3、樁頂承受的集中力4、樁頂承受的集中力推算樁長最低強度按3倍樁頂應力 確定。樁體強度材料：碎石、級配砂石、粗砂或中砂厚度：1030cm為宜，可適當加寬。褥墊層材料、厚度一般情況CFG樁復合地基沉降由三部分組成。加固深度范圍內(nèi)土的壓縮變形s1；下臥層變形s2；褥墊層變形s3。（數(shù)量很小可以忽略不計）沉降計算1. 處理范圍和樁徑d 水泥粉煤灰碎石樁可只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置，樁徑宜取d=350 600mm 。2.樁距S 根據(jù)處理后的復合地基承載力fspk、土性、施工工藝確定，一般S=（35）d。3. 褥墊層厚度和材料 樁頂和基礎(chǔ)之間應設置褥墊層，褥墊層厚度宜取150 300mm ，當樁徑大或樁距大

13、時褥墊層厚度宜取高值。 褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級配砂石或碎石等，最大粒徑不宜大30mm 。4.水泥粉煤灰碎石樁復合地基承載力特征值確定（1）通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定；（2）初步設計時也可按下式估算： fsp,k=m（Ra/Ap）+ （1-m）fsk式中 fsk處理后天然地基承載力特征值（kPa）, ，宜按當?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時，可取天然地基承載力特征值； m面積置換率，m=Ap/A； Ap樁的截面積(m2)； 樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時可取0.750.95，天然地基承載力較高時取大值； Ra單樁承載力特征值（kN）。（4）單樁承載力特征值Ra的確定當采用單樁載

14、荷試驗時，應將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2，即按下式計算：當無單樁載荷試驗資料時，可按下式估算：Ra=UpqsiLi+qpAp 式中 Up樁的周長，m； qsi樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa，按國家現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范GB 50007 有關(guān)規(guī)定確定取值； qp樁的端阻力特征值，kPa ，按國家現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范GB 50007 有關(guān)規(guī)定確定取值； Li第i層土的厚度，m 。 5.樁體試塊抗壓強度平均值應滿足下式要求：式中 fcu樁體混合料試塊（邊長150mm 立方體）標準養(yǎng)護28d 立方體抗壓強度平均值（kPa ）。6. 變形計算CFG樁地基總沉降量S為：S=

15、S1+S2+S3式中 S1復合地基沉降量，mm； S2下臥土層沉降量，mm； S3褥墊層沉降量，mm；因褥墊層厚度較小，其變形值更小，而且多在施工過程中完成，所以可忽略不計。所以上式可簡化為：S=S1+S2 地基處理后的變形計算應按現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范GB50007 的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的倍， 值可按下式計算： 變形計算經(jīng)驗系數(shù)s根據(jù)當?shù)爻两涤^測資料及經(jīng)驗確定，也可采用下表數(shù)值： （ Mpa)2.54.07.015.020.0s1.11.00.70.40.2沉降經(jīng)驗系數(shù)s為變形計算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當量值，應該

16、下式計算：式中 Ai第i 層土附加應力系數(shù)沿土層深度的積分值； Esi基礎(chǔ)底面下第i 層土的壓縮模量值（MPa ），樁長范圍內(nèi)的復合土層按復合土層的壓縮模量取值。 地基變形計算深度應大于復合土層的厚度，并符合現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范GB 50007 中地基變形計算深度的有關(guān)規(guī)定。四 施工1.水泥粉煤灰碎石樁的施工，應根據(jù)現(xiàn)場條件選用下列施工工藝：(1)長螺旋鉆孔灌注成樁，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土；(2)長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，適用于粘性土、粉土、砂土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴格的場地；(3)振動沉管灌注成樁，適用于粉土、粘性土及素填土地基

17、。施工樁頂標高宜高出設計樁頂標高不少于0.5m 。成樁過程中，抽樣做混合料試塊，每臺機械一天應做一組（3 塊）試塊（邊長為150mm 的立方體），標準養(yǎng)護，測定其立方體抗壓強度。冬期施工時混合料入孔溫度不得低于5 ，對樁頭和樁間土應采取保溫措施。清土和截樁時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。6. 褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法，當基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時，也可采用動力夯實法，夯填度（夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不得大于0.90。7. 施工垂直度偏差不應大于1% ；對滿堂布樁基礎(chǔ)，樁位偏差不應大于0.4倍樁徑；對條形基礎(chǔ)，樁位偏差不應大于0.25 倍樁徑，對單排布樁樁位偏差不

18、應大于60mm 。五 質(zhì)量檢驗施工質(zhì)量檢驗主要應檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數(shù)、樁位偏差、褥墊層厚度、夯填度和樁體試塊抗壓強度等。水泥粉煤灰碎石樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗。水泥粉煤灰碎石樁地基檢驗應在樁身強度滿足試驗荷載條件時，并宜在施工結(jié)束28d 后進行。試驗數(shù)量宜為總樁數(shù)的0.5%1%，且每個單體工程的試驗數(shù)量不應少于3 點。應抽取不少于總樁數(shù)的10%的樁進行低應變動力試驗，檢測樁身完整性。3.5.4施工方法一、水泥粉煤灰碎石樁的施工，應根據(jù)現(xiàn)場條件選用下列施工工藝：1 長螺旋鉆孔灌注成樁，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土；2 長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，適用于粘性土、粉土、砂土，以及對噪聲或泥漿污染要求嚴格的場地；3 振動沉管灌注成樁，適用于粉土、粘性土及素填土地基。二、長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工和振動沉管灌注成樁施工除應執(zhí)行國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定外，尚應符合下列要求：1 施工前應按設計要求由試驗室進行配合比試驗，施工時按配合比配制混合料。長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度宜為160200mm，振動沉管灌注成樁施工的坍落度宜為3050mm，振動沉管灌注成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過200mm；2 長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設計深度后，應準確掌握提拔鉆桿時間，混合料泵送量應與拔管速