CFG樁復(fù)合地基原理與施工技術(shù)講義講稿

1、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(Cement Flyash Gravel Pile)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(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)

2、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1040。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(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

4、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160200mm,振動(dòng)沉管灌注樁施工的坍落度宜為3050mm。 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

5、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?。粚?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

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(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)力比與褥墊層厚度H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

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(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。 3.3 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(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)ZZ0時(shí)，樁的位移大于土的位移，土對(duì)

8、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。 3.4 CFG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。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(dòng)沉管法施工。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。 復(fù)合地基承載力

9、樁間土強(qiáng)度折減系數(shù)，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)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(yàn)確定： Ra=Ru/k 計(jì)算確定，按下式估算： 褥層厚度 一般取1530cm為宜。 沉降計(jì)算 復(fù)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(fù)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(fù)合地基于1988年提出并用于工程實(shí)踐 ，首先選用的是振動(dòng)沉管施工工藝，這是因?yàn)檎駝?dòng)沉管打樁機(jī)在我國(guó)擁有量較多，分布也較廣。 90年代末期，中國(guó)建科院研制了專門用于打設(shè)CFG樁的長(zhǎng)螺旋鉆

10、管內(nèi)泵壓CFG樁施工設(shè)備。 目前，用于工程實(shí)踐的設(shè)備和工藝有：振動(dòng)沉管施工工藝長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工工藝人工或機(jī)械洛陽(yáng)鏟成樁工藝泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工工藝 4.2 振動(dòng)沉管施工工藝施工準(zhǔn)備 施工前應(yīng)具備的資料和條件:場(chǎng)地工程地質(zhì)勘察報(bào)告;CFG樁布樁圖。應(yīng)注明樁位編號(hào)、設(shè)計(jì)說(shuō)明和施工說(shuō)明。場(chǎng)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(chǎng)地的水準(zhǔn)控制點(diǎn)和線路控制坐標(biāo)。 施工技術(shù)措施：確定施工機(jī)具和配套設(shè)備；制定材料供應(yīng)計(jì)劃。標(biāo)明所用材料的規(guī)格、技術(shù)要求和數(shù)量；進(jìn)行試成孔，復(fù)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(fù)核測(cè)量基線、水準(zhǔn)點(diǎn)及樁的軸線定位點(diǎn)，檢查場(chǎng)地所設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)是否受施工影響；打樁機(jī)沉管表面應(yīng)有明顯的進(jìn)尺標(biāo)記。施工流程(1)沉管：根據(jù)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、成管入土深度確定機(jī)架高度和沉管長(zhǎng)度，并進(jìn)行設(shè)備組裝；樁機(jī)就位，樁管保持垂直，垂直度偏差不大于1%；若采用預(yù)制鋼筋砼樁尖，需埋入地表以下300mm左右；開始沉管。啟動(dòng)馬達(dá)，沉管到預(yù)定標(biāo)高、停機(jī)。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(dòng)拔管?？刂瓢喂芩俣?，一般1.21.5m/min較合適。拔管過(guò)快易造成局部縮頸或斷樁；拔管太慢、振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使樁頂浮漿增厚，易使混合料離析。 (2)投料： 沉管至設(shè)計(jì)

12、標(biāo)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(guò)程中空中投料，以保證成樁樁頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。(3)拔管：拔管前，啟動(dòng)馬達(dá)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(guò)快易造成局部縮頸或斷樁；拔管太慢、振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使樁頂浮漿增厚，易使混合料離析。沉管拔出地面，確認(rèn)成樁符合設(shè)計(jì)要求后，用粒狀材料或濕粘性土封頂。施工過(guò)程中，抽樣做混合料試塊，一般一個(gè)臺(tái)班一組，尺寸150mm150mm150mm, 并測(cè)定28天抗壓強(qiáng)度。施工常見問(wèn)題及對(duì)策 施工常見問(wèn)題 施工擾動(dòng)對(duì)土強(qiáng)度的影響 根據(jù)振動(dòng)沉管成樁工藝對(duì)土密實(shí)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(shí)度對(duì)土的擠密性影響很大： 密實(shí)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(shí)，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(dāng)采用連打作業(yè)時(shí)，孔隙水壓力來(lái)不及消散，對(duì)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(yán)重的會(huì)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(dòng)力較大，鄰樁易出現(xiàn)振動(dòng)破壞。采用隔樁跳打工藝，若已打樁結(jié)硬但強(qiáng)度

14、不高，在中間補(bǔ)打新樁時(shí)，已打樁有時(shí)會(huì)被振裂。樁體強(qiáng)度不均 樁機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)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(qiáng)度不均樁料與土的混合 采用活瓣樁靴成樁，當(dāng)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(shí)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(duì)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(chǎng)試驗(yàn)：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(qiáng)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(dòng)后5-10s ，拔管過(guò)程中不再留 振，不得反插。 若樁機(jī)卷?yè)P(yáng)速度較快，可增加卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)中動(dòng)滑輪數(shù)量或通過(guò)電動(dòng)機(jī)-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(jì)性 試驗(yàn)表明，其它條件相同時(shí)，樁距越小，復(fù)合地基承載力越高；當(dāng)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(dòng)使土體密度增加，場(chǎng)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(shí)，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(duì)大面積布樁，采用由中心向外或一邊向一邊推進(jìn)的施工順序，不應(yīng)由外向中心推進(jìn) 土體隆起、斷樁4、混合料坍落度 坍落度 過(guò)大，樁頂浮漿多，樁身強(qiáng)度降低 過(guò)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(yàn) 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(biāo)桿，觀測(cè)樁頂位移量。 內(nèi)容：新打樁對(duì)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(duì)已結(jié)硬已打樁的影響。上升量1cm。 施工監(jiān)測(cè) 信息化施工 及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的問(wèn)題 分析

17、 措施 觀測(cè)內(nèi)容：施工場(chǎng)地標(biāo)高觀測(cè)。施工前測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高，施工過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量地面是否隆起。樁頂標(biāo)高的觀測(cè)。注意已打樁樁頂標(biāo)高變化，特別樁距小的樁。對(duì)樁頂上升量大的樁開挖檢查。4.3長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝 該工藝由長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、混泥土泵和強(qiáng)制式攪拌機(jī)組成。存在的主要問(wèn)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(xì)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(duì)比振動(dòng)沉管施工工藝 優(yōu)點(diǎn)：施工操作簡(jiǎn)便，施工費(fèi)用低，對(duì)樁間土擠密 效果顯著。 缺點(diǎn)：對(duì)施工控制不嚴(yán)，可能產(chǎn)生質(zhì)量事故。振動(dòng) 和噪音污染。 為目前主要施工工藝。長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)振動(dòng)和噪音污染，施工效率較高。 缺點(diǎn)：施工設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，成本較高。 謝 謝!演講完畢，謝謝觀看！內(nèi)容總結(jié)CFG樁復(fù)合地基原理與施工技術(shù)。石屑的摻量可用石屑率S來(lái)表示：。CFG樁