對CFG樁復合地基技術的認識

對CFG樁復合地基技術的認識1前言CFG樁復合地基是近年來在碎石樁加固地基的基礎上發(fā)展起來的一種地基處理技術。該技術在北京、天津、廊坊、石家莊、唐山、成都、南寧、深圳、德州、長春、哈爾濱、新疆等地多層、高層和超高層建筑、工業(yè)廠房地基處理工程中得以廣泛使用，并取得良好的經濟和社會效益。目前，已逐步應用到公路工程建設當中，并具有極好的應用前景。2CFG樁及其復合地基知識概述2.1CFG樁CFG(CementFlying-ashGravelpile)樁是在碎石樁樁體中摻加適量的粉煤灰、石屑或砂、水泥及特種添加劑加水拌合，用各種成樁機械制成的一種高粘結強度樁體的簡稱。就其功能原理來講屬于地基處理范疇,樁身可在全長范圍內受力，和樁基相比，由于CFG樁可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力，工程造價一般為樁基的1/3~1/2。CFG樁施工速度很快，—臺設備10~15天可處理1000平米地基。目前已應用于公路建設的軟基處理、橋涵臺背處理和結構物基底處理工程等項目中。2.2CFG樁復合地基CFG樁復合地基由CFG樁、樁間土及褥墊層三部分構成。其構造示意圖如圖1所示。其加固機理總體來說就是:褥墊層受上部基礎荷載作用產生變形后以一定的比例將荷載分攤給樁及樁間土，使二者共同受力。同時土體受到樁的擠密而提高承載力，而樁又由于周圍土的側應力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一個復合地基的受力整體，共同承擔上部傳來的荷載。由于樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間士表面應力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應減少樁間土承擔的荷載。這樣，由于樁的作用使復合地基承載力提高，沉降變形減小，并同時提高了土體的抗剪強度，亦可使CFG樁避免產生刺入破壞的可能。2.3CFG樁復合地基加固機理2.3.1CFG樁加固機理CFG樁加固地基的機理主要表現在樁體置換和樁間土擠密兩方面：1)樁體置換作用。水泥經水解和水化反應以及與粉煤灰的凝硬反應后生成穩(wěn)定的結晶化合物，這些化合物填充了碎石和石屑的空隙，將這些骨料黏結在一起，因而提高了樁體的抗剪強度和變形模量，使CFG樁起到了樁體的作用，承擔大部分上部荷載。2）對樁間土擠密作用。CFG樁在處理砂性土、粉土和塑性指數較低的黏性土地基時，采用振動沉管等排土、擠密施工工藝，提高了樁間土的強度，并通過提高樁側法向應力增加了樁體側壁摩阻力，使單樁承載力也提高了，從而提高復合地基承載力。2.3.2設置褥墊層的基本原理據有關試驗資料表明，地基不設置褥墊層與設置一定厚度的褥墊層，其樁間土承擔荷載的情況有明顯區(qū)別。如圖2、圖3所示。常用鋪設一定厚度一定級配的砂石、碎石或粗砂、中砂形成厚度為10~30cm的褥墊層，使基礎荷載向樁間土擴散，調整樁體和樁間土承擔豎向荷載的比例，由此產生樁體與樁間土共同承擔上部荷載的作用。因此，設置褥墊層的基本原理主要體現在保證樁與樁間土共同承擔荷載和均勻地基應力，減小地基沉降變形兩個方面。3CFG樁復合地基的施工工藝技術CFG樁施工工藝較簡單，其施工主要是成樁機械和混凝土拌和設備。操作方便，施工進度較快，質量能夠保證。但成樁設備不同，工藝流程也略有不同。采用長螺旋鉆孔灌注成樁工藝流程樁位放點-攪拌混凝土-長螺旋鉆機就位、成孔一壓灌素混凝土一邊提升鉆桿邊壓灌素混凝土一成樁、樁體養(yǎng)護一檢測一清樁間土及預留樁頭一鋪設褥墊層。3.2采用振動沉管灌注成樁工藝流程施工準備一樁尖的預制與埋設一樁機進場-樁機就位一沉管一混合料攪拌及投料一拔管一封頂一檢測一清理樁間土及預留樁頭一鋪設褥墊層。4CFG樁復合地基在施工中的質量控制CFG樁復合地基是在碎石樁加固地基法的基礎上發(fā)展起來的一種地基處理技術。由于CFG樁改善了碎石樁的剛性，使其不僅能很好地發(fā)揮全樁的側阻作用，同時也能很好地發(fā)揮其端阻作用。因此，得以廣泛采用，并取得良好的經濟和社會效益。為進一步保證CFG樁復合地基的施工質量，應控制好以下幾個問題。4.1選用合理的施工機械設備。CFG樁多用振動沉管機施工，也可用螺旋鉆機。而選用哪一類成樁機和什么型號，要視工程的具體情況而定。對北方大多數地區(qū)存在的夾有硬土層地質條件的地區(qū)，單純使用振動沉管機施工，會造成對已打樁形成較大的振動，從而導致樁體被震裂或震斷。對于靈敏度和密實度較高的土振動會造成土的結構強度破壞，密實度減小，引起承載力下降。故不能簡單使用振動沉管機。此時宜采用螺旋鉆預引孔，然后再用振動沉管機制樁。這樣的設備組合避免了已打樁被震壞或擾動樁間土導致樁間土的結構破壞而引起復合地基的強度降低。所以，在施工準備階段，必須詳細了解地質情況，從而合理地選用施工機械。這是確保CFG樁復合地基質量的有效途徑。4.2深入了解地質情況，采用合理的施工工藝。在施工過程中，成樁的施工工藝對CFG樁復合地基的質量至關重要，不合理的施工工藝將造成重大的質量問題，甚至導致質量事故，而要選擇確定合理的施工工藝必須深入了解地質情況。只有在深入了解地質情況的基礎上，才能確定合理的施工工藝，并在施工過程中加強監(jiān)測，根據具體情況，控制施工工藝，發(fā)現特殊情況，做出具體的改變。4.2.1選取合適施工方案在飽和軟土中成樁，樁機的振動力較小，但當采用連打作業(yè)時，由于飽和軟土的特性，新打樁將擠壓已打樁，形成橢圓或不規(guī)則形態(tài)，產生嚴重的縮頸和斷樁。此時，應采用隔樁跳打施工方案。而在飽和的松散粉土中施工，由于松散粉土振密效果好，先打樁施工完后，土體密度會有顯著增加。而且，打的樁越多，土的密度越大。在補打新樁時，一是加大了沉管難度，二是非常容易造成已打樁斷樁，此時，隔樁跳打亦不宜采用.當滿堂布樁時，不宜從四周轉向內推進施工，宜從中心向外推進施工，或從一邊向另一邊推進施工。但僅憑打樁順序的改變并不能完全避免新打樁的振動對已結硬的已打樁產生影響。此時，應采用螺旋鉆引孔的方案，避免新打樁的振動造成已打樁的斷樁。4.2.2嚴格控制拔管速率。拔管速率太快可能導致樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管速率過慢又會造成水泥漿分布不勻，樁項浮漿過多，樁身強度不足和形成混和料離析現象，導致樁身強度不足。故施工時，應嚴格控制拔管速率。正常的拔管速率應控制在1.2-1.5米/分。4.2.3、控制好混合料的坍落度。大量工程實踐表明，混合料坍落度過大，會形成樁項浮漿過多，樁體強度也會降低。坍落度控制在3~5厘米，和易性好，當拔管速率為1.2-1.5米/分時，—般樁頂浮漿可控制在10厘米左右，成樁質量容易控制。4.2.4、 設置保護樁長。使樁在加料時，比設計樁長多加0.5米，將沉管拔出后，用插入式振搗棒對樁頂混合料加振3~5秒，提高樁頂混合料密實度。上部用土封項，增大混合料表面的高度即增加了自重壓力，可提高混合料抵抗周圍土擠壓的能力，避免新打樁振動導致已打樁受振動擠壓，混合料上涌使樁徑縮小。4.2.5、 拔管過程避免反插。在拔管過程中若出現反插，由于樁管垂直度的偏差，容易使土與樁體材料混合，導致樁身摻土影響樁身質量，應避免反插。4.3加強施工過程中的監(jiān)測。在施工過程中，應加強監(jiān)測，及時發(fā)現問題，以便針對性地采取有效措施，有效控制成樁質量，重點應做好以下幾方面的監(jiān)測：4.3.1、 施工場地標高觀測。施工前要測量場地的標高，并注意測點應有足夠的數量和代表性。打樁過程中則要隨時測量地面是否發(fā)生降起。因為斷樁常和地表隆起相聯系。4.3.2、 已打樁樁頂標高的觀測。施工過程中注意已打樁樁頂標高的變化，尤其要注意觀測樁距最小部位的樁。因為在打新樁時，量測已打樁樁頂的上升量，可估算樁徑縮小的數值，以判斷是否產生縮徑。4.3.3、 對有懷疑的樁的處理。對樁頂上升量較大或懷疑發(fā)生質量問題的樁應開挖查看，并做出必要的處理。5CFG樁復合地基承載力及施工檢測5.1復合地基承載力的確定根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GBJ79-2002)(簡稱地基規(guī)范)和《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2002)(簡稱地基處理規(guī)范)，復合地基承載力確定可分為設計階段和竣工驗收階段進行討論。5.1.1、設計階段在復合地基設計階段，地基規(guī)范規(guī)定：復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定；地基處理規(guī)范規(guī)定：復合地基承載力特征值，應通過現場復合地基載荷試驗確定。初步設計時，也可按下式估算：fspk=mRa/Ap+ p(l-m)fsk (1)式中：fspk—復合地基承載力特征值(kpa)；m—面積置換率；Ra一單樁豎向承載力特征值(kN)；Ap一樁的截面積(m2)；P—樁間土承載力折減系數宜按地區(qū)經驗取值，如無經驗時可取0.75~0.95,天然地基承載力較高時取大值；fsk—樁間土承載力特征值(kPa),宜按當地經驗取值，如無經驗時，可取天然地基承載力特征值。實際工程中，有條件時先在擬建場地做現場載荷試驗，可為設計提供可靠的設計參數。而很多情況是在無試驗資料條件下按(1)式估算復合地基承載力，但要結合工程實踐經驗，合理確定Ra、fsk、p等參數的取值。希望公式計算值接近但不大于載荷試驗結果，而大量試驗結果表明，公式計算結果一般不大于載荷試驗結果。5.1.2竣工驗收階段由以上討論可知，在復合地基設計階段，確定復合地基設計參數時，用公式(1)估算復合地基承載力是符合規(guī)范要求的。在竣工驗收階段，能否只做單樁靜載試驗.用單樁承載力Ra和地質報告提供的天然地基承載力fak(或樁間土靜載試驗結果fsk)按公式(1)計算確定復合地基承載力特征值，是需要說明的一個重要問題。首先，加固后樁間土承載力特征值fsk與然地基承載力特征值fak是不同的，為樁間土承載力提高系數，對擠密效果好的土采用振動擠土成樁工藝，由于土密度的增加和樁對土的側向約束作用，fsk遠大于fak,用單樁承載力Ra和天然地基承載力fak確定復合地基承載力與實測值相比會有較大誤差。即使用單樁靜載試驗的Ra和樁間土靜載試驗結果fsk按公式(1)計算復合地基承載力，p的取值可能會因人而異，對于同一復合地基，得出不同的計算結果，這樣就不能保證復合地基承載力的準確性和唯一性。因此