CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿

CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿2024/3/28CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿CFG樁復合地基概述樁體材料及有關參數(shù)加固機理及設計CFG樁施工CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿

1.CFG樁復合地基概述CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁(CementFlyashGravelPile)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C5～C20之間變化，一般為C5～C10。CFG樁是在碎石樁的基礎上發(fā)展起來的，屬復合地基剛性樁。

CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿復合地基根據(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樁復合地基原理與施工技術講義講稿CFG樁由于自身具有一定的粘結性，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，樁土應力比高一般為10～40。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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿

2.樁體材料及有關參數(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20～50mm,石屑粒徑2.5～10mm,混合料密度2.1～2.2t/m3。石屑摻量的影響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量。

CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿根據(jù)有關試驗資料，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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿施工時，混合料要嚴格按設計配合比配備，攪拌時間不少于1min，碎石和石屑含雜質不超過5%。長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工的坍落度宜為160～200mm,振動沉管灌注樁施工的坍落度宜為30～50mm。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿

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，樁土應力比大，而且具有很大的可調(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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿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)整樁土應力比，實現(xiàn)樁土協(xié)調(diào)變形。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿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樁應承擔的荷載。顯然，遵循這一設計原則，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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿減少基礎底面的應力集中根據(jù)實測的樁土應力比ｎ與褥墊層厚度ΔH的變化關系，當褥層厚度很小時，樁對基礎底面產(chǎn)生應力集中。但當褥墊厚度大于10cm時，應力集中明顯降低(樁土應力比約為6)，當褥墊層厚度為30cm時，樁土應力比降為1.23。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿褥墊厚度可調(diào)整樁土荷載分擔比由有關試驗測得的結果，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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿3.3CFG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部位土的位移，樁側土體對樁產(chǎn)生與樁位移相反方向的側阻力，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的沉降均不相同。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿在某一深度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Z〉Z0時，樁的位移大于土的位移，土對樁產(chǎn)生的是正摩阻力。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿由于褥墊層的設置．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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿3.4CFG樁復合地基設計

一、設計內(nèi)容CFG樁復合地基的設計內(nèi)容包括樁徑、樁距、樁長、承載力計算、變形計算和褥墊厚度。⑴樁徑一般樁徑為350～600mm，由施工設備的樁管決定。CFG樁常采用振動沉管法施工。⑵樁距樁距的大小取決于設計要求的地基承載力、布樁形式、土質與施工機具等，但還要考慮到施工的可行性。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿⑶復合地基承載力

β—樁間土強度折減系數(shù)，無經(jīng)驗時可取β=0.75～0.95。⑷單樁承載力CFG樁單樁承載力可按以下方式確定：①由單樁靜載試驗確定：Ra=Ru/k②計算確定，按下式估算：

⑸褥層厚度一般取15～30cm為宜。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿⑹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—應力修正法(沉降折減法)復合模量法樁身壓縮量法

CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿4.CFG樁施工CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿4.1CFG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CFG樁的長螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁施工設備。目前，用于工程實踐的設備和工藝有：CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿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CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿4.2振動沉管施工工藝CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿施工準備施工前應具備的資料和條件:⑴場地工程地質勘察報告;⑵CFG樁布樁圖。應注明樁位編號、設計說明和施工說明。⑶場地鄰近的高壓電纜、地下管線、地下構筑物和障礙物等調(diào)查資料。⑷場地的水準控制點和線路控制坐標。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿施工技術措施：⑴確定施工機具和配套設備；⑵制定材料供應計劃。標明所用材料的規(guī)格、技術要求和數(shù)量；⑶進行試成孔，復核地質資料以及設備、工藝的適用性，核定或調(diào)整技術參數(shù)；⑷按施工平面圖放好樁位；⑸確定施打順序；⑹復核測量基線、水準點及樁的軸線定位點，檢查場地所設的水準點是否受施工影響；⑺打樁機沉管表面應有明顯的進尺標記。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿施工流程(1)沉管：①根據(jù)設計樁長、成管入土深度確定機架高度和沉管長度，并進行設備組裝；②樁機就位，樁管保持垂直，垂直度偏差不大于1%；③若采用預制鋼筋砼樁尖，需埋入地表以下300mm左右；④開始沉管。啟動馬達，沉管到預定標高、停機。⑤記錄激振電流變化情況。一般可1m記錄一次。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿(3)拔管：①拔管前，應在原位留振約10s再振動拔管。②控制拔管速度，一般1.2～1.5m/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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿(2)投料：沉管至設計標高后須盡快投料，直到管內(nèi)混合料與鋼管投料口齊。若投料量不夠，應在拔管過程中空中投料，以保證成樁樁頂標高滿足設計要求。(3)拔管：①拔管前，啟動馬達在原位留振約5-10s再拔管。②控制拔管速度，一般1.2～1.5m/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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿⑷沉管拔出地面，確認成樁符合設計要求后，用粒狀材料或濕粘性土封頂。⑸施工過程中，抽樣做混合料試塊，一般一個臺班一組，尺寸150mm×150mm×150mm,并測定28天抗壓強度。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿施工常見問題及對策

施工常見問題⑴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：

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土。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿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。⑵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，若已打樁結硬但強度不高，在中間補打新樁時，已打樁有時會被振裂。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿⑶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⑷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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿對策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φ377mm，投料量1.8m31.2m/min開挖樁徑380mm2.5m/min開挖樁徑360mm0.8m/min樁頂浮漿多，樁身強度低

合理的拔管速度：1.2—1.5m/minCFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿注意：拔管速度指線速度，不是平均速度。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。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿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

⑴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。⑵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，施工質量越容易控制。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿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，不應由外向中心推進土體隆起、斷樁CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿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3—5cm，和易性好，拔管速度合理，浮漿可控制在10cm，質量容易保證。

CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿施工質量控制措施⑴施工前的工藝試驗目的:施打順序和樁距能否保證樁身質量.方法：在樁頂表面埋設標桿，觀測樁頂位移量。內(nèi)容：新打樁對未結硬已打樁的影響。上升量與樁身直徑的關系。新打樁對已結硬已打樁的影響。上升量＜1cm。CFG樁復合地基原理與施工技術講義講稿⑵施工監(jiān)測信息化施工及時發(fā)現(xiàn)施工