畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-高速鐵路CFG樁飽和軟粘土地基處理

PAGEPAGE高速鐵路CFG樁飽和軟粘土地基處理TheCFGPileSaturatedClayGroundProcessingDesignOfHighSpeedRailway摘要飽和軟粘土的特征界于軟土和一般土之間,天然含水量大、壓縮性高、承載力低。在松軟土地基上修筑高速鐵路時(shí)，若處治不當(dāng)，往往會(huì)導(dǎo)致路基失穩(wěn)或沉降達(dá)不到預(yù)期目的，造成鐵路不能正常運(yùn)營(yíng)以及后期維護(hù)費(fèi)用高等問題。本文先介紹了軟粘土地基的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，及各種處理方法。然后就本設(shè)計(jì)所采用的CFG樁的資料進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，介紹了CFG樁的發(fā)展歷史、適用范圍、特性及其按照施工工藝的分類；詳細(xì)敘述了振動(dòng)沉管CFG樁的加固機(jī)理、設(shè)計(jì)計(jì)算、施工工藝及其質(zhì)量檢驗(yàn)。最后，本文對(duì)武廣高速鐵路和京滬高速鐵路軟粘土地基進(jìn)行了改良加固；最終選定振動(dòng)沉管CFG樁作為改良工法，并按照國(guó)外樁網(wǎng)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)，樁網(wǎng)復(fù)合地基是一種新型的地基處理方法，其理論與實(shí)踐研究都落后于國(guó)外。隨著復(fù)合地基技術(shù)在中國(guó)的快速發(fā)展，其理論與應(yīng)用方面的問題有待進(jìn)一步的更為深入地研究。關(guān)鍵詞：CFG樁樁網(wǎng)復(fù)合地基飽和軟粘土

AbstractSaturatedsoftclayisbetweenweeksoilandgeneralsoil,thenaturalwatercontentofthesoftsoilislarge;thecompressingishigh;bearingtheweightislow.Whilebuildingthehigh-speedrailwayonthesoftsoilground,ifitispunishedimproperly,willoftenmaketheroadbedlosestabilityorsubsidencecannotreachtheanticipatedpurpose,makingtherailwaybeunabletorunnormallyandthehighproblemoftheexpensesonlatermaintenance.Thistextintroducesthephysicalpropertyandthemechanicalnatureofthesoftsoilgroundfirstly,andstatesallkindsoftreatmentmethods.ThisthesissummarizesthedatumoftheCementFly-ashGravelPilesystematically,thenitintroducesthedevelopmenthistory,applicablerangeandconsolidatingmechanismofthedry-vibratedCementFly-ashGravelPile.Alsothedesigntheoriesandconstructioncraftofthedry-vibratedCementFly-ashGravelPileareintroduced.Finally,thisthesisputforwardrationalizationschemeofstrengtheningthesoftsoilgroundinHighspeedrailwayofWuguangandJinghu.Finallythedry-vibratedCementFly-ashGravelPileisadoptedbycontrastingtheapplicabilityofthesemethods,andthenmakesadetaileddesignaccordingtothemethodsofourcountry.Asweknow,compositefoundationiswidelyusedinengineeringandtheoreticalstudyisfarbehindpracticeatpresent.Mostoftheresearchesarebasedontheexperimentandexperienceandcanseldomstudyitwiththemethodofnumericalanalysis.WiththequickapplicationofcompositefoundationtechnologyinChina,someproblemsconcertingitsapplicationswillbestudiedandpracticedfurthermoreKeywords:CementFly-ashGravelPilepile-netcompositefoundationSaturatedsoftclay

目錄第1章緒論 11.1飽和軟粘土地基概述 11.2飽和軟粘土的特征 11.3飽和軟粘土的工程地質(zhì)特征 21.4軟粘土地基的破壞形式 2第2章CFG樁復(fù)合地基 42.1CFG樁概述 42.2CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理及效應(yīng) 52.2.1復(fù)合地基效應(yīng) 52.2.2CFG樁各部分的作用 72.3CFG樁地基工程特性 10第3章CFG樁復(fù)合地基計(jì)算 123.1樁體間距的設(shè)計(jì)計(jì)算 123.2CFG樁地基承載力計(jì)算 173.2.1樁間土極限承載力計(jì)算 173.2.2CFG樁復(fù)合地基承載力 183.2.3加固區(qū)下臥軟弱層承載力驗(yàn)算 193.3CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算 203.3.1計(jì)算加固區(qū)變形和下臥層沉降 213.3.2CFG樁復(fù)合地基變形計(jì)算 23第4章振動(dòng)沉管CFG樁施工工藝 254.1施工程序 254.1.1施工準(zhǔn)備施工前應(yīng)具備的資料和條件 254.1.2CFG樁施工 254.2施工中要注意的問題和控制措施 264.3施工工藝方法的研究 27第5章武廣客運(yùn)專線CFG樁飽和軟粘土地基處理 315.1配合比的確定： 315.2原地表處理: 315.3施工工藝： 325.4CFG樁基的檢測(cè)： 32第6章京滬客運(yùn)專線CFG樁飽和軟粘土地基處理 346.1京滬高速鐵路飽和軟粘土資料 346.2軟弱地基處理的選用原則 346.3CFG樁設(shè)計(jì) 356.3.1設(shè)計(jì)基本條件 356.3.2CFG樁基本參數(shù) 36第7章結(jié)論 387.1設(shè)計(jì)總結(jié) 387.2進(jìn)一步研究工作 39參考文獻(xiàn) 40致謝 41附錄 42石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)—PAGE17—第1章緒論1.1飽和軟粘土地基概述飽和軟粘土在我國(guó)分布極為廣泛，幾乎遍布沿海和河流的中下流及湖泊附近地區(qū)，其中最具代表性的是淤泥．它們是以極細(xì)的粘土膠狀物質(zhì)為主，在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，并伴有微生物作用的一種結(jié)構(gòu)性土．淤泥屬飽和多孔介質(zhì)，是由土粒固體骨架和充滿在骨架內(nèi)的液體孔隙水組成，其物理力學(xué)特性是：高孔隙比、高含水量、低強(qiáng)度、高壓縮性且滲透性差，具有明顯的流變性．隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，在土木建筑、水利交通等眾多工程建設(shè)中，人們將面對(duì)大量的淤泥類軟粘土地基，要解決淤泥類軟土的工程問題，就必須首先了解它的工程特性．室內(nèi)土工試驗(yàn)的試樣系從某工地利用取土器細(xì)心取得，并在運(yùn)輸過程中使擾動(dòng)減到最低限度，所以試樣保持較高的原狀性．固結(jié)試驗(yàn)利用有側(cè)限的常規(guī)固結(jié)儀．1.2飽和軟粘土的特征(1)天然含水量高：其值一般大于液限，屬于流動(dòng)狀態(tài)，天然孔隙比在1．0～1．9之間，因而一般屬于淤泥或淤泥質(zhì)土，其中淤泥質(zhì)土占多數(shù)．液限變化在34％～58％，塑性指數(shù)變化范圍是13～3O，屬于中等塑性的有機(jī)土或無機(jī)土．(2)低滲透性：軟土具有很小的滲透系數(shù)(1O-％m／s以下)，透水性能很差．說明此類土體的水分滲出條件極差，對(duì)地基的固結(jié)排水極為不利，在建筑物的基礎(chǔ)沉降方面的表現(xiàn)為延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并且在荷載作用下固結(jié)較慢，強(qiáng)度不易提高．(3)高壓縮性：此類土壓縮系數(shù)大于0．5MPa，屬于高壓縮性土．其壓縮性往往隨液限的增大而增大．由于軟粘土大多為第四紀(jì)后期的沉積物，通常屬于正常固結(jié)土．土體受壓后極易產(chǎn)生壓縮變形，在建筑物基礎(chǔ)沉降方面反映為沉降量大．(4)不均勻性：軟土的顆粒組成多為微細(xì)和高分散的顆粒，在粘粒層中局部以粉粒為主，在平面分布與垂直方向上具有明顯的差異性和分選性、以及顆粒組成的不均勻性．因此極易造成建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降．由于粘土礦物顆粒很小，一般呈薄片狀，且表面帶有負(fù)電荷，在粘土顆粒四周吸附著大量的偶極化分子．所以在沉積過程中，軟土層較易形成絮凝狀結(jié)構(gòu)，這也是造成軟粘土天然含水量高的原因之一．(5)抗剪強(qiáng)度低：軟粘土的強(qiáng)度大小與排水條件關(guān)系密切，若排水條件良好，在荷載作用下，軟土經(jīng)過固結(jié)后，其強(qiáng)度隨有效應(yīng)力的增大而增大．在一般快剪情況下，粘聚力在10kPa左右，內(nèi)摩擦角為0°～5°之間．(6)顯著的結(jié)構(gòu)性和觸變性：軟土具有一定的結(jié)構(gòu)連結(jié)，一旦受到擾動(dòng)(振動(dòng)、攪拌或揉搓等)，其絮凝狀結(jié)構(gòu)連結(jié)遭受破壞，由于土體含水量高，極易變成稀釋狀態(tài)，產(chǎn)生觸變或液化現(xiàn)象，使土體的強(qiáng)度迅速降低．但是，軟土擾動(dòng)后，隨著靜置時(shí)間的增長(zhǎng)，其強(qiáng)度又會(huì)逐漸有所恢復(fù)，即所謂的觸變恢復(fù)．若經(jīng)過排水固結(jié)，則其強(qiáng)度會(huì)超過原有的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度．1.3飽和軟粘土的工程地質(zhì)特征軟粘土地基承載力低，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢；加荷后易變形且不均勻；變形速率大且穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)；具有滲透性小、觸變性及流變性大的特點(diǎn)。常用的地基處理方法有預(yù)壓法、置換法、攪拌法等。軟粘土在荷載作用下的強(qiáng)度增長(zhǎng)：飽和軟粘土地基在外荷載作用下隨著孔隙水壓力的消散以及土層的固結(jié)，土的抗剪強(qiáng)度也將會(huì)隨之增長(zhǎng)。1.4軟粘土地基的破壞形式一般而言，地基問題可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：⑴承載力及穩(wěn)定性低地基承載力較低，不能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷載，導(dǎo)致地基失穩(wěn)，出現(xiàn)局部或整體剪切破壞，或沖剪破壞。⑵沉降變形高壓縮性地基可能導(dǎo)致建筑物發(fā)生過大的沉降量，使其失去使用效能；地基不均勻或荷載不均勻?qū)е碌鼗两挡痪鶆?，使建筑物傾斜、開裂、局部破壞，失去使用效能甚至整體破壞。⑶動(dòng)荷載下的地基液化、失穩(wěn)和震陷飽和無粘性土地基具有振動(dòng)液化的特性。在地震、機(jī)器振動(dòng)、爆炸沖擊、波浪作用等動(dòng)荷載作用下，地基可能因液化、震陷導(dǎo)致地基失穩(wěn)破壞；軟粘土在振動(dòng)作用下，產(chǎn)生震陷。⑷滲透破壞土具有滲透性，當(dāng)?shù)鼗谐霈F(xiàn)滲流時(shí)，將可能導(dǎo)致流土（流砂）和管涌（潛蝕）現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)能使地基失穩(wěn)、崩潰。飽和軟粘土地基是近代水下沉積的飽和粘土，具有含水量大、孔隙比大、壓縮性高、滲透性差、承載力低的工程性質(zhì)，呈軟塑~流塑狀態(tài)。在外力和自然因素如地震的作用下，會(huì)發(fā)生破壞。松散的粉砂如果是飽和的。其孔隙為水所充滿。在遇到強(qiáng)烈地震時(shí)，會(huì)產(chǎn)生急劇的狀態(tài)變化。導(dǎo)致孔隙水壓力驟然上升。當(dāng)這種水壓力來不及消散，就使得原來通過砂粒互相接觸所傳遞的壓力減小乃至消失，顆粒處于懸浮狀態(tài)，使原砂土結(jié)構(gòu)受到破壞?？辜魪?qiáng)度喪失成為液體狀態(tài)，因而喪失承載力，此即土層液化現(xiàn)象。液化引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的類型有：地基喪失承載力；液化土向低凹處流動(dòng)。高孔壓導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上??；噴砂孔的形成以及導(dǎo)致側(cè)向壓力增加。當(dāng)覆蓋土層破裂，則受壓水挾帶砂粒噴出地面，出現(xiàn)噴水、冒砂現(xiàn)象，常常導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生大量不均勻沉降，造成建筑物開裂、傾斜或破壞。高速鐵路飽和軟粘土地基路基，在地震時(shí)產(chǎn)生的破壞、變形原因由以下幾個(gè)方面所引起：①飽和軟粘土地基強(qiáng)度減小所引起的路堤破壞；②飽和軟粘土地基液化引起的垂直方向的沉降；③飽和軟粘土地基側(cè)向流動(dòng)引起的沉降；④路基破壞引起的永久變形；⑤路基震實(shí)和路堤液化引起的永久變形。對(duì)于新建的高速鐵路，由于設(shè)計(jì)時(shí)提高了沉降變形控制標(biāo)準(zhǔn)（路堤填料質(zhì)量及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)等），液化土地基的液化、側(cè)向流動(dòng)及路基破壞所引起的路基沉降是高速鐵路地震時(shí)發(fā)生破壞的最主要原因，而路堤震實(shí)和路堤液化所引起的永久變形一般可不予考慮。

第2章CFG樁復(fù)合地基2.1CFG樁概述CFG樁（CementFly-ashGravelPile）是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱。它是由水泥、粉煤灰、碎石樁、石屑或是砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。通過調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)在C15～C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁復(fù)合地基實(shí)驗(yàn)研究是建設(shè)部“七五”計(jì)劃課題，于1988年立題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并用于工程實(shí)踐。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果于1992年由建設(shè)部組織鑒定，專家們一致認(rèn)為：該成果具有國(guó)際領(lǐng)先水平，推廣意義很大。CFG樁復(fù)合地基成套技術(shù)，1994年被建設(shè)部列為全國(guó)重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，被國(guó)家科委列為國(guó)家級(jí)全國(guó)重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。1997年被列為國(guó)家級(jí)工法，并制定了中國(guó)建筑科學(xué)研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已列入國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，該規(guī)范正在編制過程中。為了進(jìn)一步推廣這項(xiàng)技術(shù)，國(guó)家投資對(duì)施工設(shè)備和施工工藝進(jìn)行了專門研究，并列入“九五”國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。1999年12月通過了國(guó)家驗(yàn)收。該技術(shù)已在全國(guó)23個(gè)省、市廣泛推廣應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)已在1000多個(gè)工程中應(yīng)用。和樁基相比，由于CFG樁樁體材料可以摻入工業(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(jià)一般為樁基的1/3~1/2，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。碎石樁系散體材料，本身沒有粘結(jié)強(qiáng)度，主要靠周圍土的約束傳遞基礎(chǔ)傳來的垂直荷載。土越軟，對(duì)樁的約束作用越差，樁傳遞垂直荷載的能力越弱。CFG樁針對(duì)碎石樁承載特性的一些不足，加以改進(jìn)而發(fā)展起來的。CFG樁采用螺旋鉆機(jī)或振動(dòng)沉管樁機(jī)等設(shè)備進(jìn)行成孔，是一種具有較高粘結(jié)強(qiáng)度的剛性樁。與一般的柔性樁復(fù)合地基相比，用CFG樁處理地基時(shí)，可大幅度提高地基承載力，并可通過調(diào)節(jié)復(fù)合地基樁長(zhǎng)、樁距及樁體材料配比等指標(biāo)較大幅度調(diào)節(jié)復(fù)合地基承載力的變化區(qū)間，特別是天然地基承載力較低而設(shè)計(jì)要求的承載力較高，用柔性樁復(fù)合地基難以滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，CFG樁復(fù)合地基則有明顯的優(yōu)勢(shì)。CFG樁復(fù)合地基可用于填土、飽和及非飽和粘性土、松散砂土等。它是一種低強(qiáng)度砼樁，可以充分利用樁間土的承載力，共同作用并可傳遞荷載到深層地基中去，具有較高的承載力，承載力提高幅度在2．5～3倍，由于通過CFG樁處理過的復(fù)合地基具有承載力高、沉降變形小、變形穩(wěn)定快、工藝性好、灌注方便、易于控制施工質(zhì)量和工程造價(jià)較低等特點(diǎn)，因此具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。由于CFG樁復(fù)合地基技術(shù)具有以上施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價(jià)低廉的特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為北京及周邊地區(qū)應(yīng)用最普通的地基處理技術(shù)之一。CFG樁一般不用計(jì)算配筋，并且還可利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作摻和料，進(jìn)一步降低了工程造價(jià)。CFG樁適用范圍較廣，就基礎(chǔ)型式而言，CFG樁既可適用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)，也可用于筏基和箱型基礎(chǔ)；就土性而言，CFG樁可用于處理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等地基。既適用于擠密效果好的土，又適用于擠密效果差的土，具有加速土體固結(jié)、沉降變形小、沉降穩(wěn)定快等特點(diǎn)。剛性樁與碎石樁不同，一般情況下不全長(zhǎng)發(fā)揮樁的側(cè)阻，樁端落在好土層也可很好地發(fā)揮端阻作用。若將碎石樁加以改造，使其具有剛性樁的某些性狀，則樁的作用會(huì)大大加強(qiáng)。2.2CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理及效應(yīng)CFG樁復(fù)合地基由樁、樁間土及褥墊層3部分構(gòu)成。其加固機(jī)理：當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時(shí)，樁和樁間土都要發(fā)生沉降變形。樁的變形模量遠(yuǎn)比土的變形模量大，所以樁比土的變形小，由于基礎(chǔ)下面設(shè)置了一定厚度的褥墊層，樁可以向上刺入，伴隨這一變化過程，褥墊層將上部基礎(chǔ)傳來的基底壓力通過適當(dāng)?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁間土，使二者共同受力。同時(shí)土由于樁的擠密作用(指用沉管方法成樁時(shí))而提高了承載力，而樁又由于其周圍土側(cè)應(yīng)力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一個(gè)復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來的荷載。2.2.1復(fù)合地基效應(yīng)復(fù)合地基中樁間土的性狀不同、樁體材料不同、成樁工藝不同，復(fù)合地基的效應(yīng)也不同。CFG樁復(fù)合地基的效應(yīng)，主要有以下四各方面：（1）樁體效應(yīng)；（2）擠密振密作用；（3）墊層作用；（4）排水固結(jié)作用。

⑴樁體效應(yīng)因?yàn)椴牧媳旧淼膹?qiáng)度與軟土地層強(qiáng)度不同，在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯比樁間土小，因此基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的附加應(yīng)力，隨地層的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。大部分荷載將由樁體承受，樁間土應(yīng)力相應(yīng)減小，于是復(fù)合地基承載力較原有地基承載力有所提高，即圖2-2中的（圖中、、分別是樁體承受、基礎(chǔ)附加、樁間土承受的三種應(yīng)力），沉降量亦減小，隨著樁體剛度增加，樁體作用發(fā)揮更加明顯。這一點(diǎn)正是碎石樁與CFG樁受力情況不同的根本點(diǎn)。因?yàn)殡S時(shí)樁樁體材料是松散碎石，自身無粘結(jié)度，依靠周圍土體約束才能承受上部荷載。而CFG樁樁身具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，在荷載作用下，不會(huì)出現(xiàn)壓脹變形，樁承受的荷載通過樁周摩阻力和樁端阻力傳至深層地基中，其復(fù)合地基提高幅度也較碎石樁為大。于是，CFG樁常發(fā)生刺入破壞，而碎石樁常發(fā)生的壓脹破壞和整體破壞。圖2-2樁土受力示意圖⑵擠密振密作用CFG樁采用振動(dòng)沉管法施工時(shí)，由于振動(dòng)和擠壓作用使樁間土得到擠密，特別是在砂層中這一作用更加顯著。砂土在強(qiáng)烈的高頻振動(dòng)下，產(chǎn)生液化并重新排列致密，而且在樁體粗骨（碎石）填入后擠入土中，使砂土的相對(duì)密實(shí)度增加，孔隙率降低，干密度和內(nèi)摩擦角增大，改善圖的物理性質(zhì)，抗液化能力也提高。⑶墊層作用CFG樁所說的墊層不是在一般樁基礎(chǔ)下設(shè)的10～30cm厚混凝土墊層，而是由顆粒材料組成的散體墊。復(fù)合地基和樁基雖然都是以樁的形式處理地基，但樁基基礎(chǔ)與樁、樁間土直接接觸，在給定荷載作用下，樁承受較多的荷載，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，樁發(fā)生一定沉降，荷載相土體轉(zhuǎn)移，土承載隨時(shí)間增加逐漸增加，樁承載則逐漸減小。而復(fù)合地基因?yàn)闃逗突A(chǔ)不是直接接觸，其間有一層碎石墊層（一般厚度是30cm左右），為樁向上刺入提供了條件，并通過墊層材料的流動(dòng)補(bǔ)償，使樁間土與基礎(chǔ)始終保持接觸，在樁、土共同作用下，地基土的強(qiáng)度得到一定程度的補(bǔ)償，相應(yīng)減少了對(duì)樁的承載力的要求。⑷排水固結(jié)作用與一般的碎石樁復(fù)合地基一樣，采用沉管灌注施工CFG樁，在施工和成樁后的一段時(shí)間內(nèi)，都會(huì)在不同程度上降低地層中地下水的含量，最終達(dá)到改善地基土物理、力學(xué)性質(zhì)的目的。在飽和的粉土和砂土中施工時(shí)，由于沉管和拔管的振動(dòng)，會(huì)使土體產(chǎn)生超孔隙壓力。在上層有相對(duì)隔水層時(shí)，施工完畢的最初CFG樁因其本身材料的性質(zhì)決定了它將是一個(gè)良好的排水通道，如圖2-3所示，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到CFG樁硬結(jié)為止。這樣的排水過程還包括CFG樁樁體坍落度小，含水量很小的混凝土類材料水解吸水的過程。有資料證明，這一系列排水作用對(duì)減少孔壓引起地面隆起和沉陷，對(duì)增加樁間土的密實(shí)度和提高復(fù)合地基承載力極為有利。圖2-3復(fù)合地基排水固結(jié)示意圖2.2.2CFG樁各部分的作用CFG樁復(fù)合地基由樁、樁間土及褥墊層3部分構(gòu)成。每個(gè)部分在受力時(shí)發(fā)揮了不同的作用：⑴CFG樁的作用①承擔(dān)基礎(chǔ)傳來的豎向荷載及小部分水平荷載；②對(duì)地基土產(chǎn)生一定的擠密作用，當(dāng)采用非排土工藝施工時(shí)，可使樁間土得到一定程度的擠密，加固后的地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有所降低，而土體的密度、壓縮模量均有所增加，從而改善土質(zhì)性能；③排水作用。在成樁初期，樁孔和周邊充填反慮性較好的粗顆粒填料，地基中形成了滲透性能良好的人工豎向排水、減壓的通道，可以有效地消散和防止振沖產(chǎn)生的超孔隙水壓的增高，從而加速地基的排水固結(jié)；④預(yù)震作用。在成樁過程中，振沖器以一定的振動(dòng)頻率和沖擊力水平向加速激振土體，使填料和地基土在提高相對(duì)密實(shí)度的同時(shí)獲得強(qiáng)烈的預(yù)震，從而增強(qiáng)砂土抗液化的能力；⑵樁間土的作用①承擔(dān)豎向，水平荷載。②對(duì)樁體進(jìn)行約束，保證樁體正常工作。⑶褥墊層的作用①保證樁與土共同承擔(dān)荷載。在CFG樁復(fù)合地基中，路基通過一定厚度的墊層與樁間和樁間土相聯(lián)系，即指路基傳來的荷載，首先傳給墊層，再通過墊層傳給樁與樁間土。當(dāng)樁端位于堅(jiān)硬土層時(shí)，路基承受荷載后，樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔(dān)，樁間土承載力很難發(fā)揮。當(dāng)樁端落在一般粘土層上時(shí)，路基承受荷載后，開始絕大部分荷載仍由樁承擔(dān)，隨著時(shí)間的增加，路基和樁的沉降不斷增加，同時(shí)路基下土分擔(dān)的荷載不斷增加，即存在一個(gè)樁所承擔(dān)的荷載逐漸向樁間土轉(zhuǎn)移的過程。路基和樁之間設(shè)置了一定厚度的墊層后，在上部荷載作用下，樁間土的抗壓剛度遠(yuǎn)小于樁的抗壓剛度，樁頂出現(xiàn)應(yīng)力集中，當(dāng)樁頂壓力超過墊層局部抗壓強(qiáng)度時(shí)，墊層局部(與樁接觸部分)會(huì)產(chǎn)生壓縮量，路基和墊層整體也會(huì)產(chǎn)生向下位移壓縮樁問土，此時(shí)，樁間土承載力開始發(fā)揮作用，并產(chǎn)生沉降直至應(yīng)力平衡。由此可見，設(shè)置墊層后，可以保證路基通過墊層的塑性調(diào)節(jié)作用將部分荷載傳到樁間土上，從而達(dá)到樁間土共同承載荷載的目的。②調(diào)整樁與樁之間的分配比例與置換率。樁類型和墊層厚度有很大關(guān)系，其中墊層厚度是最重要的因素。并在一定條件下，當(dāng)增加墊層的厚度時(shí)，根據(jù)前述原理，在樁頂應(yīng)力不變的情況下，可以使墊層和與樁頂接觸的局部產(chǎn)生更大的壓縮，路基和墊層整體向下的移動(dòng)位置和樁間土壓縮量便會(huì)加大，從而提高了樁間土的荷載分擔(dān)比例。若減少墊層的厚度時(shí)，則會(huì)提高樁的豎向荷載分擔(dān)比例。墊層厚度H=0時(shí)，樁土應(yīng)力比很大，此時(shí)的受力狀態(tài)如同樁基。如H很大時(shí)，則樁土應(yīng)力比接近于1，此時(shí)的受力狀態(tài)接近于無樁的受力狀態(tài)。所以當(dāng)墊層厚度越小，樁承擔(dān)的水平荷載的比例就越大，而墊層的厚度趙大，樁間土承擔(dān)的水平荷載比例也就越大。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整墊層厚度，以此控制CFG樁承擔(dān)的水平荷載，提高樁在水平荷載作用下的安全度。③減少和減緩路基底面的應(yīng)力集中，提高路基整體的穩(wěn)定性。墊層厚度H=0時(shí)，樁對(duì)路基基底的應(yīng)力集中很顯著。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮樁對(duì)路基基底的沖切破壞。隨著厚度的增加，應(yīng)力集中現(xiàn)象越來越明顯，當(dāng)厚度增加至一定程度，基底反力即為天然地基的反力發(fā)布。樁頂對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)底面測(cè)得的反力與樁間土對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)底面測(cè)得的反力之比用表示（＝/），值隨著褥墊層厚度的變化如圖2-4所示。當(dāng)褥墊層厚度大于10cm時(shí)，樁對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的應(yīng)力集中已顯著降低，當(dāng)為30cm時(shí)，值已經(jīng)很小了。④調(diào)整樁、土水平荷載分擔(dān)比例。CFG樁復(fù)合地基中，作用在基礎(chǔ)上的水平荷載將由3部分力來分擔(dān)：基底摩阻力、基礎(chǔ)兩側(cè)面的摩阻力以及荷載反方向的土抗力。而基底摩阻力與褥墊層的材料性質(zhì)以及厚度有密切關(guān)系。當(dāng)褥墊層厚度增大到一定數(shù)值時(shí)，由于CFG樁復(fù)合地基置換率一般不大于10％，作用在樁頂和樁間土的剪應(yīng)力和相差不大，樁頂受的剪力(m為置換率；A為基礎(chǔ)面積；樁頂剪應(yīng)力)占水平荷載的比例很小。水平荷載將主要由樁間土承受。另外，選擇不同褥墊層材料，可改變基底與褥墊層之間的摩擦系數(shù)，從而影響基底摩阻力大小。⑷褥墊層技術(shù)由級(jí)配砂石、粗砂、碎石等散體材料組成的褥墊層技術(shù)是CFG樁復(fù)合地基的一個(gè)核心問題，復(fù)合地基的許多特性都與褥墊層有關(guān)。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ179－2002）要求樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，厚度宜取153～300mm，當(dāng)樁徑大或樁距大時(shí)褥墊層厚度宜取高值。工程實(shí)踐表明，褥墊層合理厚度為100～300mm，考慮施工時(shí)的不均勻性，褥墊層厚度取150～300mm，當(dāng)樁徑大、樁距大時(shí)宜取高值。材料中的最大粒徑不大于30mm。由于卵石咬合力差，施工時(shí)擾動(dòng)較大，褥墊層厚度不容易保證均勻。在前面討論的褥墊層作用中可知，厚度過小，樁對(duì)基礎(chǔ)將產(chǎn)生很顯著的應(yīng)力集中，需考慮樁對(duì)基礎(chǔ)的沖切，這勢(shì)必導(dǎo)致基礎(chǔ)加厚，如果基礎(chǔ)受水平荷載作用，可能造成復(fù)合地基中樁發(fā)生斷裂。由于褥墊層厚度過小，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，要達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力，必然增加樁的數(shù)量或長(zhǎng)度，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。唯一的好處是建筑物的沉降量小。褥墊層厚度大，樁對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的應(yīng)力集中很小，可不考慮樁對(duì)基礎(chǔ)的沖切作用，基礎(chǔ)受水平荷載的作用，不會(huì)發(fā)生樁的折斷。同時(shí)厚度大時(shí)，能夠充分發(fā)揮樁間土的承載能力。若其厚度過大，會(huì)導(dǎo)致樁、土應(yīng)力比等于或接近1。此時(shí)樁承擔(dān)的荷載太小，實(shí)際時(shí)復(fù)合地基中樁的設(shè)置已失去了意義。這樣的設(shè)計(jì)的復(fù)合地基承載力，不會(huì)比天然地基有較大的提高，而且建筑物的變形也大。綜合以上分析，結(jié)合大量的工程實(shí)踐的總結(jié)，考慮到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，褥墊層的厚度宜取10～30cm。2.3CFG樁地基工程特性CFG樁的地基處理在工程中應(yīng)用很廣泛。其工程的特性也很顯著。下面對(duì)其主要特性的有以下幾點(diǎn)。⑴載力提高幅度大CFG樁樁長(zhǎng)可以從幾米到20多米，并且可全長(zhǎng)發(fā)揮樁的側(cè)阻力，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比可在40～75％之間變化，使得復(fù)合地基承載力提高幅度大并具有很大的可調(diào)性。當(dāng)?shù)鼗休d力較高時(shí)，荷載又不大，可將樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)得短一點(diǎn)，荷載大時(shí)樁長(zhǎng)可設(shè)計(jì)得長(zhǎng)一些。特別時(shí)天然地基承載力較低而設(shè)計(jì)要求得承載力較高，用柔性樁復(fù)合地基一般難以滿足設(shè)計(jì)要求，CFG樁復(fù)合地基則比較容易實(shí)現(xiàn)。⑵適應(yīng)范圍廣就基礎(chǔ)形式而言，CFG樁既適合條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)，也適合筏形和箱形基礎(chǔ)。就土性而言，CFG樁可用于填土、飽和及非飽和粘性土，既可用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土。當(dāng)其用于擠密效果好的土?xí)r，承載力的提高既有擠密分量，又有置換分量；當(dāng)其用于不可擠密土?xí)r，承載力的提高只與置換作用有關(guān)。當(dāng)土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值≤50kPa時(shí)，CFG樁的適用性值得研究。當(dāng)土是具有良好擠密效果的砂土、粉土?xí)r，振動(dòng)可使土擠密，樁間土承載力可有較大幅度的提高，CFG樁是適合的。而塑性指數(shù)高的飽和軟粘土，成樁時(shí)土的擠密分量為零。承載力的提高唯一取決于樁的置換作用。由于樁間土的承載力太小，土的荷載分擔(dān)比太低，因此不適合做復(fù)合地基。⑶剛性樁的性狀明顯對(duì)柔性樁，特別時(shí)散體樁，如碎石樁、砂石樁，它們主要是通過有限的樁長(zhǎng)來傳遞垂直荷載。當(dāng)樁長(zhǎng)大于某一個(gè)數(shù)值后，樁傳遞荷載的作用已顯著減小。CFG樁象剛性樁一樣，可全長(zhǎng)發(fā)揮側(cè)阻，樁落在好的土層是時(shí)，具有明顯的端承作用。對(duì)于上部軟下部硬的地質(zhì)條件，碎石樁將荷載向深層傳遞非常困難，而CFG樁因?yàn)榫哂袆傂詷兜男誀睿蛏顚油羵鬟f荷載時(shí)其重要的工作特性。⑷樁體的排水作用CFG樁在飽和粉土和砂土中施工時(shí)，由于沉管和拔管的振動(dòng)，會(huì)使土體產(chǎn)生超孔隙水壓力。較好透水層上面還有透水性較差的土層時(shí)，剛剛施工完的CFG樁將是一個(gè)良好的排水通道，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到CFG樁體結(jié)硬為止。這樣的排水過程可延續(xù)幾個(gè)小時(shí)。⑸時(shí)間效應(yīng)利用振動(dòng)沉管施工，將會(huì)對(duì)周圍土產(chǎn)生擾動(dòng)，特別是對(duì)靈敏度較高的土，會(huì)使結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低。施工結(jié)束后，隨著恢復(fù)期的增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)有所恢復(fù)。在復(fù)合地基的承載力提高期間，既包含了樁間土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的恢復(fù)，也包括了樁、土間相互作用的加強(qiáng)。加固后地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有減小，重度和壓縮模量有所增大。對(duì)于粉砂層振密效果比較明顯，可大幅度提高樁間土的承載能力，有松散狀態(tài)變?yōu)橹忻懿⒔咏軐?shí)狀態(tài)。⑹復(fù)合地基變形小復(fù)合地基模量大、建筑物沉降量小時(shí)CFG樁復(fù)合地基重要特點(diǎn)之一。對(duì)于上部和中間有軟弱土的地基，用CFG樁加固，樁端放在好的土層上，可以獲得模量很高的復(fù)合地基，上部建筑物的沉降不大。

第3章CFG樁復(fù)合地基計(jì)算3.1樁體間距的設(shè)計(jì)計(jì)算CFG樁處理軟弱地基，應(yīng)以提高地基承載力和減少地基沉降為其主要加固目的。其途徑是發(fā)揮CFG樁的樁體作用。對(duì)松軟土地基，可考慮其施工時(shí)的擠密效應(yīng)，但若以擠密松散砂土為其主要加固目的，則采用CFG樁是不經(jīng)濟(jì)的。CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)參數(shù)共5個(gè)，分別為樁長(zhǎng)、樁徑、樁距、、樁體強(qiáng)度、褥墊層厚度及材料。⑴樁長(zhǎng)CFG樁復(fù)合地基要求樁落端落在好的土層上，這是CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則。因此，樁長(zhǎng)是CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定的參數(shù)，它取決于建筑物對(duì)承載力的變形和要求，土質(zhì)條件和設(shè)備能力等因素。樁長(zhǎng)主要取決于樁端持力層的選擇。樁端最好進(jìn)入堅(jiān)硬土層或巖層，采用嵌巖樁或端承樁；當(dāng)堅(jiān)硬土層埋藏很深時(shí)，則宜采用摩擦樁，樁端應(yīng)盡量到達(dá)低壓縮性、中等強(qiáng)度的土層上。樁端進(jìn)入持力層的深度，對(duì)于粘性土、粉土不宜小于2d，砂類土不小于1.5d，碎石類不宜小于1d。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁端以下持力層厚度不宜小于4d。在進(jìn)行復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)，天然地基承載力是已知的，設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力也為已知。樁徑和樁距設(shè)定后，置換率和樁的斷面面積均為已知。樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)和樁間土強(qiáng)度發(fā)揮度的取值。再將值代入，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94－94）中的和就能算出所需的樁長(zhǎng)。

⑵樁徑CFG樁常采用振動(dòng)沉管法施工，其樁徑應(yīng)根據(jù)樁管大小而定。從結(jié)構(gòu)要求和方便施工的角度來選擇。表3-1常用灌注樁的樁徑樁長(zhǎng)及適用范圍成孔方法樁徑/mm樁長(zhǎng)/m適用范圍泥漿護(hù)壁成孔沖抓≥800≤30碎石土、砂類土、粉土、粘性土及風(fēng)化巖。當(dāng)進(jìn)入中等風(fēng)化和微風(fēng)化巖層時(shí)，沖擊成孔的速度比回轉(zhuǎn)鉆快。沖擊≤50回轉(zhuǎn)鉆≤80潛水鉆500～800≤50粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土及砂類土干作業(yè)成孔螺旋鉆300～800≤30地下水位以上的粘性土、粉土、砂類土及人工填土鉆孔擴(kuò)底300～600≤30地下水位以上的堅(jiān)硬、硬塑的粘性土及中密以上的砂粘土機(jī)動(dòng)洛陽(yáng)鏟300～500≤20地下水位以上的粘性土、粉土、黃土及人工填土沉管成孔錘擊340～800≤30硬塑粘性土、粉土、砂類振動(dòng)400～500≤24可塑粘性土、中細(xì)砂爆破成孔≤350≤12地下水位以上的粘性土、黃土、碎石土及風(fēng)化巖人工挖孔≥100≤40粘性土、粉土、黃土、人工填土⑶樁距S樁距s過大，承載力不能滿足；s過小，樁的承載力不能充分發(fā)揮，且給施工造成困難。試驗(yàn)表明，當(dāng)樁距小于4倍樁徑后，隨著樁距的減小，復(fù)合地基承載力的增長(zhǎng)率明顯下降，從樁、土作用的發(fā)揮考慮，樁距大于4倍樁徑為宜。下表對(duì)樁的最小樁距s的規(guī)定。表3-2樁的最小中心距土類與成樁工藝樁排數(shù)≥3，樁根數(shù)＞9的摩擦樁基礎(chǔ)其他情況非擠土樁和部分灌注樁3.0d2.5d擠土灌注樁穿越非飽和土3.5d3.0d穿越飽和軟土4.0d3.5d擠土預(yù)制樁3.5d3.0d打入式敞口管樁和H型鋼樁3.5d3.0d鉆、挖孔擴(kuò)底灌注樁1.5或＋1（當(dāng)＞2m時(shí)）沉管擴(kuò)底灌注樁3.0①對(duì)于濕陷性黃土和人工填土地基擠密樁樁距s的計(jì)算：設(shè)擴(kuò)孔系數(shù)，排距為h，排距系數(shù)為n＝h/s，可得到：(3-1)式中－擠密前后土的平均密度；d－樁體直徑。②液化砂土地基振動(dòng)擠密樁樁距的計(jì)算：砂性土在振動(dòng)作用下將引起振密下沉。若樁長(zhǎng)（處理深度）為Z，由于振動(dòng)作用引起底面下沉量為，設(shè)振沉系數(shù)，而成樁的同時(shí)還有擠密的作用。樁距s的計(jì)算公式：(3-2)施工過程中，無論是振動(dòng)沉管還是振動(dòng)拔管，都將對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)或擠密，振動(dòng)的影響與土的性質(zhì)密切相關(guān)，振密效果好的土，施工時(shí)振動(dòng)可使土體密度增加，場(chǎng)地發(fā)生下沉；不可擠密的土則要發(fā)生地表隆起，樁距越小隆起量越大，以致于導(dǎo)致已打的樁產(chǎn)生縮頸或斷裂。樁距越大，施工質(zhì)量越容易控制，但應(yīng)針對(duì)不同的土性分別加以考慮。⑷樁體強(qiáng)度由和樁斷面面積，可計(jì)算樁頂應(yīng)力為(3-3)根據(jù)樁體強(qiáng)度和承載力的關(guān)系分析可知，樁體強(qiáng)度一般取3倍樁頂應(yīng)力即(3-4)則可取樁體強(qiáng)度由知，樁體強(qiáng)度滿足，不會(huì)被破壞。⑸褥墊層厚度及材料褥墊層的材料多用碎石、級(jí)配砂石（限制最大粒徑一般不超過3cm）、粗砂、中砂等。褥墊層的加固范圍要比基底面積大，其四周寬出基底的部分不宜小于褥墊層的厚度。結(jié)合大量的工程實(shí)踐的總結(jié)，考慮到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，褥墊層的厚度宜取10～30cm。 ⑹樁的排列與置換率對(duì)可液化地基或有必要時(shí)，可在基礎(chǔ)外某一范圍設(shè)置護(hù)樁（可液化地基一般用碎石樁做護(hù)樁），通常情況下，樁都布置在基礎(chǔ)范圍內(nèi)。樁的數(shù)量按下式確定(3-5)式中――――面積置換率；――――基礎(chǔ)面積（）；――――樁斷面面積（）；――――面積為時(shí)的理論布樁數(shù)。實(shí)際布樁時(shí)受基礎(chǔ)尺寸大小即形狀等影響，布樁數(shù)會(huì)有一定的增減。在各類豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中，常見的樁體排列方式為三角形或方形。當(dāng)按正三角形排樁時(shí)，單樁分擔(dān)的處理范圍為正六邊形，各樁間距相等，樁間土的擠密效果及樁的作用比較均勻。當(dāng)按正方形排樁時(shí)，單樁分擔(dān)的處理范圍為正方形，布樁與施工較為方便。因此，正三角形布樁最為常見。有時(shí)因基礎(chǔ)所限或?yàn)榱瞬紭逗?jiǎn)便，也可采用等腰三角形或矩形布樁，無論采用何種三角形或矩形布樁，由圖3-3知，在任意相鄰四個(gè)樁中心線連成的四邊形中，其四個(gè)夾角合計(jì)為360°，亦即其中均包含一根樁體的面積。一根樁分擔(dān)的處理面積均等于該四邊形的面積：（3-6）圖3-1擠密樁樁位布列圖a)三角形b）矩形按一個(gè)樁分擔(dān)的處理面積，可計(jì)算處復(fù)合地基的置換率，即（3-7）式中－排距系數(shù)，，－樁的中心排距；－排距系數(shù)，。表3-3排距與單樁分擔(dān)面積、置換率等的換算公式項(xiàng)目布樁方式排距系數(shù)n單樁分擔(dān)面積等效圓壓板面積面積置換率等腰三角形矩形1.1290.7851.129正三角形0.866正方形1.0對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、筏基，基礎(chǔ)邊緣到樁的中心距一般為樁徑或基礎(chǔ)邊緣到樁邊緣的最小距離不小于150mm，對(duì)條形基礎(chǔ)不小于75mm。在松軟土地區(qū)，當(dāng)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，樁端有可能落在好的土層上時(shí)，也可采用比通常用的更大一些的預(yù)制樁尖，其樁尖的直徑增大到沉管外徑的1.5～2.0倍，通常稱之為大頭樁尖。樁尖沉到較好的土層中便停止沉管，大頭樁尖通過松軟土層時(shí)，松軟土?xí)芸旎貜?，拔出沉管后投料量基本不變，但承載能力有了提高。3.2CFG樁地基承載力計(jì)算復(fù)合地基是由樁間土和增強(qiáng)體（樁）共同承擔(dān)荷載。但是復(fù)合地基承載力不是由天然地基承載力和單樁承載力的簡(jiǎn)單疊加，需要對(duì)如下的一些因素給予考慮：(1)施工時(shí)對(duì)樁間土是否產(chǎn)生擾動(dòng)和擠密，樁間土承載力有無降低或提高；(2)樁對(duì)樁間土有約束作用，使土的變形減少；(3)復(fù)合地基中樁的Q—s曲線呈加工硬化型，比自由單樁的承載力要高；(4)樁和樁間土承載力的發(fā)揮都與變形有關(guān)，變形小時(shí)樁和樁間土的承載力的發(fā)揮都不充分；(5)復(fù)合地基樁間土的發(fā)揮與褥墊層的厚度有關(guān)。3.2.1樁間土極限承載力計(jì)算根據(jù)天然地基荷載板試驗(yàn)結(jié)果，或根據(jù)其他室內(nèi)外土工試驗(yàn)資料可以確定天然地基極限承載力。在地基中設(shè)置縱向增強(qiáng)體，使樁間土的極限承載力不同于天然地基承載力。使樁間土極限承載力有別于天然地基極限承載力的主要影響因素有下列幾個(gè)方面：在樁的設(shè)置過程中對(duì)樁間土的擠密作用，采用振動(dòng)擠密成樁法影響是明顯的；在軟粘土地基中，樁體設(shè)置過程中由于振動(dòng)、擠密、擾動(dòng)等原因，使樁間土中出現(xiàn)附加孔隙水壓力，土體強(qiáng)度有所降低，另一方面孔隙水壓力消散，樁間土中有效應(yīng)力增大，抗剪強(qiáng)度提高，這兩部分作用使樁間土承載力大于天然地基承載力。通常樁間土極限承載力除了直接通過荷載試驗(yàn)，以及根據(jù)土工試驗(yàn)資料，查閱有關(guān)規(guī)范外，常采用Skepton極限承載力公式進(jìn)行計(jì)算。Skepton極限承載力公式為 （3-8）

式中D－基礎(chǔ)埋深；－不排水抗剪強(qiáng)度；－承載力因素，當(dāng)＝0時(shí)，＝5.14；B－基礎(chǔ)寬度；L－基礎(chǔ)長(zhǎng)度。在成樁或加荷過程中，樁間土中朝2孔隙水壓力等于，隨著超孔隙水壓力向散體材料樁逐漸消散，土體固結(jié)，土體強(qiáng)度增長(zhǎng)?？辜粼鰪?qiáng)長(zhǎng)可用下式表示：（3-9）（3-10）式中－抗剪強(qiáng)度增量；K－系數(shù)，；－土體內(nèi)摩擦角；－平均固結(jié)度；－原天然地基土體不排水抗剪強(qiáng)度。3.2.2CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算結(jié)合軟粘土地區(qū)CFG樁復(fù)合地基的工程實(shí)踐，對(duì)于CFG樁復(fù)合地基承載力特征值常采用如下經(jīng)驗(yàn)公式估算: （3-11）式中—復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa;M—面積置換率；—單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；—單樁的截面面積，；—樁間土的提高系數(shù)，；為加固后樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值；—樁間土強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取＝0.75～0.95，天然地基承載力高時(shí)取大值；—天然地基承載力標(biāo)值，kPa；（3-12）式中－回歸修正系數(shù)，＝；－樣本數(shù)；－變異系數(shù)，，為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差；為指標(biāo)的平均值。當(dāng)承載力具有兩個(gè)指標(biāo)時(shí)，則應(yīng)用綜合變異系數(shù)：；－第一指標(biāo)變異系數(shù)；－第二指標(biāo)變異系數(shù)；－第二指標(biāo)折減系數(shù)；－地基承載力基本值3.2.3加固區(qū)下臥軟弱層承載力驗(yàn)算當(dāng)復(fù)合地基加固區(qū)下臥層為軟弱土?xí)r，在設(shè)計(jì)中尚需對(duì)下臥軟弱層承載力進(jìn)行驗(yàn)算。要求作用在下臥層頂面處附加應(yīng)力和自重應(yīng)力之和p不超過下臥層土的容許承載力[R]，即（3-13）《地基規(guī)范》通過試驗(yàn)研究并參照雙層地基中附加應(yīng)力分布的理論提出了簡(jiǎn)化方法：當(dāng)持力層與軟弱下臥層的壓縮模量比值≥3時(shí)，附加應(yīng)力采用擴(kuò)散角來計(jì)算。圖3-2軟弱下臥層計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示，復(fù)合地基上荷載按擴(kuò)散角θ向外擴(kuò)散，并均勻分布在擴(kuò)散后的面積上。根據(jù)擴(kuò)散前、擴(kuò)散后總應(yīng)力相等的條件，得：(3-14)式中B、L－分別為矩形基礎(chǔ)底面寬度和長(zhǎng)度；h－加固區(qū)厚度；θ－擴(kuò)散角，與加固圖和下臥層圖性質(zhì)有關(guān)。下臥層圖得容許承載力[R]應(yīng)視為假想實(shí)體基礎(chǔ)圖得容許承載力，選用時(shí)需用經(jīng)深度和寬度修正，可按《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007－2001）采用。3.3CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算CFG樁復(fù)合地基的沉降S可以認(rèn)為由下面三部分組成，見圖3-2所示，其計(jì)算式如下：式中—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮變形；—加固區(qū)下臥層的變形；—褥墊層的壓縮形變。圖3-3CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算模型在進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，一般以土為計(jì)算對(duì)象，荷載將是樁間土應(yīng)力和樁荷載。通常又可將用樁側(cè)阻力和樁端阻力替代。這樣，土體受到的荷載為三項(xiàng)，即、、。由它們產(chǎn)生的附加應(yīng)力分布計(jì)算地基土的沉降。加固區(qū)土的壓縮變形和下臥層的變形采用以下兩種方法計(jì)算：3.3.1計(jì)算加固區(qū)變形和下臥層沉降⑴．加固區(qū)變形的計(jì)算采用荷載P在基礎(chǔ)底面樁間土產(chǎn)生的附加應(yīng)力作為荷載計(jì)算加固區(qū)壓縮變形，采用荷載P在下臥層產(chǎn)生的附加應(yīng)力作為荷載計(jì)算下臥層壓縮變形。地基加固部分群樁體的壓縮變形S1可按下式計(jì)算（3-15）式中－群樁體頂面處的平均壓力；－群樁體底面處的附加壓力；L－樁長(zhǎng)，m；－復(fù)合壓縮模量：（3-16）式中－CFG樁的壓縮模量；－樁間土的壓縮模量。當(dāng)荷載接近或達(dá)到復(fù)合地基承載力時(shí)，假定：①樁土模量比等于樁土應(yīng)力比；②加固后樁間土壓縮模量時(shí)加固前天然地基壓縮模量的倍。為樁間土承載力提高系數(shù)。由式（3-4）設(shè)：，，得：模量提高系數(shù)。得到：（3-17）⑵．樁端下臥層的計(jì)算下臥層的計(jì)算，從群樁體底部提升L/3（L為樁長(zhǎng)），然后按照30°向下擴(kuò)散，根據(jù)分層總和法計(jì)算下臥層的變形為：（3-18）式中－泊松比的函數(shù)。一般根據(jù)土的類別，采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)得到；—軟弱層第i層土的分層厚度(m)；－平均附加應(yīng)力，；－土變形模量，有現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試手段確定。表3-4土的和系數(shù)值土的類別大塊碎石砂粉土粉質(zhì)黏土黏土泊松比0.150.280.310.370.410.950.760.720.570.43當(dāng)?shù)鼗灾貞?yīng)力時(shí)，對(duì)應(yīng)的深度可當(dāng)作壓縮底層。這一方法考慮到自重應(yīng)力增大伴隨壓縮模量提高的這一規(guī)律，并聯(lián)系附加壓力，考慮的比較全面。當(dāng)為軟弱地基時(shí)，可以采用作為確定壓縮底層的準(zhǔn)則。此計(jì)算方法拔中心點(diǎn)的沉降當(dāng)作基礎(chǔ)的平均沉降，但是基底壓力采用均布?jí)毫?。此?jiǎn)化的方法壓力分布與地表變形時(shí)不協(xié)調(diào)的，理論上時(shí)矛盾的。另外把中心土柱當(dāng)成時(shí)無側(cè)向膨脹的土柱，與實(shí)際情況也不符，因荷載面積有限，中心土柱周圍的土，多少要向外側(cè)擠動(dòng)，不可能造成對(duì)中心土柱完全約束的條件。3.3.2CFG樁復(fù)合地基變形計(jì)算假定加固區(qū)得復(fù)合土體為與天然地基分層相同的若干層均質(zhì)地基，不同的是壓縮模量都相應(yīng)擴(kuò)大倍，這樣加固區(qū)和下臥層均按分層總和法進(jìn)行沉降計(jì)算。加固區(qū)和下臥層土體內(nèi)得應(yīng)力分布采用各向同性均質(zhì)得直線變形體理論。當(dāng)荷載不超過復(fù)合地基承載力時(shí)，總沉降量S為（3-19）式中—加固區(qū)土分層數(shù)；—總的分層數(shù)；－對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力，kPa；一荷載P在第i層土產(chǎn)生的平均附加應(yīng)力(kPa)；－第i層土壓縮模量(kPa)；－基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離，m；、－基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i-1層土平均附加應(yīng)力系數(shù)；—加固區(qū)第i層土壓縮模量放大系數(shù)，由下式確定：—沉降計(jì)算修正系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定.

表3-5變形計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)/MPa2.54.07.015.020.01.11.00.70.40.2上式的為變形計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值。按照下式計(jì)算：（3-20）式中－第i層土附加應(yīng)力沿土層厚度積分值；－第i層土壓縮模量(kPa)，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的復(fù)合土層按復(fù)合土層的壓縮模量取值。復(fù)合地基變形計(jì)算深度必須大于復(fù)合地基的厚度，并應(yīng)符合下式要求：(3-21)式中－計(jì)算范圍內(nèi)，第i層土的計(jì)算變形值；－在計(jì)算深度向上取厚度為的土層計(jì)算變形值，按下表取值。表3-6值b/m≤22＜b≤44＜b≤8＜8/m0.30.60.81.0此種沉降計(jì)算方法采用了簡(jiǎn)單的壓縮模量放大法，但是許多土類的壓縮模量之比并不與承載力標(biāo)準(zhǔn)值之比相對(duì)應(yīng)。再者采用此種計(jì)算法未考慮樁端土的強(qiáng)度，也未考慮軟土在加固區(qū)的上部或下部所導(dǎo)致的不同結(jié)果。

第4章振動(dòng)沉管CFG樁施工工藝4.1施工程序4.1.1．施工準(zhǔn)備施工前應(yīng)具備的資料和條件⑴建筑物場(chǎng)地工程地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告：①水泥粉煤灰碎石樁布樁圖。圖位注明樁位編號(hào)以及設(shè)計(jì)說明和施工說明。②建筑物鄰近的高壓電纜、電話線、地下管線、地下構(gòu)筑物及障礙物等調(diào)查資料。③建筑物場(chǎng)地的水準(zhǔn)控制點(diǎn)和建筑物位置控制坐標(biāo)等資料。④具備“三通一平”條件。⑵施工技術(shù)措施：①確定施工機(jī)具和配套設(shè)備。②材料供應(yīng)計(jì)劃。表明所用材料的規(guī)格、技術(shù)要求和數(shù)量。③試成孔布少于兩個(gè)，以復(fù)核地資料以及設(shè)備、工藝是否適宜，核定選用的技術(shù)參數(shù)。④按施工平面圖放好樁位，若采用鋼筋混凝土預(yù)制樁尖，需埋入地表以下30cm左右。⑤確定施打順序。⑥復(fù)核測(cè)量基線、水準(zhǔn)點(diǎn)及樁位、CFG樁的軸線定位點(diǎn)，檢查施工場(chǎng)地所設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)是否會(huì)受到施工影響。⑦振動(dòng)沉管機(jī)沉管表面應(yīng)有明顯的尺寸標(biāo)記，并以米為單位。4.1.2．CFG樁施工⑴樁機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行組裝。⑵樁機(jī)就位，調(diào)整沉管與地面垂直，確保垂直度偏差不大于1％。⑶起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，沉管到預(yù)定標(biāo)高，停機(jī)。⑷沉管過程中做好記錄，每沉管1m記錄電流表上的電流一次。并對(duì)土層變化處予以說明。⑸停機(jī)后立即向管內(nèi)投料，知道混合料與進(jìn)料口齊平?；旌狭习丛O(shè)計(jì)配比經(jīng)攪拌機(jī)加水拌和，拌和時(shí)間不得少于1min。加水量按坍落度3～5cm控制，成樁后浮漿厚度以不超過20cm為宜。⑹起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，留振5～10s，開始拔管，速率一般為1.2～1.5m/min（拔管速度是線速度不是平均速度）。如遇到淤泥或淤泥質(zhì)土，拔管的速率還應(yīng)放慢。成樁后樁頂標(biāo)高應(yīng)考慮計(jì)入保護(hù)樁長(zhǎng)。⑺沉管拔出地面，確認(rèn)成樁符合設(shè)計(jì)要求后，用粒狀材料或濕粘土封頂。然后移機(jī)進(jìn)行下一根樁的施工。⑻施工過程中，抽樣做混合料試塊，一般是一個(gè)臺(tái)班做一組（3塊），試塊尺寸15cm×15cm×15cm，并測(cè)定28天強(qiáng)度。4.2施工中要注意的問題和控制措施⑴．施工擾動(dòng)土的強(qiáng)度降低振動(dòng)沉管成樁工藝與土的性質(zhì)具有密切關(guān)系。就擠密樁而言，可將地基土分為三大類：其一為擠密性好的土，如松散填土、粉土、砂土等；其二為可擠密性土，如塑性指數(shù)不大的松散的粉質(zhì)粘土和非飽和粘性土；其三為不可擠密土，如塑性指數(shù)高的飽和軟粘土和淤泥質(zhì)土。需要著重指出的是，土的密實(shí)度對(duì)土的擠密性影響很大。眾所周知，密實(shí)的砂土或粉土?xí)袼桑凰缮⒌纳巴粱蚍弁量烧衩?。因此討論土的擠密性時(shí)，一定要考慮加固前土的密實(shí)度。⑵．縮頸和斷樁在飽和軟土中成樁，樁機(jī)的振動(dòng)力較小，當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí)，新打樁對(duì)已打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓，即使得已打樁被擠扁成橢圓形或不規(guī)則形，嚴(yán)重的產(chǎn)生縮頸或斷樁。在上部有較硬的土層或中間夾有硬土層中成樁，樁機(jī)的振動(dòng)力較大，對(duì)已打樁的影響主要為振動(dòng)破壞。采用隔樁跳打工藝，若已打樁結(jié)硬強(qiáng)度又不太高，在中間補(bǔ)打新樁時(shí)，已打樁有時(shí)被振裂，且裂縫一般與水平成0～30°角。⑶．樁體強(qiáng)度不均勻樁機(jī)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)提升沉管線速度太快時(shí)，為控制平均速度，一般采用提升一段距離，停下留振一段時(shí)間，非留振時(shí)，速度太快可能導(dǎo)致頸縮斷樁。拔管太慢或留振時(shí)間過長(zhǎng)，使得樁的端部樁體水泥含量較少，樁頂浮漿過多，而且混合料也容易產(chǎn)生離析，造成樁身強(qiáng)度不均勻。⑷．樁料與土的混合當(dāng)采用活瓣樁靴成樁時(shí)，可能出現(xiàn)的問題是樁靴開口打開的寬度不夠，混合料下落不充分，造成樁端與土接觸不密實(shí)或樁端一段樁徑較小。若采用反插方法，由于樁管垂直度很難保證，反插容易使土與樁體材料混合，導(dǎo)致樁身?yè)酵恋热毕荨?.3施工工藝方法的研究⑴．拔管速率試驗(yàn)表明，拔管速率太快將造成樁徑偏小或頸縮斷樁。在南京浦鎮(zhèn)車輛廠工地做了三種拔管速率的試驗(yàn)。其一為1.2m/min，成樁投料量為1.8m3，成樁后挖開測(cè)樁徑為38cm（沉管為Ф377管）。其二為2.5m/min，投入管內(nèi)料亦為1.8m3，沉管拔出地面后，有大約0.2m3的混合料被帶出到地表。開挖后測(cè)樁徑為36cm。其三為0.8m/min，成樁后發(fā)現(xiàn)樁頂浮漿較多。在薊縣電廠曾做較長(zhǎng)時(shí)間留振試驗(yàn)，拔管速率也很慢（0.8m/min），開挖至樁端發(fā)現(xiàn)，樁端石子沒能被水泥漿包住，強(qiáng)度降低。經(jīng)大量工程實(shí)踐認(rèn)為，拔管速率為1.2～1.5m/min是適宜的。應(yīng)該指出，這里說的拔管速率不是指平均速度。除啟動(dòng)后留振5～10s之外，拔管過程中不再留振，也不得反插。國(guó)產(chǎn)振動(dòng)沉管機(jī)拔管速率都較快，可以通過增加卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)中滑輪組的動(dòng)滑輪數(shù)量來改變拔管速度。也可通過電動(dòng)機(jī)－變速箱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。⑵．合理樁距樁距的合理性在于樁、樁間土承載力能否很好的發(fā)揮，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并考慮施工的可行性，新打樁對(duì)已打樁是否產(chǎn)生不良影響，經(jīng)濟(jì)上是否合理。試驗(yàn)表明，其他條件相同，樁距越小，復(fù)合地基承載力越大，當(dāng)樁距小于4倍樁徑后，隨樁徑的減少，復(fù)合地基承載力的增長(zhǎng)率明顯下降。從樁、土作用的發(fā)揮考慮，樁距大于4倍樁徑為宜。工過程中，無論是振動(dòng)沉管還是振動(dòng)拔管，都將對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)或擠密，振動(dòng)的影響與土的性質(zhì)密切相關(guān)，擠密效果好的土，施工時(shí)振動(dòng)可使土體密度增加，場(chǎng)地發(fā)生下沉；不可擠密的土則要發(fā)生地表隆起，樁距越小隆起量越大，以至于導(dǎo)致已打的樁產(chǎn)生頸縮或斷樁。樁距越大，施工質(zhì)量越容易控制。但應(yīng)針對(duì)不同的土性，分別加以考慮?；A(chǔ)型式也是值得注意的一個(gè)因素，對(duì)一般單、雙排布樁的條形基礎(chǔ)，或面積不大而樁數(shù)不多的獨(dú)立基礎(chǔ)，樁距可適當(dāng)取小一些；對(duì)滿堂布樁而面積大的筏基、箱基以及多排布樁的條基，樁距應(yīng)適當(dāng)放大。此外，地下水位高，土的滲透性差或土體密度大時(shí)，樁距也應(yīng)用的大一些。下表給出了振動(dòng)沉管機(jī)施工的樁距的選用表，供設(shè)計(jì)參考。圖4－1樁距選用表土性布樁形式 擠密性好的土：如砂土、粉土、松散填土等可擠密性土：如粉質(zhì)粘土、非飽和粘性土等不可擠密性土：如飽和粘土、淤泥質(zhì)土等單、雙排布樁的條基（3～5）d（3.5～5）d（4～5）d含9根樁以下獨(dú)立基礎(chǔ)（3～6）d（3.5～6）d（4～6）d滿堂布樁（4～6）d（4～6）d（4.5～7）d當(dāng)設(shè)計(jì)要求的承載力較高、樁距過大，不能滿足承載力要求，必須縮小樁距時(shí)，可考慮采用螺旋鉆孔機(jī)預(yù)鉆孔的措施。引孔直徑一般要小于沉管的外徑，并視樁距和土性而定。⑶．施打順序在設(shè)計(jì)樁的施打順序時(shí)，主要考慮新打樁對(duì)已打樁的影響。施打順序大體可分為兩種類型，一是連續(xù)施打，從第一根樁一根接一根的連續(xù)打下去；二是間隔跳打，可以隔一根或幾根樁跳打。連續(xù)施打可能造成樁的缺陷是樁徑被擠扁或縮頸。如果樁距不太小，混合料尚未初凝，連打一般較少會(huì)發(fā)生樁完全斷開。如下圖4-2a所示。隔樁跳打，先打樁的樁徑較少發(fā)生縮小或縮頸現(xiàn)象，但土質(zhì)較硬時(shí)，在已打樁中間補(bǔ)打新樁時(shí)，已打的樁可能發(fā)生被振裂或振斷。如圖4-2b所示。1123456123456圖4-2樁的施打順序示意圖a）連續(xù)施打b）隔樁施打a）b）施打順序與土性和樁距有關(guān)，在松軟土中，樁距較大，可采用隔樁跳打；在飽和的松散粉土中施工，如果樁距較小，不宜采用隔樁跳打方案。因?yàn)樗缮⒎弁琳衩苄Ч^好，先打樁施工完后，土體密度會(huì)有明顯增加，而且打的樁越多，土的密度越大，樁越難打。在補(bǔ)打新樁時(shí)，一是加大了沉管的難度，二是非常容易造成已打的樁成為斷樁。對(duì)滿堂布樁，無論樁距大小，均不宜從四周轉(zhuǎn)圈向內(nèi)推進(jìn)施工，因?yàn)檫@樣限制了樁間土向外的側(cè)向變形，容易造成大面積土體隆起，斷樁的可能性增大?？刹捎脧闹行南蛲馔七M(jìn)的方案，或從一邊向另一邊推進(jìn)的方案。對(duì)滿堂布樁，無論如何設(shè)計(jì)施打順序，總會(huì)遇到新打樁的振動(dòng)對(duì)已結(jié)硬的已打樁的影響，樁距偏小或夾有比較堅(jiān)硬的土層時(shí)，亦可采用螺旋鉆引孔的措施，以減少沉、拔管時(shí)對(duì)樁的振動(dòng)力。⑷．混合料坍落度大量工程實(shí)踐表明，混合料坍落度過大，樁頂浮漿過多，樁體強(qiáng)度也會(huì)降低。坍落度控制在3～5cm，和易性很好，當(dāng)拔管速度為1.2～1.5m/min時(shí)，一般樁頂浮漿可控制在10cm左右，成樁質(zhì)量容易控制。⑸．保護(hù)樁長(zhǎng)所謂保護(hù)樁長(zhǎng)是指成樁時(shí)預(yù)先設(shè)定加長(zhǎng)的一段樁長(zhǎng)，基礎(chǔ)施工時(shí)將其鑿掉。保護(hù)樁長(zhǎng)是基于以下幾個(gè)因素而設(shè)置的：①成樁時(shí)樁頂不可能正好與設(shè)計(jì)標(biāo)高完全一致，一般要高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高一段長(zhǎng)度；②樁頂一段由于混合料自重壓力較小或由于浮漿的影響，靠樁頂一段樁體強(qiáng)度較差；③已打樁尚未結(jié)硬時(shí)，施打新樁可能導(dǎo)致已打樁受振動(dòng)擠壓，混合料上涌使樁徑縮小。如果已打樁混合料表面低于地表較多，則樁徑被擠小的可能性更大，增大混合料表面的高度即增加了自重壓力，可使抵抗周圍土擠壓的能力提高，特別是基礎(chǔ)埋深很大時(shí)，空孔太長(zhǎng)，樁徑很難保證。綜上所述，保護(hù)樁長(zhǎng)必須設(shè)置，并建議遵照如下原則：①設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高離地表的距離不大時(shí)（不大于1.5m），保護(hù)樁長(zhǎng)可取50～70cm，上部可用土封頂；②樁頂標(biāo)高離地表的距離較大時(shí)，可設(shè)置70～100cm的保護(hù)樁長(zhǎng)，上部可用粒狀材料封頂直到接近地表。⑹．開槽及樁頭處理CFG樁施工完畢，待樁體達(dá)到一定程度（一般為3～7天），可進(jìn)行開槽。對(duì)基槽開挖，如果設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高距地表不深（一般不大于1.5m），宜考慮采用人工開挖，不僅可防止對(duì)樁體和樁間土產(chǎn)生不良影響，而且也比較經(jīng)濟(jì)。如果基坑較深，開挖面積大，采用人工開挖效率太低，可采用機(jī)械和人工聯(lián)合開挖，但必須遵循如下原則：①不可對(duì)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以下的樁體產(chǎn)生損害；②對(duì)中、高靈敏度土，應(yīng)盡量避免擾動(dòng)樁間土。針對(duì)以上兩點(diǎn)，關(guān)鍵在于要留置足夠的人工開挖厚度。采用機(jī)械、人工聯(lián)合開挖，人工開挖厚度留置多少，與樁體強(qiáng)度和土質(zhì)條件等有關(guān)，建議不同的場(chǎng)地條件應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。但人工開挖留置厚度一般不宜小于70cm?；坶_挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，多余的樁頭需要鑿除，鑿除樁頭時(shí)宜采取如下措施：①找出樁頂標(biāo)高位置；②用鋼釬等工具沿樁周向樁心逐次鑿除多余的樁頭，直到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，并把樁頂找平：③不可用重錘或重物橫向擊打樁體；④樁頭鑿至設(shè)計(jì)標(biāo)高處，樁頂表面不可出現(xiàn)斜平面。⑤如果在基槽開挖和鑿除樁頭時(shí)，造成樁體斷裂至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以下，必須采取補(bǔ)救措施。假如斷裂面距樁頂標(biāo)高不深，可用C20混凝土接樁至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，但注意在接樁頭過程中保護(hù)好樁間土。⑺．褥墊層鋪設(shè)褥墊層所用材料多為級(jí)配砂石，限制最大粒徑一般不超過3cm，也可用粗砂或中砂等材料。褥墊層厚度一般為10～30cm，由設(shè)計(jì)給定，參照第2章CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)。

第5章武廣客運(yùn)專線CFG樁飽和軟粘土地基處理武漢至廣州客運(yùn)專線北起武漢樞紐南端烏龍泉,南至廣州樞紐北端花都,線路全長(zhǎng)874.406km。橋隧公司承擔(dān)的施工任務(wù)為DK1795+411.69～1820+029.65管段內(nèi)的所有線下工程。CFG樁地基加固462038延米,樁長(zhǎng)4m～26m,樁徑0.5m,間距1.5m～2.0m正三角形布置,CFG樁采用長(zhǎng)螺旋芯管泵送混合料灌注成樁的施工方法。5.1配合比的確定：據(jù)試樁的結(jié)果,CFG樁混合料配合比確定為:水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶水=1∶3.85∶5.78∶0.60∶0.016∶0.67,水泥采用郴州東江金磊P.O32.5水泥,砂采用耒河中粗砂,碎石為耒陽(yáng)小水采石廠生產(chǎn)的5mm～31.5mm碎石,粉煤灰為耒陽(yáng)電廠二級(jí)粉煤灰,減水劑為JH-5高效減水劑,泵送混合料坍落度控制在160mm～200mm,攪拌時(shí)間控制在120s左右。機(jī)械選擇：根據(jù)各工點(diǎn)設(shè)計(jì)的要求,管段內(nèi)CFG樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的范圍在4m～26m之間,據(jù)此選擇了兩種不同型號(hào)的長(zhǎng)螺旋鉆機(jī),分別為:TS-22步履式長(zhǎng)螺旋鉆,主要參數(shù):鉆孔直徑500mm、最大成孔深度22m,動(dòng)力頭功率45kW×2。KLB625B步履式長(zhǎng)螺旋鉆,主要參數(shù):鉆孔直徑500mm、最大成孔深度26m,動(dòng)力頭功率55kW×2?；旌狭陷斔捅眠x用三一重工及中聯(lián)重科兩種泵機(jī),每小時(shí)泵送量為60立方。5.2原地表處理:根據(jù)設(shè)計(jì)圖放出CFG樁的加固的范圍,清除地表腐雜土,并進(jìn)行壓實(shí),做好臨時(shí)排水設(shè)施。當(dāng)原地面的坡度陡于1∶5時(shí),自上而下挖成臺(tái)階,臺(tái)階高度控制在0.6m左右,臺(tái)階的寬度應(yīng)滿足長(zhǎng)螺旋鉆施工作業(yè)的要求。當(dāng)原地面表層為軟土或淤泥時(shí),進(jìn)行換填處理,換填厚度據(jù)實(shí)際情況而定,換填寬度每側(cè)超出設(shè)計(jì)寬度2m,換填后的高程不能高于原地面高程,換填后的壓實(shí)系數(shù)大于90%,以保證長(zhǎng)螺旋鉆行走的安全。5.3施工工藝：(1)地質(zhì)復(fù)查:施工前,先進(jìn)行地質(zhì)探孔以復(fù)核設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)資料,并記錄電流變化時(shí)的地質(zhì)情況,以便施工時(shí)作為判斷地質(zhì)情況的依據(jù)。地質(zhì)探孔采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行鉆探,每25m為一斷面,每斷面鉆探3個(gè)點(diǎn),也可用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆探。當(dāng)與設(shè)計(jì)地質(zhì)條件不符時(shí),及時(shí)向設(shè)計(jì)部門提出地質(zhì)復(fù)查申請(qǐng)。(2)放線:施工前放出地基處理的加固范圍及線路中心線,根據(jù)施工圖放出樁位中心點(diǎn),并標(biāo)識(shí)清楚,樁位偏差不大5cm。(3)成孔:鉆機(jī)就位后,使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心。在鉆架前方、側(cè)方分別懸掛垂球,確保鉆桿的垂直小于1%。每根樁施工前,有專門的人員指揮樁位對(duì)中及垂直度檢查,滿足要求后,方可開鉆。鉆孔開始時(shí),關(guān)閉鉆頭閥門,向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí),啟動(dòng)馬達(dá)鉆進(jìn)。先慢后快,同時(shí)檢查鉆孔的偏差并及時(shí)糾正。在成孔過程中,發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí),放慢進(jìn)尺,以防止樁孔偏斜及鉆桿、鉆頭的損壞。根據(jù)鉆機(jī)機(jī)身上的進(jìn)尺標(biāo)記,成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高且深入硬層不少于1.0m或鉆至灰?guī)r頂面時(shí),停止鉆進(jìn)。(4)混合料灌注:混合料在拌和站集中攪拌,采用混凝土灌車運(yùn)輸。灌注時(shí)采用靜止提拔鉆桿,先開始泵送混合料,當(dāng)鉆桿芯管內(nèi)充滿混合料后開始拔管,拔管速度控制在1.2m/min～1.5m/min。灌注的樁頂高程高出設(shè)計(jì)高程50cm,以保證樁頭的施工質(zhì)量。(5)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):每臺(tái)班配備試驗(yàn)人員進(jìn)行坍落度的檢測(cè),檢測(cè)次數(shù)不少于3次,并做不少于一組的混凝土試件樁間土的清理和樁頭截除施工中采用了兩種樁間土清理及樁頭截除方法。第一種是在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,利用小型挖掘機(jī)進(jìn)行樁間土清理,樁間土清理完成后再用切割機(jī)進(jìn)行樁頭切除。第二種是在CFG樁灌注完成后,將樁間土及樁頭混合料同時(shí)清除,即采取軟截除的方法進(jìn)行樁頭的處理。第一種方法,主要是在清理樁間土的過程中,小型機(jī)械對(duì)樁本體產(chǎn)生攏動(dòng),致使在距樁頂0.4m～1.0m范圍內(nèi)的樁產(chǎn)生斷樁,人為增大了斷樁數(shù)量。第二種方法對(duì)樁的撓動(dòng)較小,但對(duì)樁頭造成較大破壞,在施工中預(yù)留20cm厚的樁間土,采用人工進(jìn)行清理,減小對(duì)樁頭的破壞。5.4CFG樁基的檢測(cè)：⑴低應(yīng)變檢測(cè)①樁頭的處理,樁頭處理好壞直接影響測(cè)試信號(hào)的質(zhì)量,要求受檢樁樁頂?shù)幕炷临|(zhì)量、截面尺寸與樁身設(shè)計(jì)條件基本相同,鑿除樁頂浮漿及松散、破損的部分,露出堅(jiān)硬的混凝土面,樁頂表面平整干凈無積水。②傳感器安裝點(diǎn)及激振錘擊點(diǎn):傳感器安裝點(diǎn)在距樁中心約2/3半徑處,激振點(diǎn)在樁的中心,安裝點(diǎn)及激振點(diǎn)表面用砂輪機(jī)打磨光滑,傳感器用耦合劑粘結(jié),粘結(jié)層盡可能薄,傳感器底安裝面與樁頂面緊密接觸。安裝點(diǎn)與激振點(diǎn)平面夾角等于或略大于90度。③檢測(cè):檢測(cè)時(shí)用力錘進(jìn)行連續(xù)均勻4次激振(錘頭錘墊均采用工程塑料),實(shí)測(cè)出時(shí)域或幅頻信號(hào)特征,以確定樁身完整性。⑵復(fù)合地基承載力檢測(cè)：施工中對(duì)DK1813+330～+550段CFG樁進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測(cè),該段復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力為320kPa,樁間距為1.8m,單樁承擔(dān)的處理面積為2.1m2,試驗(yàn)的最大載荷為2倍的設(shè)計(jì)載荷2.1×2×320=1344kN。載荷分8～9級(jí)進(jìn)行施加,每級(jí)加載量為150kN～200kN,由9m×9m的加載平臺(tái)堆載提供反力,用2500kN油壓千斤頂分級(jí)加載荷。在承載板上對(duì)稱安裝4個(gè)大行程百分表,量測(cè)復(fù)合地在各級(jí)荷載作用下的地基沉降量,每級(jí)載荷施加后5min第一次測(cè)讀承載板的沉降量,以后每半小時(shí)測(cè)讀一次,當(dāng)一小時(shí)內(nèi)沉降量小于0.1mm時(shí),即可施加下一級(jí)載荷。

第6章京滬客運(yùn)專線CFG樁飽和軟粘土地基處理6.1京滬高速鐵路飽和軟粘土資料京滬高速鐵路DK718+972.05～DK720+077.60段液化土試驗(yàn)工點(diǎn)位于安徽省宿州市欄桿鎮(zhèn)韓莊村，全長(zhǎng)約1106米，北端接韓莊特大橋，南端接勝利河中橋。工點(diǎn)位于黃海沖積平原區(qū)，地形平坦開闊，廣辟為旱地，人工開挖灌溉用溝渠縱橫其間，平均地面標(biāo)高27m左右。當(dāng)?shù)貙贉嘏瘞О霛駶?rùn)季風(fēng)氣候，為我國(guó)南北氣候的過渡地帶，氣候溫和，四季分明。一般最冷月為1月，平均氣溫4.6°，7月份最熱，平均氣溫30.6°。絕對(duì)最高氣溫40.9°，絕對(duì)最低氣溫-23.3°,年平均氣溫11°～16°。歷年平均初霜在11～12月，終霜期在3～4月間，年平均雨量600～1400mm，雨量年內(nèi)分布不均，夏季6到8月為多雨季節(jié)，雨量占全年的60％以上。風(fēng)隨季節(jié)轉(zhuǎn)移非常明顯，冬季盛行東北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)。6.2軟弱地基處理的選用原則京滬高速鐵路上此段為軟粘土地基，其缺點(diǎn)為壓縮性大，承載力小等。由于高速鐵路對(duì)沉降控制提出了更高的要求，因此對(duì)加固后的地基承載力和變形的要求都很高。此地基必須進(jìn)行加固來提高地基土的抗剪強(qiáng)度，減少沉降和不均勻沉降，使在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下不致發(fā)生破壞或出現(xiàn)過大的變形，同時(shí)，防止地震時(shí)地基土的液化。采用鉆孔灌注樁，地基土由有較好的樁端持力，能滿足設(shè)計(jì)要求，但樁間土承載力得不到使用，不經(jīng)濟(jì)，并且在施工過程中有泥漿污染，施工噪音大。振動(dòng)沉管CFG樁施工工藝屬于非排水成樁工藝，只要適用于粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、人工填土及松散砂土等地質(zhì)條件，尤其適用于松散土的加固。它具有施工操作簡(jiǎn)便、施工費(fèi)用低、對(duì)樁間土的擠密效應(yīng)顯著等優(yōu)點(diǎn)。采用振動(dòng)沉管施工的復(fù)合地基可以提高承載力、減少地基變形以及消除地基液化。振動(dòng)沉管技術(shù)主要應(yīng)用于擠密效果好的土和可液化土的地基加固工程，空曠地區(qū)或施工場(chǎng)地周圍沒有管線、精密設(shè)備以及不存在擾民的地基處理工程。所以此次地基處理選用振動(dòng)沉管CFG樁。6.3CFG樁設(shè)計(jì)6.3.1設(shè)計(jì)基本條件⑴．地層巖性表6-1地基土的物理特性指標(biāo)土層天然含水量%天然容重KN/m3比重壓縮系數(shù)天然孔隙比e孔隙比變異系數(shù)凝聚力CkPa內(nèi)摩擦角Φ壓縮模量粉土27.919.52.70.30.80.110.831.58.1軟粘土27.219.72.70.30.80.228.713.07.2⑵．路基面作用荷載①一般條件我國(guó)的高速鐵路采用有碴軌道結(jié)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)與《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TBJl—96)中的I級(jí)重型軌道相近，鋼軌為60kg／m，軌枕為III型混凝土枕，枕長(zhǎng)2.6m，1600～1680根/km，道碴厚＞35cm，碴肩寬50cm。軌道及列車荷載換算的土柱高度及分布寬度如表所示。表6-2列車荷載和換算高度列車活載種類鋼軌（kg/m）軌枕（根/km）道床厚度（m）道床頂寬（m）道床坡度分布寬度（m）ZK標(biāo)準(zhǔn)活載6016670.303.61：1.753.4中—22活載6016670.303.61：1.753.4軌道形式：有碴軌道（雙線）軌道線形：直線②荷重的特征值靜荷載：固定荷重：鋼軌=60*g＝60*9.8=0.588扣件軌枕2*1667/1000*0.35*g＝2*1.667*0.35*9.8=11.4356道床=79.65軌枕重量350kg。自重合計(jì)（幅寬）：b）附加靜荷載故：==6.846.3.2CFG樁基本參數(shù)⑴樁徑樁徑應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件和成樁設(shè)備等因素選擇，此設(shè)計(jì)樁徑根據(jù)現(xiàn)有的工程地質(zhì)資料、成樁設(shè)備及沉管法施工工藝等因素綜合考慮，CFG樁的樁徑選為0.5m。樁間距樁距s過大，承載力不能滿足；s過小，樁的承載力不能充分發(fā)揮，且給施工造成困難。試驗(yàn)表明，當(dāng)樁距小于4倍樁徑后，隨著樁距的減小，復(fù)合地基承載力的增長(zhǎng)率明顯下降，從樁、土作用的發(fā)揮考慮，樁距3～4倍樁徑為宜，于是取s＝1.6m；樁長(zhǎng)L樁長(zhǎng)的確定主要取決于需要加固土層的厚度，—般視建筑物的設(shè)計(jì)要求和工程地質(zhì)條件而定，應(yīng)滿足強(qiáng)度和變形要求。而此設(shè)計(jì)應(yīng)滿足全部消除液化的要求，京滬高速鐵路DK718+972.05～DK720+077.60段液化土層主要是平均厚度為8.5m的粉土及下面0.5m的飽和軟粘土。按照土層的分布確定，第一層土是8.5m粉土，第二層是軟粘土。持力層為粘土，該深度應(yīng)?。?～6），所以＝8.5＋4＝8.5＋4×5＝10.5m；樁布置形式：此設(shè)計(jì)的目的是加固京滬高速鐵路地基，消除其液化。鑒于所加固的是條形地基，采用等邊三角形布樁。處理范圍振動(dòng)沉管CFG樁用于防止砂土及粉土液化時(shí)，每邊處理的寬度不少于液化層厚度的1/2，并不小于5m；當(dāng)可液化土層上覆非液化土?xí)r，每邊放寬不少于處理深度的1/2，并不小于3m；對(duì)鐵路、道路路堤應(yīng)設(shè)置到排水溝外緣。對(duì)本設(shè)計(jì)每邊放寬2排樁，即每邊放寬1.2×2＝2.4m。墊層CFG樁施工結(jié)束后，樁頂部約0.5～1.0m范圍內(nèi)，由于該處地基土的上覆壓力小，施工時(shí)樁體的密實(shí)度很難達(dá)到要求，必須進(jìn)行處理。此設(shè)計(jì)采用0.6m厚碎石墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)一層土工格柵，土工格柵抗拉強(qiáng)度不小于50KN/m，其作用：因地質(zhì)資料表明粉土層下面有一層厚約0.5～1