水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基技術(shù)課件

1、組長：劉錦偉成員：王仁磊 王鑫 王永騰 王友金 王忠廷 徐立飛土木工程2012-1 三組 目錄CFG樁復(fù)合地基簡介CFG樁復(fù)合地基的作用原理CFG樁復(fù)合地基施工復(fù)合地基的概念 復(fù)合地基的概念 復(fù)合地基是在天然地基中設(shè)置一定比例的增強(qiáng)體，并由原土和增強(qiáng)體共同承擔(dān)由基礎(chǔ)傳來的建筑物荷載。這樣一種人工地基稱為復(fù)合地基。 增強(qiáng)體是由強(qiáng)度和模量相對(duì)原土高的材料組成，習(xí)慣上將縱向增強(qiáng)體稱作樁。例如由碎石組成的縱向增強(qiáng)體叫碎石樁;由水泥和土攪拌形成的縱向增強(qiáng)體叫水泥土樁;由水泥、粉煤灰、碎石組成的縱向增強(qiáng)體叫水泥粉煤灰碎石樁。 需要特別指出的是，不論是碎石樁、水泥土樁，還是強(qiáng)度和模量很大的水泥粉煤灰碎石樁，

2、都視為天然土體中的增強(qiáng)體，它和原土一起形成復(fù)合土體，屬屬地基范疇地基范疇。而樁基礎(chǔ)的樁是深基礎(chǔ)的一部分，與上述的增強(qiáng)體(習(xí)慣上叫樁)是有本質(zhì)區(qū)別的。 復(fù)合地基的概念 復(fù)合樁基主要考慮對(duì)象是剛性樁體，荷載由承臺(tái)傳給樁體，若荷載超過樁體極限承載力，樁體下刺，從而將部分荷載傳給土體。此處強(qiáng)調(diào)復(fù)合樁基是在樁體達(dá)到極限承載能力時(shí)土體方發(fā)揮承載作用。它是在充分發(fā)揮樁體承載能力，再對(duì)土體強(qiáng)度進(jìn)行利用，因此可以在整體承載能力不受影響的前提下減少樁體的使用，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。 復(fù)合地基主要考慮對(duì)象是土體，其可能用到的樁有散體樁、柔性樁和剛性樁。土體和樁體在墊層的協(xié)調(diào)作用下同時(shí)承擔(dān)荷載，樁體沒有達(dá)到極限承載能力。

3、土體受荷范圍為樁體整個(gè)長度，及樁端下部。從而達(dá)到對(duì)軟弱土層進(jìn)行改良，增加地基承載力并減少沉降變形的目的。 CFG樁簡介樁簡介CFG(Cement Fly-ash Grave)CFG(Cement Fly-ash Grave)樁是由水泥、粉煤灰、碎石、樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂和水按一定配合比石屑或砂和水按一定配合比均勻攪拌形成的高粘結(jié)強(qiáng)度均勻攪拌形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基，既能較充分形成復(fù)合地基，既能較充分發(fā)揮樁體材料的潛力，又可發(fā)揮樁體材料的潛力，又可充分利用大然地基承載力，充分利用大然地基承載力，并能因地制宜利用地方材料，并能因地制

4、宜利用地方材料，具有工效高、成本低、工后具有工效高、成本低、工后變形小、沉降穩(wěn)定快的優(yōu)點(diǎn)。變形小、沉降穩(wěn)定快的優(yōu)點(diǎn)。（如右圖所示）。（如右圖所示）。 CFG樁復(fù)合地基試驗(yàn)研究是建設(shè)部“七五”計(jì)劃課題，于 1988年立題進(jìn)行試驗(yàn)研究，并應(yīng)用于工程實(shí)踐。 CFG樁復(fù)合地基試驗(yàn)研究成果于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)部列為全國重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，被國家科委列為國家級(jí)全國重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。1997年被列為國家級(jí)工法，并制定了中國建筑科學(xué)研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已列人國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范。為了進(jìn)一步推廣這項(xiàng)新技術(shù)

5、，國家投資對(duì)施工設(shè)備和施工工藝進(jìn)行了專門研究，并列人“九五”國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。1999年12月通過了國家驗(yàn)收。 該技術(shù)已在全國23個(gè)省、市廣泛推廣應(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。 特別是近10年來，該技術(shù)已在北方地區(qū)的高層建筑地基處理中應(yīng)用，僅就目前北京和河北地區(qū)的不完全統(tǒng)計(jì)，已有近千棟高層建筑地基處理采用了CFG樁加固技術(shù)，其中絕大多數(shù)為2035層。由于CFG樁復(fù)合地基技術(shù)具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價(jià)低廉的特點(diǎn)，目前已成為北京及周邊地區(qū)應(yīng)用最普遍

6、的地基處理技術(shù)之一。 在CFG樁復(fù)合地基中,上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載是由CFG樁體、樁周土和褥墊層共同承擔(dān)的。褥墊層將上部基礎(chǔ)傳來的基底壓力或水平力通過適當(dāng)?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁周土使二者共同受力,同時(shí)土由于樁的擠密作用提高了承載力,而樁又由于周圍土體的側(cè)應(yīng)力的增加而改善了受力性能。下面就CFG樁復(fù)合地基中的樁、樁周土和褥墊層的作用機(jī)理進(jìn)行分析討論。 1.樁對(duì)樁間土的擠密作用樁對(duì)樁間土的擠密作用：對(duì)于散填土、松散粉細(xì)砂、粉土,由于振動(dòng)沉管CFG樁的振動(dòng)和側(cè)向擠壓作用使樁間土孔隙比減小,含水量降低,土的干密度和內(nèi)摩擦角有所增加,土的物理力學(xué)性能得到改善, 從而提高樁間土的承載力。2.樁體的排水

7、作用樁體的排水作用：CFG樁復(fù)合地基在成樁初期,因 樁孔內(nèi)和周邊充填過濾性較好的粗顆粒填料,在地基中就形成了滲透性能良好的人工豎向排水、減壓的通道,使孔隙水沿樁體向上排出,可以有效地散和防止振沖產(chǎn)生的超孔隙水壓力的增高,加速地基的排水,這種排水作用不但不會(huì)降低樁體強(qiáng)度,而且可以使土體強(qiáng)度恢復(fù)并超出原土體天然承載力。 3.預(yù)震效應(yīng)：預(yù)震效應(yīng)： CFG樁復(fù)合地基成樁過程中,振沖器以一定的振動(dòng)頻率或沖擊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)震提高了砂土抗液化能力。4.樁的置換作用：樁的置換作用： CFG樁中的水泥經(jīng)水解和水化反應(yīng)以及與粉煤灰的凝硬反應(yīng),生成不溶于水的穩(wěn)定

8、結(jié)晶化合物,它能使樁體的抗剪強(qiáng)度和變形模量大大提高,所以在荷載作用下,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)了應(yīng)力集中現(xiàn)象,大部分荷載將由樁周和樁端承受,樁間土應(yīng)力相應(yīng)減小,于是復(fù)合地基的承載力比原有地基承載力有所提高。 5.對(duì)樁周土的約束作用對(duì)樁周土的約束作用在無側(cè)向約束的土體,受荷后其側(cè)向變形比有側(cè)向約束的大,從而使垂直應(yīng)力集中,由于CFG樁對(duì)樁周土體側(cè)向變形的限制,使側(cè)向變形減小,相應(yīng)地也減小了垂直變形。這里說的褥墊層不是基礎(chǔ)施工經(jīng)常做的10cm厚的素混凝土墊層，而是由粗砂、碎石等散體材料組成的散體材料。在復(fù)合地基中有如下幾種作

9、用：u保證樁與樁間土共同承擔(dān)荷載保證樁與樁間土共同承擔(dān)荷載u調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比u減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中u調(diào)整樁、上水平荷載的分擔(dān)調(diào)整樁、上水平荷載的分擔(dān)1.保證樁與樁間土共同承擔(dān)荷載保證樁與樁間土共同承擔(dān)荷載試驗(yàn)資料表明,復(fù)合地基在基礎(chǔ)荷載作用下,樁體范圍內(nèi)應(yīng)力集中,近似于樁基的受力形態(tài),而樁間土上的反力卻仍保持著類似天然地基時(shí)的馬鞍形分布。而鋪設(shè)一定厚度的褥墊層后,基礎(chǔ)荷載通過褥墊層向樁間土擴(kuò)散,樁體承擔(dān)豎向荷載的比例得到調(diào)整,由此產(chǎn)生樁體與樁間土共同承擔(dān)上部荷載的作用。CFG樁復(fù)合地基不設(shè)置褥墊層與設(shè)置一定厚度的褥墊層,其樁間土承擔(dān)荷載的情況有明

10、顯區(qū)別,如下圖所示：2.調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比復(fù)合地基樁、土荷載分擔(dān)，可用樁、土應(yīng)力比n表示，也可用樁、土荷載分擔(dān)比表示。當(dāng)褥墊層厚度H一0，樁土應(yīng)力比很大。在軟土中，樁土應(yīng)力比n可以超過100，樁分擔(dān)的荷載相當(dāng)大。當(dāng)H很大時(shí)，樁土應(yīng)力比接近1。此時(shí)樁的荷載分擔(dān)比很小。有無褥墊層樁土應(yīng)力的變化如下圖所示3.減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中當(dāng)褥墊層厚度H=0時(shí)，樁對(duì)基礎(chǔ)的應(yīng)力集中很顯著，和樁基礎(chǔ)一樣需要考慮樁對(duì)基礎(chǔ)的沖切破壞。當(dāng)H大到一定程度后，基底反力即為天然地基的反力分布。一般地，當(dāng)褥墊層厚度大于10cm時(shí)，樁對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的應(yīng)力集中已顯著降低;當(dāng)H為3ocm時(shí)

11、，應(yīng)力集中已很小。所以褥墊層厚度取10一30cm為宜。4.調(diào)整樁、上水平荷載的分擔(dān)調(diào)整樁、上水平荷載的分擔(dān)試驗(yàn)表明，褥墊層厚度越大，樁頂水平位移越小即樁頂承受的水平荷載越小。大量實(shí)踐表明，褥墊層厚度不小于14cm時(shí)，樁體不會(huì)發(fā)生水平折斷，樁在復(fù)合地基中不會(huì)失去工作能力。5.褥墊層的合理厚度褥墊層的合理厚度褥墊層厚度過小，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，這勢必導(dǎo)致基礎(chǔ)加厚。如果基礎(chǔ)承受水平荷載作用，可能造成復(fù)合地基中樁發(fā)生斷裂。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，必然要增加樁的數(shù)量或長度，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。l振動(dòng)沉管CFG樁施工工藝l長螺旋鉆

12、管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝除上述兩種常用的CFG樁施工工藝外，CFG樁施工還可根據(jù)土質(zhì)情況、設(shè)備條件采用以下工藝:(1)長螺旋鉆干成孔灌注成樁。適用于地下水以上、提鉆不塌 孔的土層條件。(2)人工或機(jī)械洛陽鏟成孔灌注成樁。適用于處理深度不大，地下水位以上的粘性土、粉土和填土地基 。(3)泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁。 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CFG樁施工工藝，是由于當(dāng)時(shí)振動(dòng)沉管打樁機(jī)在我國擁有量最多，分布的地區(qū)也最普遍。 振動(dòng)沉管CFG樁施工工藝屬于擠土成樁工藝擠土成樁工藝，適用于粘性土、粉土、素填土。它具有施工操作簡便、施工費(fèi)用較低、對(duì)樁間土的擠密效應(yīng)顯著等

13、優(yōu)點(diǎn)。采用振動(dòng)沉管以提高地基承載力、CFG樁施工工藝施工的CFG樁復(fù)合地基可減少地基變形以及消除地基液化消除地基液化。存在的主要問題：存在的主要問題：l 難以穿透厚的硬土層如砂層、卵石層等。l 振動(dòng)及噪音污染嚴(yán)重，對(duì)周圍居民的正常生活產(chǎn)生 不良的影響。l 在臨近原有建筑施工時(shí)，振動(dòng)對(duì)原有建筑物可能產(chǎn) 生不良影響。l 施工時(shí)混合料從攪拌機(jī)到樁機(jī)進(jìn)料口的水平運(yùn)輸一般 為翻斗車或人工運(yùn)輸，效率相對(duì)較低。施施工工設(shè)設(shè)備備1.CFG樁施工前的準(zhǔn)備工作樁施工前的準(zhǔn)備工作u施工前應(yīng)具備下列資料和條件:建筑物場地工程地質(zhì)勘察報(bào)告。 CFG樁布樁圖。布樁圖應(yīng)注明樁位編號(hào)以及設(shè)計(jì)說明和 施工說明。建筑場地臨近的高

14、壓電纜、電話線、地下管線、地下光 纜、地下構(gòu)筑物及障礙物等調(diào)查資料。建筑物場地的水準(zhǔn)點(diǎn)和建筑物位置控制座標(biāo)等資料。具備“三通一平”條件u施工前的主要工作程序施工前的主要工作程序:(1)確定施工機(jī)具和配套設(shè)備。設(shè)備進(jìn)場、設(shè)備安裝調(diào)試。(2)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)量材料進(jìn)場。(3)施工組織設(shè)計(jì)方案報(bào)審?fù)ㄟ^。人員進(jìn)場、開工前對(duì)施工人員進(jìn)行 安全教育。(4)施放主要軸線,確定場地標(biāo)高。(5)按施工平面圖放好樁位,進(jìn)行樁位預(yù)檢。若采用鋼筋混凝土預(yù)制樁 尖,需要埋入地表以下30cm左右。確定施工打樁順序。(6)復(fù)核測量基線、水準(zhǔn)點(diǎn)及樁位、CFG樁的軸線定位點(diǎn),檢查施工場地 所設(shè)的水

15、準(zhǔn)點(diǎn)是否會(huì)受施工影響。(7)施工前安全交底、技術(shù)交底。(8)CFG樁混合料澆注申請(qǐng)、開盤鑒定。(9)CFG樁施工開始。2.CFG樁施工樁施工l)設(shè)備組裝。設(shè)備組裝。樁機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場,根據(jù)設(shè)計(jì)樁長、沉管入土深度確 定機(jī)架高度和沉管長度,并進(jìn)行設(shè)備組裝。2)就位。樁機(jī)就位須水平、穩(wěn)固,調(diào)整沉管與地面垂直,確保 垂直度偏差不大于1%。3)沉管。啟動(dòng)馬達(dá)沉管。啟動(dòng)馬達(dá),開始沉管過程中注意調(diào)整樁機(jī)的穩(wěn)定,嚴(yán)禁傾斜和錯(cuò)位,沉管到預(yù)定標(biāo)高,停機(jī)。4)記錄與投料記錄與投料。沉管過程中做好記錄,每沉lm記錄電流表上的電流一 次。并對(duì)土層變化處給予說明。停機(jī)后立即向管內(nèi)投放混合料,直到混合料與理料口齊平。5)振動(dòng)拔管

16、振動(dòng)拔管。啟動(dòng)馬達(dá),振5一105,開始拔管,拔管速率一般為1.2一1.5耐min,如遇淤泥或淤泥質(zhì)土,拔管速率還應(yīng)放慢。拔管過程中不允許反插。如上料不足,須在拔管過程中空中投料,以保證成樁后樁頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求。6)封頂。封頂。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。然后移機(jī)進(jìn)行下一根樁的施工。7)施工過程中,抽樣做混合料試塊,一般一個(gè)臺(tái)班做一組(3塊),試塊尺寸為15cmX15emK15em,并測定28d抗壓強(qiáng)度。3.CFG樁施工中常見的幾個(gè)問題樁施工中常見的幾個(gè)問題l)施工擾動(dòng)土的強(qiáng)度降低施工擾動(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。土的密實(shí)度對(duì)土的擠

17、密性影響很大。密實(shí)的砂土或粉土?xí)駝?dòng)松散;松散的砂土或粉土可振密實(shí)。2)縮頸和斷樁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)己打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓,即使得已打樁被擠成橢圓形或不規(guī)則形,嚴(yán)重的產(chǎn)生縮頸和斷樁。在上部有較硬的土層或中間夾有硬土層的土中成樁,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),己打樁有時(shí)被振動(dòng)開裂,且裂縫一般與水平成030角。3)樁體強(qiáng)度不均勻樁體強(qiáng)度不均勻樁機(jī)卷揚(yáng)系統(tǒng)提升沉管速度太快時(shí),為控制平均速度,一般采用提升一距離,停下振動(dòng)一段時(shí)間,非振時(shí),速度太快可能導(dǎo)致縮頸斷樁。拔

18、管太慢或振時(shí)間過長,都會(huì)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。4)樁料與土的混合樁料與土的混合當(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)或樁端一樁徑較小。若采用反插辦法,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)致樁身摻土等缺陷。4.CFG樁施工工藝對(duì)施工質(zhì)量的影響樁施工工藝對(duì)施工質(zhì)量的影響1)拔管速度拔管速度試驗(yàn)表明,拔管速度太快將造成樁徑偏小或縮頸斷樁。由于國產(chǎn)振動(dòng)沉管機(jī)拔管速度都較快,可以通過增加卷揚(yáng)系統(tǒng)中輪組的動(dòng)輪數(shù)量來改變拔管速度。2)合理樁距合理樁距試驗(yàn)表明,

19、其它條件相同時(shí),樁距越小,復(fù)合地基承載力越大。從樁、土作用的發(fā)揮考慮,以樁距大于4倍樁徑為宜。施工時(shí)振動(dòng)可使土體密度增加,場地發(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,以至于使已打的樁產(chǎn)生縮頸或斷樁。樁距越大,施工質(zhì)量越容易控制。應(yīng)針對(duì)不同的土性,分別加以考慮。3)施打順序施打順序在設(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)施打一是連續(xù)施打,如圖3一1(a)所示,從1號(hào)樁開始,依次2號(hào)、3號(hào)連續(xù)打下去。二是間隔跳打二是間隔跳打,可以間隔一根樁,也可間隔多根樁打。如圖3一1(b)所示,先打1、3、5.后打2、4、6。4)混合料的坍落

20、度混合料的坍落度工程實(shí)踐表明,混合料的坍落度過大,樁頂浮漿浮漿過多,樁體強(qiáng)度也會(huì)降低。坍落度控制在35cm,和易性很好,當(dāng)拔管速率為1.21.5m/min時(shí),一般樁頂浮漿可控制在10cm左右,成樁質(zhì)量容易保證。5)保護(hù)樁長保護(hù)樁長所謂保護(hù)樁長是指成樁時(shí)預(yù)先設(shè)定加長的一樁長,基礎(chǔ)施工時(shí)將其剔掉。設(shè)置保護(hù)樁長的原因是成樁時(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)高一定長度(約300一500mm)5.CFG樁施工質(zhì)量控制措施樁施工質(zhì)量控制措施l)施工監(jiān)測施工監(jiān)測(l)施工場地標(biāo)高觀測。施工場地標(biāo)高觀測。施工前要測量場地的標(biāo)高,注意測點(diǎn)應(yīng)有足夠的數(shù)量和代表性。(2)樁頂標(biāo)高的觀測樁頂標(biāo)高的觀測。打新樁時(shí)對(duì)己打樁但尚未結(jié)硬樁的樁頂進(jìn)行樁頂位移測量,以估算樁徑縮小的數(shù)值。(3)打新樁時(shí)對(duì)已打并已結(jié)硬樁的樁頂進(jìn)行樁頂位樁頂位移測量移測量,以判斷是否斷樁。2)逐樁靜壓逐樁靜壓 對(duì)重要工程或通過施工監(jiān)測發(fā)現(xiàn)樁頂上升較大,且樁的數(shù)量較多