CFG水泥粉煤灰碎石樁地基處理工藝（47頁）

1、概述水泥粉煤灰碎石樁又稱CFG樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁。樁體和樁間土、褥墊層一起組成水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基。水泥粉煤灰碎石樁碎石樁的缺點(diǎn)碎石樁系散體材料樁，樁本身沒有粘結(jié)強(qiáng)度，主要靠周圍土的約束形成樁體強(qiáng)度，并和樁間土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部建筑的垂直荷載。土越軟對樁的約束作用越差，樁體強(qiáng)度越小，樁傳遞垂直荷載的能力越差。 根據(jù)試驗及理論分析，通常距樁頂23倍樁徑的范圍為高應(yīng)力區(qū)；當(dāng)大于610倍樁徑后，軸力的傳遞收斂很快；當(dāng)樁長大于2.5倍基礎(chǔ)寬度后，樁的端阻作用很小。在諸多種類的復(fù)合地基的增強(qiáng)體中，置換作用最差。CFG樁的改進(jìn)摻入適量的石屑、粉

2、煤灰和水泥，加水拌和形成一種粘結(jié)強(qiáng)度較高的樁體；具有剛性樁的某些性狀； 可以全樁長發(fā)揮側(cè)阻作用；當(dāng)樁端落在好土層時也能很好地發(fā)揮端阻作用；復(fù)合地基承載力大幅提高；CFG樁屬高粘結(jié)強(qiáng)度樁，比素混凝土樁經(jīng)濟(jì)；添加石屑主要改善級配，可提高樁身強(qiáng)度。碎石樁和CFG樁的對比樁型對比多層和高層建筑地基多層建筑地基適用范圍應(yīng)力應(yīng)變曲線是直線關(guān)系，圍壓對應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有多大的影響。應(yīng)力應(yīng)變曲線不是直線關(guān)系，增加圍壓，破壞主應(yīng)力差增大。三軸應(yīng)力應(yīng)變曲線增加樁長可有效的減小變形，總的變形量小。減小地基變形的幅度較小，總的變形較大。變形承載力的提高幅度有較大的可調(diào)性，可提高4倍或更高。加固粘性土復(fù)合地基承載力的提高

3、幅度較小，一般為0.51.0倍。復(fù)合地基承載力樁的承載力主要來自全樁長的摩阻力及樁端承載力，樁越長則承載力越高。以置換率10%計，樁承擔(dān)荷載占總荷載的百分比為40%75%。樁的承載力主要靠樁頂以下有限范圍內(nèi)樁周土的側(cè)向約束，當(dāng)樁長大于有效樁長時增加樁長對承載力的提高作用不大。以置換率10%計，樁承擔(dān)荷載占總荷載的百分比為15%30%。單樁承載力CFG樁碎石樁應(yīng)用：CFG樁主要適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基，對淤泥質(zhì)土，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗或通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。CFG樁可用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)等。1樁土受力特征1 時程曲線由于褥墊層的設(shè)置，隨著時間的變化

4、，樁間土表面的變形不斷增加，但樁和土的荷載分擔(dān)均為一常值，它不隨時間的變化而改變。豎向荷載作用下復(fù)合地基性狀樁基礎(chǔ)CFG樁復(fù)合地基2樁土荷載分擔(dān)分擔(dān)趨勢CFG樁復(fù)合地基樁基礎(chǔ)3不同部位樁的受力一般是角樁受力最大，邊中樁次之，中心樁最小。4樁傳遞軸向力的特征樁基礎(chǔ)，樁的最大軸向力發(fā)生在樁的頂部。CFG樁，樁的最大軸向力在中性點(diǎn)處。 從加載一開始樁就存在一個負(fù)摩擦區(qū)。5樁間土應(yīng)力的分布（同樁）2復(fù)合地基變形特性1變形模式樁范圍內(nèi)土層的壓縮量下臥層的壓縮量褥墊層的壓縮量樁長對變形的影響樁長分擔(dān)大土分擔(dān)小小可不考慮?；A(chǔ)寬度的影響復(fù)合地基也一樣，當(dāng)置換率、樁長及土性相同時，給定荷載下加固區(qū)壓縮變形 、

5、下臥層壓縮變形 、以及總壓縮量都隨基礎(chǔ)寬度增加而增大。深層變形性狀無論是單樁復(fù)合地基還是群樁復(fù)合地基，在荷載較小時，復(fù)合地基樁間土表面的變形都小于天然地基的變形。隨著荷載的增加，兩者的變形相等，之后則有復(fù)合地基的變形大于天然地基的變形。1褥墊層的作用 保證樁、土共同承擔(dān)荷載 。褥墊層的設(shè)置為CFG樁復(fù)合地基在受荷后提供了樁上、下刺入的條件，即使樁端落在好的土層上（承載力高），至少可以提供上刺入條件，以保證樁間土始終參與工作。褥墊厚度可以調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比。荷載一定時，褥墊層越厚，土承擔(dān)的荷載越多。荷載水平越高，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比越大。褥墊層技術(shù)減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中 當(dāng)褥墊層厚度大

6、于10cm時，樁對基礎(chǔ)產(chǎn)生的應(yīng)力集中已顯著降低。當(dāng)褥墊層的厚度為30cm時，ps只有1.23 褥勢層厚度可以調(diào)整樁、土水平荷載分擔(dān)比 褥墊厚度越大，樁頂水平位移越小，即樁頂受的水平荷載越小。大量工程實踐和室內(nèi)試驗表明，褥墊層厚度不小于10cm時，樁體不會發(fā)生水平折斷，樁在復(fù)合地基中不會失去工作能力。2褥墊層厚度褥墊層厚度一般取1530cm為宜，當(dāng)樁距過大時，褥墊層厚度還可適當(dāng)加大。褥墊層材料可用碎石、級配砂石(限制最大粒徑)粗砂、中砂。13.4復(fù)合地基工程特性1承載力提高幅度大2適用范圍廣3剛性樁的性狀明顯4樁體的排水作用5時間效應(yīng)6樁體強(qiáng)度和承載力的關(guān)系 一般取樁頂應(yīng)力的3倍。7復(fù)合地基變形

7、小 建筑物的沉降量一般可控制在24cm。13.5復(fù)合地基設(shè)計計算勘察、試驗承載力計算（同夯實水泥土樁）沉降計算實用方法復(fù)合模量法設(shè)計參數(shù)：樁長:結(jié)合土性、樁周摩阻系數(shù)和端承系數(shù)，即可預(yù)估樁長,一般要求樁端置于良好土層。樁徑dCFG樁常采用振動沉管法施工，一般為350600樁距S=(35) d樁體強(qiáng)度褥墊層厚度及材料褥墊層厚度一般取1530cm為宜，當(dāng)樁距過大時，褥墊層厚度還可適當(dāng)加大。褥墊層材料可用碎石、級配砂石(限制最大粒徑)粗砂、中砂。5布樁13.6復(fù)合地基施工在進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基設(shè)計時，必須同時考慮CFG樁的施工，并要了解施工可能出現(xiàn)的問題，以及如何防止這些問題的發(fā)生與施工時采用什么樣

8、的設(shè)備和施工工藝。要根據(jù)場地土的性質(zhì)、設(shè)計要求的承載力、變形以及擬建場地周圍環(huán)境等情況綜合考慮施工設(shè)備及施工工藝和控制施工質(zhì)量措施。目前常用的施工設(shè)備及施工方法有：（一）振動沉管灌注成樁（二）長螺旋鉆孔灌注成樁（三）泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁（四）長螺旋鉆孔泵壓混合料成樁長螺旋鉆孔灌注成樁這種施工方法適用于地下水位埋藏較深的粘性土、粉土、填土等，成孔時不會發(fā)生塌孔現(xiàn)象，并適用于對周圍環(huán)境要求如噪音、泥漿污染比較嚴(yán)格的場地。泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁 這種成樁方法適用于有砂層的地質(zhì)條件，以防砂層塌孔，并適用于對振動噪音要求嚴(yán)格的場地。長螺旋鉆孔泵壓混合料成樁這種方法適用于分布有砂層的地質(zhì)條件，以及對噪音和泥

9、漿污染要求嚴(yán)格的場地。這種成樁方法在施工時，首先用長螺旋鉆孔到達(dá)設(shè)計的預(yù)定深度，然后提升鉆桿，同時用高壓泵將樁體混合料通過高壓管路的長螺旋鉆桿的內(nèi)管壓到孔內(nèi)成樁。這一工藝具有低噪音、無泥漿污染的優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的施工方法。振動沉管灌注成樁就目前國內(nèi)情況，振動沉管灌注成樁用的比較多，這主要是由于振動打樁機(jī)施工效率高，造價相對較低。這種施工方法適用于無堅硬土層和密實砂層的地層條件，以及對振動噪音限制不嚴(yán)格的場地。1沉管1)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。2)若采用預(yù)制鋼筋混凝土樁尖，需埋入地表以下300左右。3)啟動電動機(jī)，開始沉管過程中注意調(diào)整樁機(jī)的穩(wěn)定

10、，嚴(yán)禁傾斜和錯位。4)沉管過程中須作好記錄。激振電流每沉lm記錄一次，對土層變化處應(yīng)特別說明直到沉管至設(shè)計標(biāo)高。2投料1)在沉管過程中可用料斗進(jìn)行空中投料?；旌狭厦媾c鋼管料口平齊。待沉管至設(shè)計標(biāo)高后須盡快投料。2)如上料量不多，須在拔管過程中進(jìn)行孔中投料，以保證成樁樁頂標(biāo)高滿足設(shè)計要求。3)混合料配比應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定，碎石和石屑含雜質(zhì)不大于5。4)按設(shè)計配比配制混合料，投入攪拌機(jī)加水拌和，加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度為3050，成樁后樁頂浮漿厚度一般不超過200。5)混合料的攪拌須均勻，攪拌時間不得少于1min。 3拔管1)當(dāng)混合料加至鋼管投料口平齊后，開動電動機(jī)，沉管原地留振10秒左右

11、，然后邊振動邊拔管。2)拔管速度按均勻線速控制，一般控制在1.21.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥質(zhì)土，拔管速率可適當(dāng)放慢。3)當(dāng)樁管拔出地面，確認(rèn)成樁符合設(shè)計要求后用粒狀材料或濕粘土封項，然后移機(jī)繼續(xù)下一根樁施工。4施工順序 連續(xù)施打可能造成的缺陷是樁徑被擠扁或縮頸，但很少發(fā)生樁完全斷開；跳打一般很少發(fā)生已打樁樁徑被擠小或縮頸現(xiàn)象，但土質(zhì)較硬時，在己打樁中間補(bǔ)打新樁時，已打樁可能被振斷或振裂。在軟土中，樁距較大可采用隔樁跳打；在飽和的松散粉土中施打，如樁距較小，不宜采用隔樁跳打方案；滿堂布置，無論樁距大小，均不宜從四周向內(nèi)推進(jìn)施工。施打新樁時與己打樁間隔時間不應(yīng)少于7天5混合料坍落度 為避

12、免樁頂浮漿過多，混合料坍落度一般為35cm。6保護(hù)樁長 所謂保護(hù)樁長是指成樁時預(yù)先設(shè)定加長的一段樁長，基礎(chǔ)施工時將其剔掉。保護(hù)樁長越長，樁的施工質(zhì)量越容易控制，但浪費(fèi)的料也越多。設(shè)計樁頂標(biāo)高離地表距離不大于1.5m時，保護(hù)樁長可取5070cm， 上部用土封頂。樁頂標(biāo)高離地表距離較大時，保護(hù)樁長可設(shè)置70100cm，上部用粒狀材料封頂直到地表。 7樁頭處理 CFG樁施工完畢待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度(一般為7天左右)，方可進(jìn)行基槽開挖。在基槽開挖中，如果設(shè)計樁頂標(biāo)高距地面不深(一般不大于1.5m)，宜考慮采用人工開挖，不僅可防止對樁體和樁間土產(chǎn)生不良影響，而且經(jīng)濟(jì)可行；如果基槽開挖較深，開挖面積大，采用

13、人工開挖不經(jīng)濟(jì)，可考慮采用機(jī)械和人工聯(lián)合開挖，但人工開挖留置厚度一般不宜小于700。樁頭鑿平，并適當(dāng)高出樁間土12cm7復(fù)合地基檢測及驗收（一）施工質(zhì)量控制(1)施工監(jiān)測 1)打樁過程中隨時測量地面是否發(fā)生隆起，因為斷樁常常和地表隆起相聯(lián)系。 2)打新樁時對已打但尚未結(jié)硬樁的樁頂進(jìn)行樁頂位移測量，以估算樁徑的縮小量。 3)打新樁時對已打并結(jié)硬樁的樁頂進(jìn)行樁頂位移測量，以判斷是否斷樁。一般當(dāng)樁頂位移超過10，需開挖進(jìn)行查驗。(2)逐樁靜壓 對重要工程或施工監(jiān)測發(fā)現(xiàn)樁頂上升量較大且樁數(shù)較多時，可對樁進(jìn)行快速靜壓，將可能斷裂并脫開的樁連接起來。這一技術(shù)在沿海地區(qū)稱為“跑樁”。這技術(shù)對保證復(fù)合地基中樁

14、很好地傳遞垂直荷載是很有意義的。 需要指出的是，CFG樁斷樁并不脫開，因此并不影響復(fù)合地基的正常使用。(3)靜壓振拔技術(shù) 所謂靜壓振拔是指沉管時不啟動電動機(jī)，借助樁機(jī)自重將沉管沉至預(yù)定標(biāo)高，填料后啟動電動機(jī)振動拔管。對飽和軟土采用這項技術(shù)對保證施工質(zhì)量是有益的。(4)大直徑預(yù)制樁尖的采用 在軟土地區(qū)，當(dāng)樁長范圍內(nèi)樁端有可能落在好的土層上時，可采用比通常用的更大的預(yù)制樁尖，樁尖的直徑增大到沉管外徑的1.52.0倍，人們稱之為“大頭樁尖”，其目的是為了獲得更大的端阻力。（二）質(zhì)量檢驗CFG樁施工結(jié)束后，應(yīng)間隔一定時間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗。一般養(yǎng)護(hù)齡期可取28天。(1)樁間土檢驗 樁間土質(zhì)量檢驗可用標(biāo)準(zhǔn)

15、貫入、靜力觸探和鉆孔取樣等試驗對樁間土進(jìn)行處理前后的對比試驗。對砂性土地基可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入或動力觸探等方法檢測擠密程度。 (2)單樁和復(fù)合地基檢驗 可采用單樁載荷試驗、單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗進(jìn)行處理效果檢驗。檢驗點(diǎn)數(shù)量可按處理面積大小取24點(diǎn)。小結(jié)凡復(fù)合地基中豎向增強(qiáng)體是由低強(qiáng)度混凝土形成的復(fù)合地基，統(tǒng)稱為低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基。低強(qiáng)度混凝土常用水泥、石子及其他摻和料（如砂、粉煤灰、石灰等）制成，強(qiáng)度一般在515Mpa范圍內(nèi)。低強(qiáng)度混凝土樁介于碎石樁和鋼筋混凝土樁之間。與碎石樁相比，低強(qiáng)度混凝土樁樁身具有一定的剛度，不屬于散體材料樁。其樁體承載力取決于樁側(cè)摩擦力和樁端端承力之和或樁體材料強(qiáng)度

16、。當(dāng)樁間土不能提供較大側(cè)限力時，低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基承載力高于碎石樁復(fù)合地基。與鋼筋混凝土樁相比，樁體強(qiáng)度和剛度比一般混凝土樁小得多。這樣有利于充分發(fā)揮樁體材料的潛力，降低地基處理費(fèi)用。低強(qiáng)度混凝土樁常采用地方材料，因地制宜配制低強(qiáng)度混凝土。如中國建筑科學(xué)院地基所開發(fā)的水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復(fù)合地基、浙江省建筑科研所等單位開發(fā)的低強(qiáng)度水泥砂石樁復(fù)合地基、浙江大學(xué)巖土工程所開發(fā)的二灰混凝土樁地基等，均屬于低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基法。多元復(fù)合地基近十多年來，地基處理技術(shù)得到很大的發(fā)展。這不僅反映在機(jī)械、材料、設(shè)計理論、施工工藝、現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)及地基處理新方法的不斷涌現(xiàn)等方面，而且反映在多種地基

17、處理方法的綜合應(yīng)用方面。鑒于豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中的三種類型樁(即散體材料樁、柔性樁和剛性樁)的承載能力和變形特性不同，且由于每種地基處理方法都不是萬能的，每種地基處理方法都有其適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，可將豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中的三種類型樁中的兩種甚至三種樁綜合應(yīng)用于加固軟土地基，形成多元復(fù)合地基，以充分發(fā)揮各樁型的優(yōu)勢，大幅度地提高地基承載力，減小地基沉陷，從而取得良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。在多元復(fù)合地基中，可將樁身強(qiáng)度較高的樁稱為主樁，將強(qiáng)度較低的樁稱為次樁。多元復(fù)合地基可分為兩類：在第一類多元復(fù)合地基中，主樁的置換作用是復(fù)合地基承載的主要部分，次樁起輔助作用；在第二類多元復(fù)合地基中，復(fù)合地基承載力的提高主要依靠次樁的作用，主樁僅布置在節(jié)點(diǎn)及荷載較大的承重墻下（數(shù)量少），達(dá)到減小沉降的目的。工程