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CFG桩
水泥粉煤灰碎石桩法
9.1一般规定
9.1.1水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。
对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。
9.1.2水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。
9.1.3水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计时应进行地基变形验算。
9.2.8地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。
复合土层的分层与天然地基相同,各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍,ζ值可按下式确定:
9.3施工
9.3.1水泥粉煤灰碎石桩的施工,应根据现场条件选用下列施工工艺:
1长螺旋钻孔灌注成桩,适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;
2长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩,适用于粘性土、粉土、砂土,以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地;
3振动沉管灌注成桩,适用于粉土、粘性土及素填土地基。
9.3.2长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工和振动沉管灌注成桩施工除应执行国家现行有关规定外,尚应符合下列要求:
1施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验,施工时按配合比配制混合料。
长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160~200mm,振动沉管灌注成桩施工的坍落度宜为30~50mm,振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm;
2长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后,应准确掌握提拔钻杆时间,混合料泵送量应与拔管速度相配合,遇到饱和砂土或饱和粉土层,不得停泵待料;沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制,拔管速度应控制在1.2~1.5m/min左右,如遇淤泥或淤泥质土,拔管速度应适当放慢;
3施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m;
4成桩过程中,抽样做混合料试块,每台机械一天应做一组(3块)试块(边长为150mm的立方体),标准养护,测定其立方体抗压强度。
9.3.3冬期施工时混合料人孔温度不得低于5℃,对桩头和桩间土应采取保温措施。
9.3.4清土和截桩时,不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
9.3.5褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力夯实法,夯填度(夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值)不得大于0.9。
9.3.6施工垂直度偏差不应大于1%;对满堂布桩基础,桩位偏差不应大于0.4倍桩径;对条形基础,桩位偏差不应大于0.25倍桩径,对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。
9.4质量检验
9.4.1施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。
9.4.2水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时,承载力检验应采用复合地基载荷试验。
9.4.3水泥粉煤灰碎石桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时,并宜在施工结束28d后进行。
试验数量宜为总桩数的0.5%~1%,且每个单体工程的试验数量不应少于3点。
9.4.4应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验,检测桩身完整性。
9水泥粉煤灰碎石桩法
9.1一般规定
9.1.1水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩(简称CFG桩),桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。
水泥粉煤灰碎石桩系高粘结强度桩,需在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层。
保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。
水泥粉煤灰碎石桩与素混凝土桩的区别仅在于桩体材料的构成不同,而在其受力和变形特性方面没有什么区别。
水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有承载力提高幅度大,地基变形小等特点,并具有较大的适用范围。
就基础形式而言,既可适用于条基、独立基础,也可适用于箱基、筏基;既有工业厂房,也有民用建筑。
就土性而言,适用于处理粘土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。
对淤泥质土应通过现场试验确定其适用性。
水泥粉煤灰碎石桩不仅用于承载力较低的土,对承载力较高(如承载力fak=200kPa)但变形不能满足要求的地基,也可采用水泥粉煤灰碎石桩以减少地基变形。
目前已积累的工程实例,用水泥粉煤灰碎石桩处理承载力较低的地基多用于多层住宅和工业厂房。
比如南京浦镇车辆厂厂南生活区24幢6层住宅楼,原地基土承载力特征值为60kPa的淤泥质土,经处理后复合地基承载力特征值达240kPa,基础形式为条基,建筑物最终沉降多在4cm左右。
对一般粘性土、粉土或砂土,桩端具有好的持力层,经水泥粉煤灰碎石桩处理后可作为高层或超高层建筑地基,如北京华亭嘉园35层住宅楼,天然地基承载力特征值为fak=200kPa,采用水泥粉煤灰碎石桩处理后建筑物沉降3~4cm。
对可液化地基,可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基,一般先施工碎石桩,然后在碎石桩中间打沉管水泥粉煤灰碎石桩,既可消除地基土的液化,又可获取很高的复合地基承载力。
9.1.2水泥粉煤灰碎石桩具有较强的置换作用,其他参数相同,桩越长、桩的荷载分担比(桩承担的荷载占总荷载的百分比)越高。
设计时须将桩端落在相对好的土层上,这样可以很好地发挥桩的端阻力,也可避免场地岩性变化大可能造成建筑物沉降的不均匀。
9.1.3目前国内许多地区发生的建筑物倾斜、开裂等事故,由地基变形不均匀所致占了较大的比例。
特别对于地基土岩性变化大,若只按承载力控制进行设计,将会出现变形过大或严重不均匀,影响建筑物正常使用。
本条规定水泥粉煤灰碎石桩复合地基应进行地基变形验算,是与现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007强调按变形控制的设计思想相一致的。
9.2设计
9.2.1水泥粉煤灰碎石桩桩径宜取350~600mm,桩径过小,施工质量不容易控制,桩径过大,需加大褥垫层厚度才能保证桩土共同承担上部结构传来的荷载。
水泥粉煤灰碎石桩可只布置在基础范围内,对可液化地基,基础内可采用振动沉管水泥粉煤灰碎石桩、振动沉管碎石桩间作的加固方案,但基础外一定范围内须打设一定数量的碎石桩。
9.2.2桩距应根据设计要求的复合地基承载力、建筑物控制沉降量、土性、施工工艺等确定,宜取3~5倍桩径。
设计的桩距首先要满足承载力和变形量的要求。
从施工角度考虑,尽量选用较大的桩距,以防止新打桩对已打桩的不良影响。
就土的挤(振)密性而言,可将土分为:
1挤(振)密效果好的土,如松散粉细砂、粉土、人工填土等;
2可挤(振)密土,如不太密实的粉质粘土;
3不可挤(振)密土,如饱和软粘土或密实度很高的粘性土、砂土等。
施工工艺可分为两大类:
一是对桩间土产生扰动或挤密的施工工艺,如振动沉管打桩机成孔制桩,属挤土成桩工艺。
其二是对桩间土不产生扰动或挤密的施工工艺,如长螺旋钻孔灌注成桩,属非挤土成桩工艺。
对挤土成桩工艺和不可挤密土宜采用较大的桩距。
在满足承载力和变形要求的前提下,可以通过调整桩长来调整桩距,桩越长,桩间距可以越大。
9.2.3褥垫层在复合地基中具有如下的作用:
1保证桩、土共同承担荷载,它是水泥粉煤灰碎石桩形成复合地基的重要条件。
2通过改变褥垫厚度,调整桩垂直荷载的分担,通常褥垫越薄桩承担的荷载占总荷载的百分比越高,反之亦然。
3减少基础底面的应力集中。
4调整桩、土水平荷载的分担,褥垫层越厚,土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大,桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。
工程实践表明,褥垫层合理厚度为100~300mm,考虑施工时的不均匀性,本条规定褥垫层厚度取150~300mm,当桩径大,桩距大时宜取高值。
9.2.4褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石和碎石,最大粒径不宜大于30mm。
不宜采用卵石,由于卵石咬合力差,施工时扰动较大、褥垫厚度不容易保证均匀。
9.2.5水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定,初步设计时也可按式(9.2.5)估算:
式中fsk为加固后桩间土承载力特征值(kPa),宜按当地经验取值,如无经验时,可取天然地基承载力特征值。
当采用非挤土成桩工艺时,fsk可取天然地基承载力特征值。
当采用挤土成桩工艺时,对结构性土,如淤泥质土等,施工时因受扰动强度降低,施工完后随着恢复期的增加,土体强度会有所恢复,土性不同,强度恢复的程度和所需的时间也不同,比如南京造纸厂工程,地基土为淤泥质粉质粘土,天然地基承载力特征值为fak=87kPa,采用振动沉管打桩机施工,施工后不同恢复期地基承载力特征值如表13所示。
9.2.8水泥粉煤灰碎石桩复合地基的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。
但有两点需作说明:
9.2.9复合地基变形计算过程中,在复合土层范围内,压缩模量很高时,可能满足下式
要求,若计算到此为止,就漏掉了桩端以下土层的变形量,因此,计算时计算深度必须大于复合土层厚度。
9.3施工
9.3.1水泥粉煤灰碎石桩的施工,应根据设计要求和现场地基土的性质、地下水埋深、场地周边是否有居民、有无对振动反应敏感的设备等多种因素选择施工工艺。
这里给出了三种常用的施工工艺:
1.长螺旋钻孔灌注成桩;2.长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩;3.振动沉管灌注成桩。
若地基土是松散的饱和粉细砂、粉土,以消除液化和提高地基承载力为目的,此时应选择振动沉管打桩机施工;振动沉管灌注成桩属挤土成桩工艺,对桩间土具有挤(振)密效应。
但振动沉管灌注成桩工艺难以穿透厚的硬土层、砂层和卵石层等。
在饱和粘性土中成桩,会造成地表隆起,挤断已打桩,且振动和噪声污染严重,在城市居民区施工受到限制。
在夹有硬的粘性土时,可采用长螺旋钻机引孔,再用振动沉管打桩机制桩。
长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土,属非挤土成桩工艺,该工艺具有穿透能力强,无振动、低噪音、无泥浆污染等特点,但要求桩长范围内无地下水,以保证成孔时不塌孔。
长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺,是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺,属非挤土成桩工艺,具有穿透能力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。
长螺旋钻孔灌注成桩和长螺旋钻成孔、管内泵压混合料成桩工艺,在城市居民区施工,对周围居民和环境的不良影响较小。
9.3.2水泥粉煤灰碎石桩施工除应符合国家现行有关规范外,尚应符合下列要求:
1当用振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成桩施工时,桩体配比中采用的粉煤灰可选用电厂收集的粗灰;当采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩时,为增加混合料和易性和可泵性,宜选用细度(0.045mm方孔筛筛余百分比)不大于45%的Ⅲ级或Ⅲ级以上等级的粉煤灰。
2长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工时每方混合料粉煤灰掺量宜为70~90kg,坍落度应控制在160~200mm,这主要是考虑保证施工中混合料的顺利输送。
坍落度太大,易产生泌水、离析,泵压作用下,骨料与砂浆分离,导致堵管。
坍落度太小,混合料流动性差,也容易造成堵管。
振动沉管灌注成桩若混合料坍落度过大,桩顶浮浆过多,桩体强度会降低。
3长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工,应准确掌握提拔钻杆时间,钻孔进入土层预定标高后,开始泵送混合料,管内空气从排气阀排出,待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。
若提钻时间较晚,在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出,容易造成管路堵塞。
应杜绝在泵送混合料前提拔钻杆,以免造成桩端处存在虚土或桩端混合料离析、端阻力减小。
提拔钻杆中应连续泵料,特别是在饱和砂土、饱和粉土层中不得停泵待料,避免造成混合料离析、桩身缩径和断桩,目前施工多采用2台0.5m3的强制式搅拌机,可满足施工要求。
振动沉管灌注桩成桩施工应控制拔管速度,拔管速度太快易造成桩径偏小或缩颈断桩。
在南京浦镇车辆厂工地做了三种拔管速度的试验,
(1)拔管速度为1.2m/min时,成桩后开挖测桩径为38cm(沉管为φ377管);
(2)拔管速度为2.5m/min,沉管拔出地面后,有大约0.2m3的混合料被带到地表,开挖后测桩径为36cm;(3)拔管速度为0.8m/min时,成桩后发现桩顶浮浆较多。
经大量工程实践认为,拔管速率控制在1.2~1.5m/min是适宜的。
4施工中桩顶标高应高出设计桩顶标高,留有保护桩长。
保护桩长的设置是基于以下几个因素:
(1)成桩时桩顶不可能正好与设计标高完全一致,一般要高出桩顶设计标高一段长度;
(2)桩顶一般由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响,靠桩顶一段桩体强度较差;(3)已打桩尚未结硬时,施打新桩可能导致已打桩受振动挤压,混合料上涌使桩径缩小。
增大混合料表面的高度即增加了自重压力,可提高抵抗周围土挤压的能力。
9.3.3冬期施工时,应采取措施避免混合料在初凝前遭到冻结,保证混合料入孔温度大于5℃,根据材料加热难易程度,一般优先加热拌合水,其次是砂和石。
混合料温度不宜过高,以免造成混合料假凝无法正常泵送施工。
泵头管线也应采取保温措施。
施工完清除保护土层和桩头后,应立即对桩间土和桩头采用草帘等保温材料进行覆盖,防止桩间土冻胀而造成桩体拉断。
9.3.4长螺旋钻成孔、管内泵压混合料成桩施工中存在钻孔弃土。
对弃土和保护土层清运时如采用机械、人工联合清运,应避免机械设备超挖,并应预留至少50cm用人工清除,避免造成桩头断裂和扰动桩间土层。
9.3.5褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石,碎石粒径宜为8~20mm,不宜选用卵石。
当基础底面桩间土含水量较大时,应进行试验确定是否采用动力夯实法,避免桩间土承载力降低。
对较干的砂石材料,虚铺后可适当洒水再行碾压或夯实。
9.4质量检验
9.4.1施工中应对每根桩成桩时间、投料量、桩长、发生的特殊情况等进行真实、详细的记录。
9.4.2~9.4.3复合地基载荷试验是确定复合地基承载力、评定加固效果的重要依据。
进行复合地基载荷试验时必须保证桩体强度,满足试验要求。
进行单桩载荷试验时为防止试验中桩头被压碎,宜对桩头进行加固。
在确定试验日期时,还应考虑施工过程中对桩间土的扰动,桩间土承载力和桩的侧阻端阻的恢复都需要一定时间,一般在冬季检测时桩和桩间土强度增长较慢。
复合地基载荷试验所用载荷板的面积应与受检测桩所承担的处理面积相同。
选择试验点时应本着随机分布的原则进行。
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