CFG桩技术在地基处理中的应用探讨

来源:用户上传      作者:

　　摘要：本文先是对CFG桩技术的原理进行阐述，接着重点介绍了CFG桩技术应用于地基中时的设计要点，最后就CFG桩技术应用的主要工艺流程和施工过程中的控制要点进行了简要的分析和介绍。
　　关键词：CFG桩技术；地基；应用
　　
　　 CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合形成高黏结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。其混凝土强度在C10―C25之间。CFG桩应用于地基建设中可以使地基的强度等变得均匀，提高地基的承载能力、抗震能力、减少地基变形；而且不需要配置钢筋，仅用少量的水泥即可，桩径小、数量少，十分经济，有调查显示CFG桩复合地基的成本仅为灌注桩的70%，因此CFG技术的应用前景十分广阔。
　　
　　一、CFG桩技术的原理
　　 CFG桩技术应用于地基处理中时，这种地基称为CFG桩复合地基。这种地基的结构是由CFG的桩体、桩体周土及褥垫层构成的，因此，这三个部分共同承受建筑物的荷载。上面已经提到CFG桩复合地基可以提高地基的承载能力，其原因在于褥垫层可以将建筑物的基底压力通过一定程度的变形将适当的压力分给CFG桩和桩体周土，与此同时，地基土在桩体的挤压作用后承载能力提高，桩体在桩周土的影响下受力性能也得到了改善，这三个结构相互作用、相互影响，提高了地基的承载能力、抗震能力、减少地基变形。
　　
　　二、CFG桩技术在地基处理中应用的设计要点
　　 一般来说，CFG桩技术在应用于地基中时最重要的是确定CFG桩体的长度、CFG桩的直径、桩与桩之间的间距、桩体的强度、褥垫层的厚度和褥垫层的使用材料。以下分别就这几个设计要点进行分析。
　　1、进行施工场地岩土工程勘察
　　 CFG桩技术的一个重要原则是CFG桩端位于压缩性小、强度高的土层上。因此在设计各个参数前，必须先要勘察施工场地的工程地质情况，确定其是否符合复合地基。另外，还要对施工场地的地下水进行水质分析，看水质是否容易腐蚀混凝土等。
　　2、CFG桩体的长度L
　　 在确定了解施工场地的岩土工程情况后，即可着手进行桩体参数的设计。一般来说，先试确定桩体的长度L。L的确定主要是参照上一步分析得到的土层的类型及各种土层的厚度、强度、压缩性等估算得到平均桩长，将这个值暂时确定为CFG桩体的长度，进行以下各个参数的计算。
　　3、CFG桩体的直径D
　　 一般来说，CFG桩体直径D的取值范围在350―600mm之间，其值的确定由施工设备、整个场地地基土的软硬来决定。我国在CFG桩技术中大多使用的是长螺旋钻管工艺技术，其直径的选取范围在400―600mm之间，一般场地地基土较软时取大值，场地地基土较硬时取小值。
　　4、单桩竖向承载力的确定
　　（1）确定CFG桩长L和桩直径D后，需要计算出单桩竖向承载力特征值Ra，其计算公式为：
　　
　　 其中，Ra――单桩竖向承载力特征值，kN；
　　 Up――CFG桩的周长，可由直径求出，m；
　　 qsi――桩侧第i层土极限侧摩阻力的特征值，kPa；
　　 Li――第i层土的厚度，m；
　　 qp――桩端土层极限端阻力特征值，kPa；
　　 Ap――桩体横截面的面积，m2；
　　（2）根据桩体试块抗压强度平均值计算单桩竖向承载力特征值
　　 单桩竖向承载力特征值应满足下面公式：
　　 Ra≤ fcu*Ap/3
　　 其中，Ra――单桩竖向承载力特征值，kN；
　　 Ap――桩体横截面的面积，m2；
　　 fcu――立方体抗压强度平均值，kPa；
　　 比较（1）（2）计算结果，最终单桩竖向承载力特征值取小值。
　　5、桩体之间的间距s
　　 在单桩竖向承载力特征值确定后再分别根据天然地基承载力及CFG桩复合地基承载力来求面积置换率，进而求出桩体之间的间距s。公式为：
　　 fspk=m*Ra/Ap+β(1-m)fsk
　　 其中，fspk――CFG桩复合地基所要求的承载力特征值，kPa；
　　 m――面积置换率；
　　 β――桩间土承载力折减系数，通常取0.75-0.95；
　　 fsk――天然的地基承载力特征值，kPa；
　　 此公式可将m（面积置换率）求出，然后根据s一般在（3―5）d的范围内，综合考虑两种因素将桩间距求出来。
　　6、CFG桩复合地基沉降计算
　　 即CFG桩复合地基三个结构间土的压缩变形的和。即加固深度范围内的土质压缩变形S1、下卧层的变形S2两者的和。CFG桩复合地基沉降S= S1+ S2。
　　7、褥垫层的厚度
　　 通常情况下，褥垫层的厚度取值范围在150―300mm之间。如果桩直径或桩间距比较大时，可以适当加大褥垫层的厚度。
　　8、褥垫层材料
　　 褥垫层要求强度较大，因而一般选用最大粒径小于30mm的粗砂、碎石、砂石和中砂石等。一般所选用的砂石在经虚铺过后要进行夯实，使强度增大。
　　
　　三、CFG桩技术应用的主要工艺流程和施工控制要点
　　1、CFG桩技术应用的主要工艺流程
　　 在各种参数计算完毕后要进行分析修正，确定各个参数的最佳值，接着便是按照CFG桩技术的工艺流程进行施工。CFG桩复合地基的主要工艺流程如下：
　　
　　 放建筑物轴线→放桩位→钻机就位→钻孔至设计标高→按规定速度泵送同时提钻杆到地表→移位打下一根桩→按上述工序打完所有桩后结束→清除桩间的土等→进行CFG桩复合地基的检验→检验桩和槽→褥垫层的施工和验收→CFG桩复合地基的验收
　　2、CFG桩复合地基施工过程中的主要控制要点
　　2.1 人工截桩时间以及断桩标高的控制
　　 人工截桩的过程中要不断检查成桩后的混合料的变化，特别是强度的变化。同时，对桩身的混合料的养护温度进行现场实测，确定其初凝的时间，从而避免过早清除混合料。这一关必须慎重，因为一旦过早清除了混合料，桩顶的料就没有足够的支持力，在上部建筑的压力下，桩顶下压形成缩颈，桩长变短，地基的建设就不达标了。
　　2.2 混合料塌落度的控制
　　 这一步的控制也十分重要，控制要点在于：控制上料的顺序或者混合料的搅拌时间。上料时最好按这样的顺序进行：装碎石→加水泥和粉煤灰等→加砂。注意水泥和粉煤灰等要在石和砂之间。
　　2.3 精确配置混合料
　　 在配置混合料时注意粉煤灰与细骨粉的量不要太大，因为这两种料一旦过量，容易造成混合料的粘度大，在运送过程中就难免会发生堵塞管道的情况。
　　2.4 把握提钻速度
　　 确保混合料等充满了钻杆的芯管和输送管后及时的提钻，过早提钻造成料液不够，打桩的压力不够；提钻太晚会引起管内压力过大，严重时甚至会使管爆破。因此一定要把握一定的速度，及时提钻。
　　2.5 尽量防止混合料的塌落
　　 在施工的过程中，混合料的塌落是在所难免的，但是，要控制其在一定的范围内。因为塌落度太大时，桩上易有气体积存，这时混合料的性质容易变化。因此在施工时，在钻杆到达预定土层后，泵入混合料，将管内的气体借排气阀排除。
　　
　　四、结束语
　　 以上是CFG技术在地基处理中应用的主要内容。CFG桩复合地基较天然地基或其他技术的地基具有很多优点，因而应用领域越来越广泛。但是由于其在发展应用时仍存在一些问题，因此，更加深入透彻地研究这种技术仍是许多工作人员的探索重点。随着研究的深入，希望CFG桩技术能在地基处理中发挥更大的作用，带给我们更多的惊喜。
　　
　　注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-602211.htm