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CFG桩在地基处理中的应用研究

2015-07-14 165 0

1、CFG桩简介
　　CFG桩属地基加固的一种方法，目前常采用振动沉管灌注桩法和长螺旋芯管泵送混合料灌注成桩两种方法，CFG桩桩体材料采用碎石、砂或石屑、粉煤灰、水泥配合而成、材料按C15混凝土强度等级进行配比，长螺旋芯管泵送混合料成桩施工塌落度控制在160mm～200mm，振动沉管灌注成桩的塌落度控制在30mm～50mm。CFG桩径一般为0.5m，呈正方形或三角形布置，桩长必须穿透软土且深入硬质岩层不少于1.0m，加固区域表层为软土或松软土时，CFG桩采用扩大桩头，桩间用细粒土或碎石土进行回填，CFG桩施工完成后及时进行桩身质量及完整性、处理后的复合地基承载力检测。由于振动沉管在施工的过程中对周边土体进行挤压，致使原地面产生隆起，在桩体强度未达到设计值之前，容易产生断桩，因此在工地上一般不经常采用。
　　2、地基处理的目的
　　当天然地基不满足工程建设要求时就必须采取一定的措施对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。主要包括以下方面：
　　1）提高地基的抗剪强度。地基的剪切破坏表现在：建筑物的地基承载力不足；由于偏心荷载及侧向土压力的作用使结构物失稳；由于填土或建筑物荷载，使邻近地基产生隆起；土方开挖时边坡失稳；基坑开挖时坑底隆起。地基的剪切破坏反映在地基土的抗剪强度不足，因此，为了防止剪切破坏，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。
　　2）降低地基的压缩性。地基的压缩性表现在：建筑物的沉降和差异沉降大；由于有填土或建筑物荷载，使土基产生固结沉降；作用于建筑物基础的负摩擦力引起建筑物的沉降；大范围地基的沉降和不均匀沉降；基坑开挖引起邻近地面沉降；由于降水地基产生固结沉降。地基的压缩性反映在地基土的压缩模量指标的大小。因此，需要采取措施以提高地基土的压缩模量，借以减少地基的沉降或不均匀沉降。
　　3）改善特殊土的不良地基特性，主要是消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等。
　　4）改善地基的透水特性。地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地基渗漏和基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。这些都是在地下水的运动中所出现的问题。为此，必须采取措施使地基土降低透水性或减少其水压力。
　　3、CFG桩复合地基的设计
　　CFG 桩复合地基通过褥垫层把桩和承台（基础）断开，改变了过分依赖桩承担垂直荷载和水平荷载的传统设计思想。前已述及，桩土剪应力比随着褥垫层厚度的增大而减小，设计时可通过改变褥垫层厚度调整桩土水平荷分担比。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。因此垂直承载力设计首先是将土的承载能力充分利用，不足的部分由CFG 桩来承担。由于 CFG 桩复合地基置换率不高，基础下桩间土承受的荷载是一个不小的数值。总的荷载扣除桩间土承担的荷载，才是 CFG 桩应承担的荷载。 CFG 桩不只是用来加固软弱地基，对于较好的地基土，若建筑荷载较大，天然地基承载力不够或变形不能满足要求，也可以用 CFG 桩进行加固处理，在设计中，CFG 桩不仅可以采用同一桩长，也可以根据设计条件和地质条件采用不同桩长、不同桩间距，甚至CFG 桩与其它桩型组合，如 CFG 桩与夯实水混凝土桩、碎石桩等组合，形成多桩型复合地基。
　　4、加固区沉降计算
　　1）按复合模量计算变形
　　将复合地基加固区中增强体和土体视为一个统一的整体，采用复合地基压缩模量来评价其压缩性。采用分层总和法来计算其压缩量。复合模量按Esp=fspk/fak.Es求得
　　2）按桩间土应力计算变形
　　该方法是考虑 CFG 桩复合地基一般置换率较低，忽略桩的存在，而根据桩间土实际分担的荷载，求出附加应力，按照桩间土的压缩模量来计算复合土层压缩变形。另一种方法是桩身压缩量法，它假定在荷载作用下，桩体不发生上下刺入，通过桩身的压缩量来计算加固区的变形。显然，这种计算方法不适合高粘结强度桩复合地基。CFG 桩复合地基加固区变形计算方法通常采用上述两种方法。
　　5、CFG桩的施工流程
　　1）测量放样
　　在测量班将施工边桩与施工基桩交底后，进行桩位布置，用白灰撒出两侧边线，按桩位布置图逐桩放样。
　　2）桩机就位、对中
　　CFG桩定好位后，按照设计要求在桩中心点处插标杆，放好桩位后移动CFG桩机到达指定桩位，用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身垂直度，校正位置，使钻杆垂直对准桩中心。
　　开钻前量好钻具的长度，并在机架上标明进尺深度标志，保证成孔深度和有效桩长，桩机就位必须铺垫平稳，立柱垂直稳定牢固，钻头对准桩位，检查钻头活门是否闭合，合格后进行钻机就位。
　　3）钻进成孔
　　钻孔开始时必须确认桩位的编号、孔口标高、孔深，准确无误后关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动钻进，钻进要先慢后快，如果发现钻杆摇晃或卡钻时应放慢进尺，钻头到达设计桩底标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目的标记，作为施工时控制桩长的依据。钻进过程中，平台应保持平衡，未达到设计标高不得反转或提升钻杆，如因特殊情况要提升钻杆或反转，应将钻杆提升至表面，对钻头活门重新冲洗、疏通、闭合。开始钻进或穿越软硬地层交界处时，应保持钻杆垂直，控制钻进速度。钻进过程中，操作人员要密切注意钻进情况，如卡钻、钻杆剧烈抖动，钻机偏斜的异常情况，应当立即停钻，查明原因后，采用相应的措施后继续作业，钻进至设计标高后停止。
　　4）灌注及拔管
　　CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，压灌前几分钟应开动混凝土输送泵，提前将搅拌好的混凝土充满输送泵的料斗，同时备好一罐混凝土备用，压灌时泵斗内要保持一定的混凝土容量，混凝土容量要高出进料口50mm以上，以防止吸进空气，当泵斗混凝土低于进料口时，停止提升钻杆，待混凝土搅拌好后再进行压灌、提钻。钻具内无混凝土严禁提升。开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料，成桩的提拔速度宜控制在每分钟2～3m，提升压灌过程中，如发现支腿下沉立即停止提升，并调节钻机水平后继续压灌。灌注成桩完成后，盖好桩头进行保护，施工桩顶高程宜高出设计桩顶标高不少于0.5m，保证桩顶混凝土破桩后强度达到设计的要求，钻头提升到孔口时，应防止桩周围的土掉入孔内。
　　如遇堵管或其他故障时及时处理，若钻头提出原灌注混凝土的顶面，先将钻头盖进行闭合处理，再将钻头插入混凝土面下1.0～2.0m深度后再对桩体进行灌注。
　　6、单桩承载力试验
　　根据桩的使用环境、荷载条件及大量的工程实践，桩基竖向抗压承载力检测方法主要有单桩竖向抗压静载试验、循环荷载等变形速率及终极荷载等方法，其中单桩竖向抗压静载试验是公认的检测桩基竖向抗压承载力最直观、最可靠的方法。
　　1）检测装置
　　CFG桩单桩承载力检测仪器有：油压千斤顶、压力传感器或压力表、位移器或百分表。另外还需要承压钢板、加载反力装置、承重梁、油泵、油管等配套设施，当采用多台千斤顶加载时应并联同步工作，其型号、规格应相同，千斤顶的合力中心应与桩轴线重合。
　　2）加载过程及终止试验条件
　　加载过程：
　　采用承重梁加配重反力装置，用千斤顶配合高压油泵施加反力，在试验过程中，采用国际规定的慢速维持荷载法，试验最大荷载为1200KN（不小于设计规定值的2倍）共分9级加载，第一级荷载为最大荷载的2/10，其余每级荷载为最大荷载1/10，每级加载后，每5分钟、10分钟、15分钟读记一次，累计1小时后，每隔半小时测读一次，当承压板在1小时内沉降量小于0.1mm，并连续出现两次时，即可加下一级荷载。
　　终止试验条件：
　　加载过程中，当出现下列现象之一时即终止试验①某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍；②某及荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，并经过24小时尚未达到相对稳定标准；③已达到设计要求的最大加载量。
　　参考文献：
　　[1]中华人民共和国铁道部、铁道工程土工试验规程
　　[2]地基处理手册《地基处理手册》编写委员会.北京：中国建筑工业出版社

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