CFG樁地基處理設(shè)計(jì)要點(diǎn)及應(yīng)用

周生旺

【摘要】隨著城市化進(jìn)程的不斷深入，很多承載力較低、沉降量大、固結(jié)完成所需要的時(shí)間長等在地基方面的技術(shù)問題，采用CFG樁復(fù)合地基后，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，廣泛用于房屋建筑等工程建設(shè)領(lǐng)域。因此，文章就CFG樁在地基處理中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】CFG樁；地基處理；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

水泥粉煤灰碎石樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁（簡稱CFG樁），樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基具有地基承載力提高幅度大，地基變形小等特點(diǎn)，適用范圍較廣。

一、CFG樁復(fù)合地基作用原理

（一）CFG樁的作用

水泥經(jīng)水解和水化反應(yīng)及與粉煤灰的凝硬反應(yīng)后生成穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，這些化合物填充了碎石和石屑的空隙，將這些骨料黏結(jié)在一起，因而提高了樁體的抗剪強(qiáng)度和變形模量，使CFG樁起到了樁體的作用。CFG樁在處理砂性土、粉土和塑性指數(shù)較低的黏性土地基時(shí)，采用振動(dòng)沉管等排土、擠密施工工藝，提高了樁間土的強(qiáng)度，并通過提高樁側(cè)法向應(yīng)力增加了樁體側(cè)壁摩阻力，提高單樁承載力，從而提高復(fù)合地基承載力。

（二）褥墊層的作用

褥墊層是復(fù)合地基的一個(gè)核心技術(shù)，復(fù)合地基的許多特性都與之緊密相關(guān)。褥墊層將上部基礎(chǔ)傳來的基底壓力，通過適當(dāng)變形以一定的比例分配給樁及樁間土，使二者共同受力，同時(shí)土體受到樁的擠密而提高承載力，而樁又由于周圍土側(cè)應(yīng)力的增加而改善了受力性能，二者共同作用形成一個(gè)復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來的荷載。試驗(yàn)表明，褥墊厚度越大，樁頂?shù)乃轿灰圃叫?，即樁頂承受的水平荷載越小。當(dāng)褥墊層厚度很小時(shí)，樁對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生應(yīng)力集中，但當(dāng)褥墊層厚度大于10cm時(shí)，應(yīng)力集中明顯降低，當(dāng)褥墊層厚度為30cm時(shí)，樁土應(yīng)力比降為1.23。因此，設(shè)置褥墊層另一個(gè)作用表現(xiàn)在均勻地基應(yīng)力，減小地基沉降。褥墊層材料宜用粗砂、中砂、碎石、級配砂石，最大粒徑不宜大于30mm。

二、CFG樁的特點(diǎn)

（一）適用范圍廣且承載力提高幅度大

CFG樁適用于處理粉土、砂土、粘性土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。如何對一些不能滿足工程建設(shè)要求的天然地基進(jìn)行有效的加固，以滿足使用要求。傳統(tǒng)的地基處理方法諸如換填法、預(yù)壓法、密實(shí)法、注漿加固法等，則有諸多限制和不完善的地方；然而作為高粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基的CFG，不但能夠很好的適用于這些土質(zhì)，且適用于各種基礎(chǔ)形式，應(yīng)用范圍很廣。影響CFG樁復(fù)合地基承載力的因素主要有，樁徑、樁長、樁體配比、樁間距等設(shè)計(jì)方面的參數(shù)。CFG樁應(yīng)選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為樁端持力層；樁越長，樁的荷載分擔(dān)比越高，能很好的提高地基承載力。

（二）工藝性好且工程造價(jià)低、變形穩(wěn)定快

由于CFG樁的材料是大部分碎石、石屑和粉煤灰，這些材料具有良好的和易性和流動(dòng)性，給灌注和控制施工質(zhì)量方面帶來方便。單打法是CFG施工工藝的最基本的功法，CFG樁分為移機(jī)就位、沉管造孔、填料加密、成樁四序，其中第三道工序?yàn)殛P(guān)鍵工序。在實(shí)際施工時(shí)，一般根據(jù)荷載要求和土質(zhì)的情況選擇適當(dāng)?shù)姆椒?，這使得施工過程中更加的有針對性，提高了施工的效率和質(zhì)量。除此之外，CFG樁落在比較硬的土層上時(shí)，能夠較好的控制地基沉降，是因?yàn)樗眠m當(dāng)增加樁長來減少變形，并且變形穩(wěn)定快。在工程造價(jià)上，節(jié)約了鋼材和水泥，并有效利用石屑和工業(yè)渣灰等。CFG樁在后期強(qiáng)度上提高也較大，例如九十天樁抗壓強(qiáng)度通常為二十八天抗壓強(qiáng)度的1.7倍，且有效設(shè)計(jì)復(fù)合地基，在結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備上也充足。

三、CFG在工程中的應(yīng)用實(shí)例分析

（一）工程概況

下面以某具體工程為例，其地層巖性見表1：

表1.承載力特征值及相關(guān)指標(biāo)

層號(hào) 巖性 厚（m） fsk qsik qp

1 雜填土 1.0～2.0 - -

2 粉質(zhì)粘土 0.6～3.0 140 18

3 粉土 2.0～2.4 110 16

4 粉質(zhì)粘土 0.5～4.5 120 20

5 黏土 3.0～6.0 140 25

6 粉土 3.0～8.0 150 25 270

6-1 黏土 0.5～2.0 140 28 300

7 粉質(zhì)粘土 未穿透 190 30 350

（1） 根據(jù)地質(zhì)情況結(jié)合由JCCAD中讀取的筏板荷載，本工程以第6層粉土作樁尖持力層，樁長為8m，樁徑為0.4m，則Ap =0.1256m2，up =1.256m。

（2） 第六層樁端qp=270kPa，αp=1.0

計(jì)算出各個(gè)孔點(diǎn)的單樁豎向承載力，通過比較取最小的值245kN。

（3） 由JCCAD軟件計(jì)算分析，筏板基礎(chǔ)底面凈反力為205KPa；本工程CFG樁頂位于第三層粉土層。

（4）取1.5米樁間距，正方形布樁，m=m=d2/de2=（0.42）/（1.13X1.5）2=0.056

取λ=0.9，β=1.0

=211.6KPa，故采用1.5米樁間距時(shí)，滿足設(shè)計(jì)要求。

（5） 驗(yàn)算樁身承載能力， ，取λ=0.9，fcu≥7.02MPa

設(shè)計(jì)時(shí)樁身強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到7.02MP，故樁身采用C20混凝土滿足要求。

長螺旋鉆中心壓灌、干成孔和振動(dòng)沉管成樁宜為350～600mm；泥漿護(hù)壁鉆孔成樁宜為600mm～800mm；鋼筋混凝土預(yù)制樁宜為300mm～600mm。樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，褥墊層厚度宜為樁徑的40%～60%。褥墊材料宜采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm。

CFG樁可只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁，并可根據(jù)建筑物荷載分布、基礎(chǔ)形式和地基土性狀，合理確定布樁參數(shù)。褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法，夯填度（夯實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不得大于0.9。

（二）施工工藝

1、施工工藝選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程采用水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基處理，為保證樁身施工質(zhì)量，盡可能減小樁間土的擾動(dòng)，確保本項(xiàng)目的順利進(jìn)行，合理的選擇機(jī)械施工工藝。本CFG樁工程施工工藝擬采用長螺旋鉆孔-管內(nèi)泵壓砼灌注成樁工藝。能夠達(dá)到設(shè)計(jì)承載力的要求，對樁的質(zhì)量有保證。

2、設(shè)備選配

采用YT220型長螺旋鉆孔機(jī)2臺(tái)；HBT60型混凝土輸送泵2臺(tái)；切割機(jī)1臺(tái)；水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀1套等及其他配套設(shè)備。

3、施工方法

鉆機(jī)就位后，啟動(dòng)馬達(dá)，螺旋鉆桿鉆入地下，鉆孔過程做好記錄，進(jìn)入持力層時(shí)記錄鉆壓電流值。鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，開始泵壓混合料，混合料下入孔底后開始均勻提鉆。根據(jù)泵入混合料量控制提鉆速度，保證鉆頭矛尖始終在混合料中，以防斷樁。混合料達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，將泵管插入混合料下面50cm處補(bǔ)料并振搗密實(shí)。達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的樁進(jìn)行樁頭鑿毛處理，并預(yù)留2cm-3cm伸入褥墊層。全部完成后進(jìn)行褥墊層施工。

由于CFG樁改善了碎石樁的剛性，使其不僅能很好地發(fā)揮全樁的側(cè)阻作用，同時(shí)也能很好地發(fā)揮其端阻作用。其沉降變形小、施工簡單、造價(jià)低，具有明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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