CFG桩复合地基的实用设计与工程应用.pdf

与 建 材装 饰2015 年 4 月 CFG 桩复合地基的实用设计与工程应用 莫志刚 （贵州省工程技术质量监督站贵州 贵阳550003） 摘要： 目前， 随着经济的发展， 土木工程建设规模的扩大， 对原有软弱地基的处理成为建筑设计和施工越来越被关注 的环节。本文在现有 CFG 桩复合地基研究成果的基础上对 CFG 桩复合地基承载特性作了系统的分析， 并对其中数据和 设计方法进行了较为全面的研究。 关键词： CFG 桩复合； 地基设计； 方案设计； 承载力 中图分类号： TU473.1文献标识码： A 文章编号： 1673-0038 （2015） 16-0062-03 引 言 随着科学技术的日新月异， 工程建设规模日益扩大， 现代土 木工程建设对地基的要求越来越高。地基土层的分布及工程性 质复杂， 且多具有区域性， 导致地基设计不仅要针对不同的地质 条件、 不同的结构物特征来选择最合适的基础型式、 尺寸和布置 方案。地基处理的最佳方案， 关系到整个工程质量， 投资和进度 的重点和难点问题。 1 CFG 桩复合地基的定义 CFG 桩 （Cement Flyash Gravel Pile） 如图 1 所示， 全称为水泥 粉煤灰碎石桩， 由碎石、 石屑、 砂、 粉煤灰掺水泥加水拌和， 通过 机械成桩制成的可变强度桩， 调整水泥掺量及配比 （强度等级在 C5C30 之间变化） 。 在 CFG 桩和桩间的混合下， 褥垫层将与 CFG 桩复合地基共同工作，所以可根据复合地基性状及计算进行工 程设计。CFG 桩一般不采用计算配筋，并且再次利用工业废 料粉煤灰和石屑作掺和料， 从而降低工程的造价。 2 CFG 桩复合地基理论探讨 2.1 CFG 桩桩体材料及其性状 大量实验结果表明， 混合料坍落度对桩体强度有影响， 前者 越小， 则后者越高。 但是当 CFG 桩复合地基设计与应用研究是使 用长螺旋压灌施工时， 情况便会不同。混合料坍落度的增大到一 定数值， 可能造成混合料分解， 造成施工时的堵管。混合料坍落 度倘若过小则会导致泵不能正常使用。综合以上因素， CFG 桩混 合料坍落度的数值最好为 1620cm，而施工当中尽量避免取低 值。 2.2 垂直荷载作用下 CFG 桩复合地基的性状 CFG 桩、 桩间土和褥垫层一起形成复合地基， 在垂直荷载作 用下，桩和桩间土都要发生变形。虽然桩的模量远比土的模量 大， 桩比土的变形小， 但是由于在基础下面设置了褥垫层， 桩可 以向上刺入， 伴随这一变化过程， 垫层材料不断调整补充到桩间 土上， 以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。 CFG 桩复合地基由于设置了褥垫层， 在一定荷载作用下， 随 着时间的变化， 桩间土表面的变形不断增加， 单桩和土的荷载分 担均为一常值， 它不随时间变化而变化。CFG 桩复合地基随着荷 载的增加， 桩承担的荷载占总荷载的百分比逐渐增加， 土承担的 荷载占总荷载的百分比逐渐减小。刚性基础下的 CFG 桩复合地 基在荷载一定时， 随桩长增加而增大， 随桩距减小而增大。土的 强度越低， 荷载的百分比越大； 褥垫层越薄， 总荷载的百分比越 大； 刚性基础下的 CFG 桩群桩复合地基， 桩所处的位置不同， 受 力的大小也不同， 一般是角桩受力最大， 边中桩次之， 中心桩最 小。 CFG 桩、 桩间土和褥垫层一起形成复合地基， 在垂直荷载作 用下，桩和桩间土都要发生变形。虽然桩的模量远比土的模量 大， 桩比土的变形小， 但是由于在基础下面设置了褥垫层， 桩可 以向上刺入， 伴随这一变化过程， 垫层材料不断调整补充到桩间 土上， 以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。 CFG 桩复合地基在刚性基础下桩间土的应力分布为：在基 础边缘应力较大， 在基础中间部分比较小。 2.3 垂直荷载作用下 CFG 桩复合地基的变形特性 在通常情况下， 桩体的模量越大， 轴向力引起桩的压缩变形 越小， 其可忽略不计。但桩任一断面处的位移， 可看为与桩顶的 位移相等， 而在此基础上建立 CFG 桩复合地基， 呈现变形模式。 复合或天然地基变形的差异主要缘于桩的影响， 其原因为： 淤在 复合地基中，桩间土的变形受到桩的制约，其侧向变形受到限 制， 这样导致土的垂向变形减小。于因为褥垫层的设置， 在复合 地基中， 桩存在负摩擦区， 而桩给桩间土一个向上的作用力， 使 得其产生阻止桩间土的变形。 2.4 边载对 CFG 桩复合地基承载特性的影响 大量地基实验研究了边载对 CFG 桩复合地基承载性状的影 响， 其中分析了 CFG 桩复合地基承载力和变形性状、 CFG 桩复合 地基中桩的承载性状、 CFG 桩复合地基桩间土性状和 CFG 桩复 合地基桩、 土荷载分担。 （1） CFG 桩复合地基承载力和变形性状中， 边载作用让 CFG 桩复合地基承载力大为提高， 在同一荷载下， 有边载条件的沉降 量要较低。其原因为， 边载作用抑制了基础外侧土体向上隆起， 图 1 CFG 桩复合地基示意图 施工技术 62 与 建 材装 饰2015 年 4 月 使得同一深度处的变形趋于平稳。 （2） CFG 桩复合地基中桩的承载性状实验表明， CFG 桩复合 地基中的单桩承载力要比自由单桩大的多， 同时还表明， 无边载 条件下复合地基中桩的荷载差别较小，这些都说明边载对复合 地基中单桩承载力的影响不大。 （3） CFG 桩复合地基桩间土性状的研究表明， 边载对复合地 基桩间土承载力的提高具有明显的作用，有边载条件下桩间土 的承载力远大于无边载条件下桩间土的承载力， 可见， 边载对复 合地基中单桩承载力的影响不大， 复合地基承载力的提高， 主要 是边载使桩间土承载力提高所引起的。 （4） CFG 桩复合地基桩、 土荷载分担的研究表明， 在同一荷 载水平时， 有边载条件下桩顶受力比无边载条件下的小， 桩土应 力比也小， 而桩间土则不同， 有边载条件下桩间土受力比无边载 条件下桩间土受力大。 2.5 CFG 桩复合地基褥垫层作用 褥垫层， 如图 2 所示， 其设置为 CFG 桩复合地基在受荷后提 供了桩上、 下刺入的条件， 保证了桩与桩间土始终是共同承担荷 载。褥垫层的作用主要表现在以下四个方面， 即保证桩与桩间土 始终是共同承担荷载、 调整桩和土荷载分担比、 减小基础底面的 应力集中、 调整桩和土水平荷载分担。 其中， 褥垫层的设置厚度不宜太小， 如果厚度太小， 不宜充分 发挥桩间土的承载能力； 同样， 褥垫层的设置厚度也不宜太大， 如果厚度太大， 不宜充分发挥桩的作用， 通过大量工程实践的总 结， 褥垫层的设置厚度一般宜为 2030cm。 3 CFG 桩复合地基设计计算 3.1 CFG 桩复合地基承载力计算 复合地基是桩间土和桩共同承载， 其计算是根据桩间土承载 力和单桩承载力进行组合相加。CFG 桩复合地基承载力用如下 公式估算： fsp.k=m Rk d Ap +浊姿 （1-m） fs.k 式中： fsp.k复合地基的承载力标准值 （kPa） ； m面积的置换率； Ap桩截面的面积 （m2） ； fs.k天然地基土的承载力标准值 （kPa） ； 浊桩间土强度的提高系数，其值为加固后桩间土 承载力与加固前桩间土承载力标准值之比。浊=0； 姿桩间土强度的利用度， 一般取 姿=0.90.95； 变形 要求高的工程则取 姿=0.750.9； Rk d 单桩竖向的承载力标准值， Rk d =R28Ap； R28桩体 28d 的立方体试块强度。 倘若使用单桩静载荷试验来求得单桩极限承载力 Ru后， 留 Rk d 可按如下式： Rk d =Ru/K 地基在经 CFG 桩处理后，可考虑基础宽度和深度对地基承 载力标准值的修正问题， 其中宽度不作修正， 且深度地基承载力 修正系数一般取 1.0， CFG 桩复合地基在深度修正后，其地基承 载力标准值 fa为： fa=fsp.k+酌0（d-1.5） 式中： 酌0底面以上土的平均重度，地下水位以下取有效 重度； d基础埋置的深度， m，一般以自室外地面的标高 算起。 CFG 桩复合地基承载力的计算， 需满足建筑物荷载要求， 当 承受轴心荷载时， 应为： PK臆fa 式中： PK荷载标准所组合基础底面处的平均压力值。 当承受偏心荷载时， 除满足上式外， 还应满足下式要求： PKMax臆1.2fa 式中： PKMax相应于荷载效应标准组合基础底面边缘的最 大压力值。 3.2 CFG 桩复合地基设计 在 CFG 桩复合地基设计之前，首先要对施工场区岩土进行 勘察， 其次在此基础上提出建筑结构设计报告， 并确定其设计的 五个参数： （1） 桩长 l： CFG 桩复合地基要求其端持力层需选择较好的 土层， 桩长 l 受建筑物对地基承载力是否变形、 土质条件和设备 能力等因素影响。桩长确定后， 可按如下公式计算桩的承载力。 Rk d = （Up撞qsikhi+qpkAp ） /K 式中： Up桩的周长； qsik第 n 层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力 标准值： hi第 n 层土厚度； qpk与土性和施工工艺有关的极限端阻力标准值； K安全系数， 取 2.0。 （2） CFG 的桩径 d， 一般根据常用的施工设备来选取， 一般桩 径的设计为 350600mm 之间。 （3） 桩间距 s 及其布桩原则： 桩间距取值由地基承载力和变 形、 土质条件和施工设备等因素决定， 设计时一般要求地基承载 力取大， s 取小值， 但其中必须考虑相邻桩之间的影响。 （4） 桩体的强度： 桩体试块抗压强度需满足如下公式： fcu逸3Rk/Ap 式中： fcu桩体混合料试块，其标准为养护 28d 立方体抗 压强度平均值 （边长为 150mm 立方体） ； Rk竖向单桩承载力的标准值， kN； Ap桩的截面积， m2。 （5） 褥垫层厚度及材料： 褥垫层设置厚度一般 2030cm 为 宜， 褥垫层材料可用粗砂、 中砂来配以较好的砂石、 碎石作为原 料。 图 2 CFG 桩复合地基褥垫层 施工技术 63 与 建 材装 饰2015 年 4 月 4 结 论 本文对 CFG 桩复合地基的设计方法及工程中的实际应用进 行了较为系统深入的研究，通过叙述了复合地基的发展与研究 现状、 较全面地阐述了 CFG 桩复合地基的承载特性、 加固机理、 设计方法，说明了 CFG 桩复合地基法具有其它地基处理方法不 可比拟的优势。 参考文献 1周军红， 王程亮， 曹 岩.减沉疏布 CFG 桩复合地基设计及其工程应用 J.工程勘察， 2011， 39 （7） ： 2831. 2郭党生， 史本全， 赵振国， 等.CFG 长短桩复合地基设计及其应用J.中 国非金属矿工业导刊， 2009： 2628. 3黎 杉.高速公路 CFG 桩复合地基设计与工程应用研究J.路基工程， 2013 （3） ： 2124. 4梁保国， 郝振贤， 徐国社， 等.CFG 桩复合地基沉降计算研究J.山西建 筑， 2009， 35 （16） ： 103105. 收稿日期： 2015-3-25 作者简介： 莫志刚 （1973-） ， 男， 汉族， 河南西平人， 高级工程师， 硕士研究生， 主要从事建设工程勘查设计工作。 解决建筑工程常见施工问题的措施分析 刘洋洋 1 吕乾坤 2 （1.河南五建第二建筑安装有限公司河南 信阳4640002.河南 信阳464000） 摘要： 随着我国城市化进程的加快， 建筑工程也取得了较快发展。本文首先对当前我国建筑工程常见的施工问题进 行了简要介绍， 然后提出了相应的解决措施。 关键词： 建筑工程； 施工问题； 措施 中图分类号： TU71文献标识码： A 文章编号： 1673-0038 （2015） 16-0064-02 1 建筑工程常见施工问题 1.1 质量问题 随着我国经济社会的不断发展，城市化进程的逐渐加快， 建 筑行业也取得了快速发展， 城市环境工程建设逐渐优化， 加之人 们对其居住环境与水平的要求逐渐提高，使得建筑工程的施工 水平与质量标准大大提高。但是当前我国建筑工程施工中仍然 存在诸多问题， 比如说， 因为尚未形成健全的市场体制， 使得当 前建筑市场竞争仍然存有缺陷，在建筑工程施工中仍有许多质 量问题存在，更甚者存在整体坍塌以及不均匀沉降倾斜等严重 的质量问题， 除此之外， 当前建筑工程中仍然普遍存在一些质量 通病， 比如说： 房屋墙面开裂、 脱落、 起砂， 墙体、 屋面以及卫生间 渗漏水等，这些质量问题大大增加了工程后期质量投诉处理的 难度。 1.2 环境问题 淤噪音污染。通常而言， 建筑工程施工全过程都充斥着噪音 污染， 各种噪音混在一起， 能够超过 100dB， 成为了影响建筑工程 施工的最大污染； 于大气污染。在建筑工程施工中粉尘等大气污 染也是一项重要的环境污染，在各种施工材料装卸的过程中会 粉尘四起； 盂固体废弃物污染。在建筑工程施工过程中产生的废 包装、 废弃材料、 生活垃圾以及渣土等固体废弃物， 若不予以恰 当的处理， 就会对周围的大气与水体造成污染， 除此之外还有许 多工程施工中导致交通阻断、 停电停水等问题， 从而对附近人们 的生活环境造成一定影响。 1.3 造价问题 因为现在我国建筑市场竞争激烈， 致使当前建筑工程造价管 理中存在一些问题， 比如说： 定额核算不健全、 相关政策不配套、 材料价格具有较大波动， 尚未建立完善、 科学的统筹管理制度； 在工程施工中尚未有具备较强操作性的成本控