CFG桩复合地基技术及工程实践(只有很小一部分).doc

第一章 总 论 第一节 土 的 分 类 土是不同岩石受物理化学风化作用的产物。由于岩石矿物成分的不同，土在自然界经历的剥蚀、搬运、分选、堆积的过程也不同，使土的结构、物理力学性质差异很大。 人类生存与土密切相关，除了利用土地耕种之外，更多的是在土上或在土中修建各种类型的建筑物或构筑物。来自建筑物的荷载是通过基础传给土体的。承受来自基础的全部荷载的这一部分土层，称为建筑物的地基。 从工程角度来看，人们更关心的是建筑物下面的地基土。为了更好地认识土，按照其特性，将之分成若干类，以便使工程技术人员大体把握不同类型土的性状。 出于不同的目的，土的分类也不尽相同，建筑工程按GB500072002建筑地基基础设计规范和GB500212001岩土工程勘察规范对土进行分类，将岩土分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等。 岩石又可分为三个亚类，按风化程度分为微风化、中等风化和强风化。 碎石土也可分为三个亚类：漂石、块石；卵石、碎石；圆砾、角砾。 砂土分为五个亚类：砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。 粘性土分两个亚类：塑性指数Ip17的为粘土；10Ip17的为粉质粘土。 粉土是塑性指数不大于10，其性质介于砂土和粘性土之间。 填土分三个亚类；素填土、杂填土和冲填土。 淤泥是在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用第1页形成的天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于15的粘性土。天然孔隙比小于15但大于10的土称为淤泥质土。 此外，有些土是在特殊工程地质环境中生成的，具有特殊的物理力学性质，这些土称为特殊土，如软土、膨胀土、湿陷性黄土、多年冻土、红粘土、盐渍土等。山区地基土也有许多与一般土不同的工程性质。 第二节 土的变形和强度特性 一、应力应变关系的非线性、非弹性 土的应力应变关系在应力很小时可近似地认为是具有线性和弹性性状，但实际上从加荷一开始就呈非线性、非弹性性状。 所谓非线性是指土的应力应变关系不是直线变形规律，如图11中OA段。 二、球应力和偏应力对变形的交叉影响 对某些金属材料，根据弹性力学，体应变只与球应力有关，剪应变只与偏应力有关，即第二章 复合地基的基本概念 第一节 复合地基的定义 房屋建筑通常是由上部结构和基础两大部分组成的。基础是承受上部结构荷重并将荷重传到基础以下土层的结构。承受基础传来的建筑物荷载的这一部分土称为地基。 桩基是桩基础的简称，是一种广义的深基础，它由桩和连接桩顶的承台组成。 复合地基是在天然地基中设置一定比例的增强体，并由原土和增强体共同承担由基础传来的建筑物荷载。这样一种人工地基称为复合地基。 增强体是由强度和模量相对原土高的材料组成，习惯上将纵向增强体称作桩。例如由碎石组成的纵向增强体叫碎石桩；由水泥和土搅拌形成的纵向增强体叫水泥土桩；由水泥、粉煤灰、碎石组成的纵向增强体叫水泥粉煤灰碎石桩。 需要特别指出的是，不论是碎石桩、水泥土桩，还是强度和模量很大的水泥粉煤灰碎石桩，都视为天然土体中的增强体，它和原土一起形成复合土体，属地基范畴。而桩基础的桩是深基础的一部分，与上述的增强体(习惯上叫桩)是有本质区别的。 第二节 复合地基的分类 复合地基技术在我国得到了广泛的应用和发展。据不完全统计，在地基处理中应用的桩型不下十几种，其中应用比较广泛的有：振冲碎石桩复合地基；干振碎石桩复合地基；土桩复合地基；灰土桩复合地基；石灰桩复合地基；深层搅拌水第22页泥土桩复合地基；粉喷水泥土桩复合地基；夯实水泥土桩复合地基；水泥粉煤灰碎石桩复合地基(即CFG桩复合地基)。 显然，上述复合地基主要是由增强体材料性质和成桩工艺而定名的。例如，增强体材料为水泥土，则称为水泥土桩复合地基。而按施工工艺不同又分为深层搅拌桩(由水泥浆与原土强制搅拌而成)复合地基、粉喷桩(由水泥粉与原土强制搅拌而成)复合地基、旋喷桩(由高压喷射注浆旋喷法形成的水泥土桩)复合地基和夯实水泥土桩(由在孔外将水泥粉和过筛的土均匀拌和、分层回填夯实而成)复合地基。 又如，桩体材料为碎石的称为碎石桩复合地基，根据施工工艺的不同又可分为振冲碎石桩复合地基、干振碎石桩复合地基、振动沉管挤密碎石桩复合地基和强夯置换碎石桩复合地基。 许多学者基于试验研究和工程应用方面的考虑，按桩体材料的性状、施工工艺和桩在复合地基中的承载特性，对复合地基进行分类。 (一)按成桩材料分类 (1)散体土类桩复合地基。如砂(砂石)桩、碎石桩等。 (2)水泥土类桩复合地基。如水泥土搅拌桩、旋喷桩等。 (3)混凝土类桩复合地基。如CFG桩、树根桩等。 (二)按桩体刚度分类 (1)柔性桩复合地基。散体土类桩属此类桩。 (2)半刚性桩复合地基。如水泥土类桩。 (3)刚性桩复合地基。如混凝土类桩。 (三)按桩体材料性状、桩体置换作用分类 (1)散体桩复合地基。如以砂桩、碎石桩为增强体的复合地基。 (2)一般粘结强度桩复合地基。如以石灰桩、水泥土桩为增强体的复合地基。 对一般粘结强度桩复合地基也可再细分为：第三章 CFG桩复合地基 第一节 概 述 CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。 CFG桩复合地基试验研究是建设部“七五”计划课题，于1988年立题进行试验研究，并应用于工程实践。 CFG桩复合地基试验研究成果于1992年由建设部组织鉴定，专家们一致认为：该成果具有国际领先水平，推广意义很大。 CFG桩复合地基成套技术，1994年被建设部列为全国重点推广项目，被国家科委列为国家级全国重点推广项目。1997年被列为国家级工法，并制定了中国建筑科学研究院企业标准，现已列入国家行业标准建筑地基处理技术规范。 为了进一步推广这项新技术，国家投资对施工设备和施工工艺进行了专门研究，并列入“九五”国家重点攻关项目。1999年12月通过了国家验收。 该技术已在全国23个省、市广泛推广应用。和桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺人工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基的1312，经济效益和社会效益非常显著。 特别是近10年来，该技术已在北方地区的高层建筑地基处理中应用，仅就目前北京和河北地区的不完全统计，已有近千栋高层建筑地基处理采用了CFG桩加固技术，其中绝大多数为2035层。由于CFG桩复合地基技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，目前已成为北京及周边地区应用第页最普遍的地基处理技术之一。 CFG桩是针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的。下面先介绍一下碎石桩在粘性土中应用的一些问题。 我国从20世纪70年代起就开始利用碎石桩加固地基，在砂土、粉土中消除地基液化和提高地基承载力取得了令人满意的效果。后来逐渐把碎石桩的应用范围扩大，用到塑性指数较大、挤密效果不明显的粘性土中，并以提高地基承载力为主要目的。大量的工程实践表明，对这类土采用碎石桩加固，承载力提高幅度不大。 现对碎石桩复合地基承载力提高幅度较小的原因作一简单分析。 通常用下式估算复合地基承载力： 碎石桩系散体材料，本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束传递基础传来的垂直荷载。土越软，对桩的约束作用越差，桩传递垂直荷载的能力越弱。 通常距桩顶23倍桩径范围为高应力区，当大于610倍桩径后轴向力的传递收敛很快，当桩长大于25倍基础宽度后，即使桩端落在好的土层上，桩的端阻作用也很小。在诸多的复合地基增强体中，碎石桩作为散体材料，置换作用最差。 刚性桩与碎石桩不同，一般情况下不仅可全桩长发挥桩的侧第四章 CFG桩复合地基设计计算 第一节 CFG桩复合地基设计对勘察的要求 按照国家标准GB500212001岩土工程勘察规范和行业标准JGJ722004高层建筑岩土工程勘察规程进行工程地质勘察和提供勘察报告。 一、工程勘察内容 搜集附有坐标和地形的建筑总平面图，场区的地面整平标高，建筑物的性质、规模、荷载、结构特点，基础形式、埋置深度，地基允许变形等资料。 (1)查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力。 (2)查明膨胀性土、湿陷性土或可液化土层的性状；查明填土厚度、填土时间以及填土材料的组成成分。 (3)对需进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的变形特征。 (4)查明埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物。 (5)查明地下水的埋藏条件，提供地下水位及其变化幅度。 (6)在季节性冻土地区，提供场地土的标准冻结深度。 二、勘探点的平面布置 对高层建筑，应根据建筑物的平面性状、荷载分布情况布置勘察点。 (1)当高层建筑平面为矩形时，应按双排布设；为不规则形状时，应在凸出部位的角点和凹进的阴角布置勘探点。 (2)在高层建筑层数、荷载和建筑体形变异较大位置处布置第页勘探点。 (3)对勘察等级为甲级的高层建筑应在中心点或电梯井、核心筒部位布置勘探点。 (4)单栋高层建筑的勘察点数量，对勘察等级为甲级的不应少于5个，控制性的勘探点数量不应少于勘探点总数的13且不少于2个。 (5)高层建筑群可按建筑物并结合方格网布置勘探点，相邻的高层建筑，勘探点可互相共用。 三、勘探点间距 根据高层建筑勘察等级，勘探点间距应控制在1535m范围内，勘察等级为甲级的宜取较小值，勘察等级为乙级的可取较大值。 四、勘探深度 勘探深度自基础底面算起，应符合下列规定： (1)勘探孔深度应能控制地基主要受力层，当基础底面宽度不大于5m时，勘探孔的深度对条形基础不应小于基础底面宽度约3倍，对单独柱基不应小于15倍，且不应小于5m。 (2)对高层建筑和需做变形计算的地基，控制性勘探孔的深度应超过地基变形计算深度；地基变形计算深度，对中、低压缩性土可取附加应力等于上覆土层有效自重压力20的深度，对于高压缩性土层可取附加应力等于上覆土层有效自重压力10的深度。 (3)高层建筑的一般性勘探孔应达到基础下0510倍的基础宽度，并深入稳定分布的地层。 五、室内试验 做土的物理力学常规试验。 对基础底面以下的土层做灵敏度试验。查明这些土层灵敏度的大小，为褥垫层施工提供依据。对中、高灵敏度土，垫层施工时应尽量避免对桩间土产生扰动，防止产生“橡皮土。第五章 CFG桩复合地基施工 第一节 CFG桩施工技术发展简况 目前CFG桩复合地基技术在国内许多省市应用，据不完全统计，应用这一技术的有：北京、天津、江苏、浙江、河北、河南、山西、山东、陕西、安徽；湖北、广西、广东、辽宁，黑龙江、云南等23多个省、直辖市、自治区。 就工程类型而言，有工业与民用建筑，也有高耸构筑物，有多层建筑，也有高层建筑；结构型式有砖混结构、框架结构、剪力墙结构，也有外框内筒结构；基础形式有条形基础、独立基础，也有箱基和筏基；有滨海一带的软土，也有承载力在200kPa左右的较好的土。 大量工程实践表明，CFG桩复合地基设计，就承载力而言不会有太大的问题，可能出问题的是CFG桩的施工。了解CFG桩施工技术的发展、不同工艺的特点，可使设计人员对CFG桩施工工艺有一个较全面的认识，便于在方案选择、设计参数的确定以及施工措施上考虑得更加全面。 CFG桩复合地基于1988年提出并用于工程实践，首先选用的是振动沉管CFG桩施工工艺，是由于当时振动沉管打桩机在我国拥有量最多，分布的地区也最普遍。 振动沉管CFG桩施工工艺属于挤土成桩工艺，适用于粘性土、粉土、素填土，软土地基应通过现场试验确定其适用性。它具有施工操作简便、施工费用较低、对桩间土的挤密效应显著等优点。采用振动沉管CFG桩施工工艺施：工的CFG桩复合地基可以提高地基承载力、减少地基变形以及消除地基液化，先后应用于南京造纸厂轻涂胶印车间、浦镇车辆厂住宅楼、蓟县电厂冷却第145页塔、山东省德州地区医药管理局综合住宅楼等千余栋多层、高层建筑及工业厂房的地基处理工程。振动沉管CFG桩施工工艺为CFG桩复合地基的发展和推广应用起到了十分重要的作用。到目前，该工艺依然是CFG桩主要施工方法之一，主要应用于地基处理要求对土质具有挤密作用或预震作用的工程，空旷地区或施工场地周围没有管线、精密设备以及不存在扰民的地基处理工程。 众所周知，振动沉管打桩机成桩也有其缺点，施工时控制不好，可能会发生缩颈和断桩。据统计，振动沉管施打的灌注桩事故率高达25。 为了解决振动沉管打桩机施工可能产生的质量问题，19881992年中国建筑科学研究院承担并完成了建设部下达的CFG桩成桩工艺试验研究专题。对诸如拔管速度、合理桩距、施打顺序、混合料坍落度、保护桩长、褥垫层铺设以及如何进行施工监测等进行了试验研究，取得了可喜的研究成果，对CFG桩复合地基成套技术在全国的推广起到了重要作用。 通过工程实践，发现用振动沉管打桩机成桩存在如下几个主要问题： (1)难以穿透厚的硬土层如砂层、卵石层等。在基础底面以下的土层中，若存在承载力高的硬土层诸如砂层、卵石层，由于振动沉管打桩机难以穿过，不得不采用引孔等措施，或者采用其它成桩工艺。 (2)振动及噪音污染严重。随着社会的不断进步，对文明施工的要求越来越高，当在城区或居民区施工时，振动和噪音污染对施工现场周围居民正常生活产生不良影响，导致扰民使施工无法正常进行，故许多地区规定不能在居民区采用振动沉管打桩机施工。 (3)在临近原有建筑物施工时，振动对原有建筑物可能产生不良影响。 (4)振动沉管打桩机成桩为挤土成桩工艺，在饱和粘性土第六章 CFG桩复合地基工程实例 目前，CFG桩复合地基在工程中得到了越来越广泛的应用，现已积累的工程实例表明，承载力较低的地基，经CFG桩加固后多用于多层工业与民用建筑或构筑物；承载力较高的地基，经CFG桩加固后用于高层或超高层建筑物的居多。 就CFG桩应用的基础型式而言，既有条形基础、独立基础，也有箱形和筏板基础；就结构型式而言，有框架结构、剪力墙结构，也有框筒结构；就桩长而