CFG桩复合地基技术与实践PPT课件

CFG桩复合地基技术与实践 青岛市勘察测绘研究院青岛岩土基础工程公司编辑李鹏吴刚安庆军郝胜利 1 提纲 第一章CFG桩复合地基概论 7 第二章CFG桩复合地基设计计算 8 第三章CFG桩复合地基施工 5 第四章CFG桩复合地基几个问题的探讨 15 第五章CFG桩复合地基工程实例分析 25 2 第一章 CFG桩复合地基概论 7pages 3 复合地基 复合地基compositefoundation部分土体被增强或被置换形成增强体 由增强体和周围地基土共同承担荷载的地基 1 桩体材料性状分类散体材料桩复合地基 碎石桩 砂桩一般粘结强度桩复合地基 石灰桩 水泥土桩高粘结强度桩复合地基 CFG桩 素混凝土桩 4 复合地基比较 5 CFG桩复合地基 水泥粉煤灰碎石桩法cement flyash gravelpile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 1 CFG桩复合地基技术80年代末进行试验研究并应用于工程实践 1994年列为国家级重点推广项目 1997年列入国家级工法 1999年推出长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工工艺 6 CFG桩体材料和成桩工艺 桩体材料水泥 碎石 石屑 粉煤灰 水水泥 卵石 碎石 砂 粉煤灰 水素混凝土 注 水泥粉煤灰碎石桩与素混凝土桩的区别仅在于桩体材料的构成不同 而在起其受力和变形特性方面没有什么区别 1 成桩工艺振动沉管成桩长螺旋钻孔管内泵压灌注成桩 7 褥垫层技术 褥垫层作用保证桩 土共同承担荷载调整桩 土荷载分担比减小基础底面的应力集中调整桩 土水平荷载的分担褥垫层厚度厚度过小 褥垫层作用难以发挥厚度过大 桩 土应力比趋于1 变形大褥垫层厚度取0 45 0 5倍桩径为宜 2 8 垂直荷载作用下的受力特性 CFG桩复合地基初始加载时 大部分荷载由土承担荷载增加时 桩承担的荷载比例增加 土承担的荷载比例减少固定荷载下 褥垫层的调整作用使桩 土的荷载分担基本为定值 不随时间变化而变化 摩擦桩基初始加载时 全部荷载由桩承担荷载增加时 桩承担的荷载比例减少 土承担的荷载比例增加固定荷载下 承台的沉降使土承担的荷载增加 桩承担的荷载有一个逐步向承台下土转移的过程 9 水平荷载作用下的受力特性 无褥垫层时 水平荷载主要由桩承担褥垫层厚度达到一定数值后 桩顶承受剪力占水平荷载的比例大体与面积置换率相当 即水平荷载主要由桩间土承担实践和试验表明 褥垫层厚度不小于10cm 桩体不会发生水平折断 10 第二章 CFG桩复合地基设计计算 8pages 11 设计依据资料 工程地质勘察报告相关建筑的基础平面图和剖面图建筑物荷载荷载效应标准组合下基础底面处的平均压力和最大压力荷载效应准永久组合下基础底面处的平均压力裙房或车库基底压力标准值 主楼周围有裙房或车库时 基底反力不满足荷载线性分布或需做抗冲切验算时另要求设计要求的复合地基承载力和变形 12 设计综合分析 明确地基处理的目的掌握建筑物结构布置及荷载传递特点掌握场地土质变化情况考虑施工设备和施工工艺综合场地周围环境因素 13 设计确定参数 桩长l桩径d桩间距s桩体强度褥垫层厚度及材料 14 设计流程 15 桩间距与置换率 一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径等边三角形布桩正方形布桩矩形布桩 注 s s1 s2分别为桩间距 纵向间距和横向间距 面积置换率 16 知识回顾 基底压力与荷载组合 承载力计算相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力 pk变形计算相应于荷载效应准永久组合时基础底面处的平均压力 p k基础底面处的附加压力基础底面处土的自重压力正常使用极限状态下的荷载组合承载能力极限状态标准组合准永久组合 17 承载力计算 估算公式 为桩间土承载力折减系数 宜按地区经验取值 如无经验时可取0 75 0 95 天然地基承载力较高时取大值 1 桩体试块抗压强度平均值满足桩顶应力的3倍 承载力修正基础宽度的地基承载力修正系数应取0 基础埋深的地基承载力修正系数应取1 0 承载力复核 18 变形计算 变形估算公式 为复合土层压缩模量的提高系数 1 注 参见 建筑地基基础设计规范 19 第三章 CFG桩复合地基施工 6pages 20 振动沉管CFG桩施工工艺 应用条件要求对土质具有挤密作用或预震作用 空旷地区及不存在扰民情况主要问题难以穿透厚的硬土层如砂层 卵石层等振动及噪音污染严重振动对临边建筑物可能产生不良影响挤土成桩 在饱和粘性土中会造成隆起断桩 或导致桩间土强度降低施工投料效率低 长桩拔管时需空中投料 21 长螺旋钻孔管内泵压CFG桩施工工艺 主要优点低噪音 无泥浆污染成孔制桩时不产生振动 避免对已打桩的影响成孔穿透能力强 可穿透砂层 圆砾层和粒径不大于60mm的卵石层施工效率高施工工序钻机就位 桩位 垂直度混合料搅拌 配合比 坍落度 16 20cm 钻进成孔 钻速 桩长 卵砾层穿越灌注及拔管 工序 提速 2 3 5m min 充盈系数 22 长螺旋钻机 23 清土及CFG桩桩头处理 清土及时清运 减少施工中找桩位和设备就位的时间 便于发现窜孔及其他施工问题 废弃混合料强度较低便于清运清运方式 人工 机械与人工联合清运保护桩头处理截桩 同一水平面同一角度对称设置钢钎 大锤同时击打桩头修平接桩 24 褥垫层铺设 铺设要求宜用中砂 粗砂 级配砂石或碎石等 最大粒径30mm夯填度 夯实后与虚铺厚度的比值 不大于0 9高低差与基础周边的铺设高差底部铺设无特殊要求高差顶部边缘砌体支挡侧向约束高差面可做垂直 台阶形 斜面无桩 高差面可做斜面 斜面有桩 桩头设低标高砂浆调整 基础周边外扩宽度大于厚度 要求有侧向约束 25 施工检测与质量验收 质量检验施工记录 混合料坍落度 桩数 桩位偏差 褥垫层厚度 夯填度和桩体试块抗压强度等承载力检测应采用复合地基载荷试验检测桩身强度应满足试验荷载条件 宜成桩28天后静载荷试验数量宜为总桩数的0 5 1 且单体不少于3个低应变检测数量不少于总桩数的10 桩分担面积确定载荷板面积 26 第四章 CFG桩复合地基几个问题的探讨 13pages 27 几个问题的探讨 荷载传递的机理问题桩 土荷载的分担问题边载的影响问题承载力的修正问题复合地基的检测问题CFG桩的负摩阻问题多桩型的复合问题特殊土的适用性问题柔性结构 路基 的加固问题 28 荷载传递的机理问题 土位移大于桩顶位移 上刺 负摩阻桩底位移大于土位移 下刺 正摩阻中性点 轴力最大初始主要荷载由土承担荷载增加时桩承担的荷载比例增加中性点随荷载增加位置上移先发挥桩摩阻 后发挥桩端阻桩体承载力到极限时复合地基破坏 29 荷载传递的机理问题2 推论1 单桩复合地基破坏一般由土体剪切破坏引起推论2 群桩复合地基破坏一般由桩体承载力极限破坏引起推论3 破坏前 桩土荷载的分担趋于定值推论4 桩体破坏时负摩阻接近为零问题A 桩土的荷载分担有多少呢 如何控制 问题B 单桩复合地基检测的结论是否可用 如何使用 问题C 设计是否需要考虑CFG桩的负摩阻呢 30 桩 土荷载的分担问题 问题A 桩土的荷载分担有多少呢 土荷载分担比 桩荷载分担比 桩土应力比0 25 0 60 4 0 756 27 2 经验应力比0 2 0 60 4 0 810 80 4 容许应力比参考桩土应力比的影响因素正影响 加载 褥垫层模量 桩间距 3 5d 桩长逆影响 褥垫层厚度 桩间土模量最佳应力比 桩土同时破坏 可研究优化 31 边载的影响问题 边载效应试验 9桩复合地基 载荷板边长1 6m 边载120kPa 注 以s b 0 01对应的荷载作为复合地基承载力 无边载条件时 fspk 210kPa 有边载条件时 fspk 310kPa 边载效应相当于承载力的深度修正边载效应减小板下变形 使同一深度处变形趋于均匀化边载效应明显提高桩间土承载力 提高土的荷载分担 32 承载力的修正问题 问题D 是修正桩间土的承载力 还是复合地基的承载力 边载效应试验算例120kPa等效6m埋深 修正后 310 210 20 6 0 5 320应按后者进行深度修正 m为基础底面以上土的加权平均重度 地下水位以下取浮重度d为基础埋置深度 参见后文说明 3 应按修正前的承载力进行静荷载试验 33 承载力的修正问题2 无地下室时 一般自室外地面标高算起 图1 有地下室时 整体基础自室外地面标高算起 图2 非整体基础 独立基础或条形基础 从室内地面标高算起 图3 主楼与裙房相连 临 时 假定均为筏基且主楼埋深大 图4 当裙房宽度大于主楼宽度的2倍时 主楼计算深度为两者高差 裙房荷载 仅考虑永久荷载且扣除浮力 的当量土高 后加项不大于裙房计算深度 注 裙房为独基时自裙房室内地面标高算起当裙房宽度小于主楼宽度的2倍时 主楼计算深度自室外地面算起裙房计算深度自室外地面标高算起 34 复合地基的检测问题 问题B 单桩复合地基试验 检测的结论是否可用 检测自由单桩承载力 桩侧土应力作用较小单桩复合地基未考虑实际情况下的边载效应载荷板面积需与桩分担处理面积相对应褥垫层厚度影响桩 土荷载的分担问题B 如何使用 用自由单桩试验结果估算复合地基中的单桩承载力是偏于安全的对检测承载力进行深度修正按要求选择载荷板尺寸褥垫层厚度宜取10 15cm 不需与复合地基设计褥垫层厚度一致 同时应保证褥垫层有侧向约束 35 CFG桩的负摩阻问题 复合地基中CFG桩的负摩阻负摩阻开始加荷即存在 桩体破坏时负摩阻接近为零负摩阻减缓了摩擦作用 加速了端程发挥 使桩全过程发挥作用负摩阻提高桩间土承载力 对减小沉降变形有益桩基础的负摩阻传统桩基础不考虑桩侧土作用 负摩阻减小了基桩摩擦作用问题C 设计是否需要考虑CFG桩的负摩阻呢 考虑极限承载状态时基本不影响CFG桩应选择较好的端承地层 桩长不宜过短筏板基础等大面积处理时建议单桩承载力计算留有余地 36 多桩型的复合问题 两种桩型组成的复合地基CFG桩和碎石桩 提高承载力 消除液化CFG桩和搅拌桩 提高承载力 补强软弱土长短桩组成的复合地基长 短CFG桩 合理控制承载力 调整变形承载力计算方法一 主控桩与天然地基复合 辅桩与复合地基再复合方法二 变形计算同承载力计算方法一 计算模量提高系数 37 特殊土的适用性问题 适用于粘性土 粉土 砂土和已自重固结的素填土当土的承载力特征值小于50kPa时 应谨慎使用 砂土 粉土可挤密土层可用 饱和软粘土不适用振动沉管CFG桩工艺可考虑用于消除液化或湿陷性问题E CFG加固范围内存在软土层 如何复合 例 垫层下有1m卵石层 6m软塑粉质粘土 4m粉砂层 厚卵石层 复合地基承载力计算按哪层土复合 建议按软塑粉质粘土承载力计算复合地基承载力变形计算时 卵石层模量不宜再乘提高系数 38 柔性结构 路基 的加固问题 刚性结构与柔性结构刚性结构下CFG桩对复合地基承载力的贡献大于柔性结构柔性结构下复合地基破坏是先土后桩 区别于刚性结构结构刚度增大 桩土应力比增大 39 柔性结构 路基 的加固问题2 同样条件下 柔性结构的沉降大于刚性结构当荷载水平不超过复合地基承载力的1 5倍时 现有的沉降计算公式在刚性结构下是可行的现有的沉降计算公式在柔性结构下 即使荷载水平较低时理论值也小于实际值 且随着荷载水平的增加 差距扩大对高速公路路基处理 有CFG桩筏复合地基的案例预测路堤沉降时不应采用现有沉降计算方法 或者应对计算值乘以经验放大系数 40 第五章 CFG桩复合地基工程实例分析 36pages 41 即墨坊子街CFG桩复合地基实例 工程概况设计计算单桩和复合地基的静载荷试验施工过程及问题复合地基检测建筑物沉降监测桩土应力测试 42 工程概况 即墨坊子街B区 E区B区包括7栋22 28层住宅楼 1层地下室 筏板基础 要求地基承载力特征值不小于450kPa 后调整设计要求为400kPa E区包括10栋28层住宅楼 1层地下室 筏板基础 要求地基承载力特征值不小于450kPa网点 地下车库为独立基础 车库外墙为条形基础 要求地基承载力不小于280kPa 43 E区设计计算 注 0 5m 为CFG桩嵌固深度 第9层粗砾砂承载力特征值280kPa 220kPa 为考虑软弱夹层后计算取用值 计算Ra 647kN 取Ra 600kN 取 0 8计算m 9 51 计算s 1 54m 取s 1 45m 计算右端 9 2MPa选C20 fcu 20MPa 44 E区设计计算2 初步计算复合地基承载力450kPa单桩承载力647KN桩身强度C20桩径500mm桩间距1 54m置换率9 51 施工图复合地基承载力450kPa单桩承载力600KN桩身强度C25桩径550mm桩间距1 45m置换率13 05 45 B区设计计算 注 0 5m 为CFG桩嵌固深度 计算Ra 694kN 取Ra 600kN 取 0 8计算m 11 95 计算s 1 38m 取s 1 30m 计算右端 9 2MPa选C20 fcu 20MPa 46 B区设计计算2 初步计算复合地基承载力450kPa单桩承载力694KN桩身强度C20桩径500mm桩间距1 38m置换率11 95 施工图复合地基承载力400kPa单桩承载力600KN桩身强度C25桩径550mm桩间距1 30m置换率16 24 增加搅拌桩 短桩 置换率16 24 47 设计计算的疑问 承载力特征值要修正吗 单桩承载力计算时要打折吗 桩间土承载力折减系数 的取值合理吗 桩间距小于3倍桩径合理吗 置换率偏高吗 桩身强度要那么高吗 搅拌桩参与复合了吗 48 参考案例 2 注1 设计承载力 内为修正后的值 注2 设计单桩承载力 内为打折前的值 49 参考案例2 2 50 设计计算的疑问2 承载力特征值要修正吗 主楼旁联体车库为独立基础 考虑车库内坪到基底高差小 未修正 单桩承载力计算时要打折吗 最好参考静载荷试验 一般计算不打折 单桩承载力高时可打折 桩间土承载力折减系数 的取值合理吗 0 75 0 95 天然承载力高时取大值 E区宜取0 9 桩间距小于3倍桩径合理吗 置换率偏高吗 桩间距较小时对提高承载力有限 本例最终置换率偏高 桩身强度要那么高吗 本例建议取C20 搅拌桩参与复合了吗 应参与 本例未计算 砂层中搅拌桩加固亦值得探讨 51 设计小结 复合地基承载力储备较大单桩竖向承载力打折计算桩径加大 置换率偏高桩身强度偏高搅拌桩有利影响未考虑沉降未进行计算 52 B区单桩的静载荷试验 桩 1号试验基桩 最大加荷1540kN 桩顶砼破坏 桩 2号试验基桩 最大加荷1170kN时 桩顶砼破坏 桩 3号试验基桩 最大加荷1300kN时 桩未破坏 因桩 1 桩 2号试验基桩承载力特征值相差较大 计算平均值时 桩 1号试验基桩承载力特征值按650kN参加统计 其它不变 所以 本次试验基桩的单桩承载力特征值的平均值为605kN 53 B区单桩复合地基的静载荷试验 复 1 复 2 复 3号试验点P S曲线未出现比例界限点 P S曲线呈直线变化 复 4号试验点P S曲线比例界限点630kPa 承载力特征值的平均值为480kPa 54 B区静载荷试验报告结论 本工程试验段复合地基承载力特征值fak可按450kPa使用 本工程试验段素砼桩单桩承载力特征值可按600kN使用 由复合地基静载荷试验中 复 4号试验点最大加荷900kPa时 桩顶砼破坏 单桩静载试验中 桩 2号试验基桩最大加荷1170kN时 桩顶砼破坏 因而建议工程桩的桩径采用 550mm 砼标号采用C25 55 静载荷试验小结 静载荷试验的疑问桩 1 桩 2 复 4桩顶混凝土破坏的主要原因是桩身强度不够 还是桩头应力集中 缺乏必要约束 进行单桩载荷试验时为防止试验中桩头被压碎 宜对桩头进行加固 1 其他工程也出现过类似情况 建议桩头加箍处理 试验最大加荷偏小 部分加载未破坏 试验时垫层是否有侧向约束 未印证 本例静载荷试验存在不足 借鉴改进 56 桩头处理的参考实例 57 施工准备 施工场区钻机工作面平整 干燥 地基承载力120kPa以上 若地基承载力不满足要求 需先换填形成钻机工作面后再进行施工 场区网电容量要求高 每台长螺旋桩钻机的用电量约120kW 台 冬季CFG桩施工时 因商品混凝土车辆等待时间较长 应添加防冻剂 并注意车辆及地泵的保温措施 58 施工过程控制 按照桩位进行钻进提升钻杆同时灌注混凝土成桩养护清除桩间土截桩至桩顶标高铺设垫层 59 施工过程 施放桩位与钻进 60 施工过程 清除桩间土 61 施工过程 清除超灌桩头 62 施工过程 铺设垫层 63 施工问题 桩径不够的问题钻头较小钻杆螺旋片小断桩的问题钻机施工的间隔时间清理CFG桩桩头的方式缩径 扩径的问题提升速度地层原因 64 施工问题 缩径 断桩 接桩 65 B区复合地基检测 完成单桩复合地基静载试验30支 低应变法动力试验518支 2试验点出现比例界限点 521kPa 729kPa 其他各试验点P S曲线呈直线变化 未出现比例界限点 各试验点极限荷载均不小于833kPa 承载力特征值417kPa 与之对应的沉降量为3 61 9 42mm 检测基桩桩身完整 均为 类桩 结论 CFG桩复合地基承载力特征值可按400kPa使用 66 建筑物沉降监测方案 B区主楼 7栋 22 28层 每栋布置监测点6 7个 共44点地下室 监测点在地下室周边布置 共33点E区主楼 10栋 28 30层 每栋布置监测点6个 共60点地下室 8点监测周期及监测频率主楼施工约每周1层 施工期监测频率约每层1次 主楼封顶工后监测周期1年 每3个月监测一次 67 B区部分沉降监测数据 68 B5楼加载过程沉降 69 E区部分沉降监测数据 70 E8楼加载过程沉降 71 参考案例沉降 2 注 设计承载力 内为修正后的值 72 建筑物沉降监测小结 B区最终沉降平均值在3 4mm E区最终沉降平均值在7 8mm 整体沉降量很小 B E区最终沉降速率在0 002mm d内 基本趋于稳定 主楼