CFG桩地基处理详解

1工程概况长威制药项目由成都蓉药集团四川长威制药有限公司投资新建，场地位于乐山市乐高大道西北侧，茶山路南侧，紧邻乐山市瑞鸽皮革工业有限公司。拟建项目分为一、二期，主要由办公质检楼、食堂活动室、制剂车间、综合制剂车间、仓库、危险品库、动力车间、前处理提取车间、消防水池及污水处理池等组成。根据本项目招标文件，消防水池、仓库、危险品库、仓库二期拟采用CFG桩进行复合地基处理。因本项目详细地勘资料及结构施工图未正式出图，故仅能根据招标文件要求，结合我院在乐山地区多个工程项目长期积累的工程经验进行复合地基处理设计。根据招标文件提供的部分图纸，我院拟根据常规厂房设计要求，对复合地基采取的处理方式、地基处理的布桩方式、该布桩方式所能达到的承载力进行初步设计，以便给业主后期决策提供参考意见。2场地工程地质及水文地质条件2.1区域地质地貌据区域地质资料，场区构造属扬子准地台（I级）四川台坳（II级），跨川中台拱（III级）与川西台陷（III级）两处III级大地构造单元，通过区内的新桥断层是该III级大地构造单元的分界线，也是威远~龙女寺台穹（W级）与龙泉山穹褶束（W级）的分界线。构造线展布呈北东向，表现为平缓的单斜构造，岩层倾向北西，倾角平缓。地层主要为白垩系下统灌口组粉砂质泥岩（Klg）夹泥质粉砂岩和夹关组块状细~中粒长石石英砂岩（K1J）；覆盖层为第四系全新统填土、残积土、冲积土，厚度最大5.20米，与下伏基岩呈不整合接触。场区为一单斜构造，岩层倾向北西，倾角小于10度，但断层附近岩层倾角普遍变陡，新桥断层为区域性主断层，其长度大于100公里，自东北向西南延申横穿场地，该断层为川西台陷和川中台拱的分区断层，断层走向北东45°左右，断面北西倾，倾角35°~60°，北西盘上白垩统夹关组往南东逆冲于南东盘灌口组之上，垂直断距约200m，西盘地层均发育牵引褶曲，破碎带数米至数十米。该断层南西段地貌特征明显，西北盘往往形成山脊和陡崖，南东盘则多为低缓的平坝。区域上毗邻龙门山地震带、安宁河地震带，是其地震波及区，区域内地震强度不大，多小于5级，烈度小于7度，属稳定区域，但一些断裂常发地震，在一定程度上影响了区域的稳定。新桥断层地震活动性较强，挽近时期来，多次发生中强地震，最大震级约5级，有记录的2次5级地震震中就在场地附近，为一发震断层，对场地的稳定性有较大影响。但由于整个区域覆盖层较厚，区域主要表现为“丘包”地貌，受地震影响相对减小。2.2气象资料乐山市地处中亚热带季风湿润气候区，其气候的主要特点是：气温温和、霜雪少、雨量充沛、日照较少、无霜期长、四季分明、高湿而风少。在水平方向上，气候无显著性的区域差异。在垂直方向上，存在地带性差异。地区内多年平均年日照时数为1010.1小时；多年平均气温17.4°C，气温的年变化为“单峰型”，年内最高气温为7月，最低为1月，坝丘区7月平均气温26.3C,1月平均气温为7.2C；区内常年降水在920.7〜1899.9mm,区域多年平均降雨量1349.9mm,红层丘陵区多年平均降雨量1362.0〜1396.7mm,多年平均月降雨量最大为8月，占年降雨量的22.9-23.7%，多年平均月降雨量最小为1月或2月,占年降雨量的1.47-1.85%,降雨日数平均为185天左右,最多年份210天,最少年份150天。2.3地质条件根据我院长期积累的工程经验,乐山地区分布的地层主要为为人工填土（Q4ml）、第四系全新统（Q4al+el）残积层和冲积层、白垩系下统夹关组（K^）砂岩及白垩系下统灌口组砂质泥岩和泥质粉砂岩（K』。人工填土层主要由低液限〜中液限粘质土组成,并夹杂有建筑垃圾或生活垃圾。残积层和冲积层主要为粘土、粉质粘土、粉土及细砂等,局部可见泥炭质土,其中粘土及粉质粘土主要呈软塑或可塑状,承载力低,变形较大。2.4地下水区域地下水主要为上层滞水、孔隙潜水及基岩裂隙水。第四系松散堆积层上层滞水，主要受大气降水和地表径流(场地北侧的水沟)补给，水量一般较小，水位无规律，无统一的地下水位；赋存于卵石中的孔隙潜水，同样主要受大气降水和地表径流补给，水量一般较小，水位无规律无统一的地下水位。基岩风化裂隙水赋存于基岩风化带的裂隙中。该种地下水一般赋存于块状强风化砂岩下部及泥岩中，主要受邻区地下水侧向补给，水量受构造、岩性、裂隙发育程度等影响显著，存在水量分布不均的特点。总体上看，该类水水量不大。从区域上分析，场地地基处理受地下水的影响相对较小。2.5地下水、土的腐蚀性根据以往类似场地水、土腐蚀性报告评价表明：地下水对混凝土结构多为微腐蚀，对钢筋混凝土结构中的钢筋微腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。3CFG桩法地基处理方案3.1加固原理CFG桩法复合地基是水泥粉煤灰碎石桩与桩间土的复合体，鉴于粉煤灰对环境影响较大，目前的CFG桩中未加入粉煤灰。CFG桩系高粘结强度刚性桩，其受力特性及变形特性与素混凝土桩无异。鉴于场地所在地区的地层特性，常规的CFG桩取土设备，如取土钻机、螺纹钻机等能满足施工要求，因此本次设计采用CFG桩，填筑素混凝土成桩，结合褥垫层，使CFG桩与桩间土共同作用，形成复合地基。对于粘质土类场地，优先选用螺纹钻机成孔，中心压灌商品混凝土的工艺成桩。按照合理的布桩间距及布桩方式，CFG桩复合地基能有效的改良地基土的承载能力。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)中第7.7.3条水泥粉煤灰碎石桩法的规定：本法适用于本场地复合地基处理。桩端持力层及桩长根据区域岩土工程地质条件，选择卵石层、含卵石粘土层或强风化泥岩作为桩端持力层。设计桩径取350mm,有效桩长初步估计为7.0m,施工桩长7.3m,桩长需满足桩端进入持力层深度要求。成桩工艺基坑开挖至设计标高（基底垫层底标高以下200mm）f测放桩位f成孔至设计深度一中心压灌混凝土并提升钻杆一缓慢提升钻杆直至设计桩顶标高一桩身完整性检测f人工捡底并裁桩f铺设并压实褥垫层f褥垫层夯填度检测f基础施工。桩体材料桩体为素混凝土桩,材料主要由碎石、机制中粗砂、水泥和水组成。采用C15及以上标号商混灌注。长螺旋中心压灌成桩工艺，混凝土坍落度为160〜200mm。保护桩基于螺旋钻机工艺本身的特殊性,CFG桩桩顶约300mm桩体质量相对较差，因此在施工过程中需保证不短于300mm保护桩长。保护桩在褥垫层清底时采用人工破除。地基加固设计3.6.1设计依据（1） 项目所在地区域工程水文地质资料；（2） 我院以往成功工程经验；—————————————————————————————————————————————4项目总平图及基础平面布置图；《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)；《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2012)；《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)；《成都地区建筑地基基础设计规范》(DB51/T5026-2001)；《混凝土结构设计规范》(GBJ50010-2010)；《普通混凝土配合比设计规范》(JGJ55-2000)；《四川省建筑地基基础质量检测若干规定》(66号文)修定本3.6.2检测及设计技术要求(1)根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)中有关条文要求，复合地基的承载力特征值由测试确定，检测方式采用中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)第“7.7”节执行。(2)相关设计要求及对常规厂房的经验估计。3.6.3确定单桩承载力特征值确定桩间土承载力特征值fsk鉴于区域内软塑~可塑状粘性土居多，加固后桩间土承载力特征值根据经验取匚=80kPa。sk估算单桩承载力特征值Ra借用《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)第7.1节，按下列式计算且结合地区经验确定。根据公式：f=Xm^a+p(1-m)f ①spk A skR=uEql+aqAapsipippp1cu式中：fk——复合地基承载力特征值；spkd——桩的平均直径，取0.35m；d——等效圆影响直径；eA——桩的平均截面积，0.0962m2；pm 面积置换率；fsk——桩间天然地基土承载力特征值，取80kPa；九一一单桩承载力发挥系数，按以往工程经验取九=0.8；卩——桩间天然地基土承载力折减系数，按以往工程经验取卩=0.90；a――桩端端阻力发挥系数，按以往工程经验取a=1.0；p pR 单桩竖向承载力特征值；af――桩身试块的抗压强度平均值；cu――桩周第i层土的厚度；piqi――桩侧第i层土的摩擦力特征值；siq 桩端天然地基土的承载力特征值。取相对不利情况计算，取裁桩后桩长为7.0m,桩侧土为粘土，层厚1.=3.00m，iq.=12kPa；粉质粘土，层厚1.=2.50m,q.=15kPa；泥炭土，层厚1.=1.00m,q.=0kPa；si i si i si强风化基岩，层厚1.=0.50m，q.=35kPa；桩端土为强风化基岩，取q=500kPa；i si p桩径为0.35m，则单桩承载力特征值为：R=nd，.q+aAqaisippp=3.14x0.35x(3.0x12+2.5x15+0.5x35)+1.0x0.0962x500=149.7kN根据上述计算，实际取R=140kN。a3.6.4布桩设计1、消防水池(1)估算荷载根据总平图中消防水池的平面尺寸，以及消防水池的截面尺寸，消防水池在蓄满水时的总荷载约13550KN，考虑荷载分项系数及结构安全系数，基底承长威制药项目一期工程载力要求取180kPa。(2)计算面积置换率根据复合地基的承载力计算公式fk=Xm(RaA)+&(l-m)fk，得spk ap skskm= _=0.099sk九R-PfA skp(3)确定桩距根据面积置换率公式m二dz/d2,得em=d2/d2nd=：一=1.1meem按正方形布置：SWd/1.13=1.1/1.13=0.973me按矩形布置：d2S1xS2^门壬=1.12/1.132=0.948m2按等边三角形布置：SW厶=1.1/1.05=1.048m1.05根据计算结果，即按正方形布置边长不大于0.973m，按矩形布置纵横布桩间距乘积不大于0.948m2,按等边三角形布置边长不大于1.048m。消防水池拟作筏板基础，米取正方形布桩，桩间距0.9m，实际最小置换率为11.84%。估算复合地基承载力特征值m按面积置换率11.84%计算，R值取140KN，af严九mR/A+卩(l-m)f=201.4kPa〉180.00kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式满足建筑复合地基承载力设计要求，实际复合地基承载力根据最终检测确定。140(5)计算桩体强度140f上4九Ra=4x0.8x 十 =4.7MPa，cuA 3.14xS.1752丿要求桩身强度不小于4.7MPa，建议采用C20混凝土制桩。注：f为桩体混合料试块(边长150x150x150mm)标准养护28d抗压强度cu平均值。2、污水处理池(1)估算荷载根据总平图中污水处理池的平面尺寸，以及污水处理池的截面尺寸，污水处理池在蓄满水时的总荷载约44500KN，考虑荷载分项系数及结构安全系数，基底承载力要求取250kPa。(2)计算面积置换率根据复合地基的承载力计算公式fk=An(R/A)+&(1-m)fk，得spk ap skskm—B：=0.163sk九R-PfAskp(3)确定桩距根据面积置换率公式m二d2/d2，得em—d2/d2nd=——0.867me eVm.按正方形布置：SWd/1.13=0.867/1.13=0.767me按矩形布置：d2S1xS2W花=0.8672/1.132=0.588m2按等边三角形布置：SW厶=0.867/1.05=0.825m1.05根据计算结果，即按正方形布置边长不大于0.767m，按矩形布置纵横布桩间距乘积不大于0.588m2,按等边三角形布置边长不大于0.825m。污水处理池拟作筏板基础，采取正方形布桩，桩间距0.75m，实际最小置换率为17.06%。(4)估算复合地基承载力特征值

m按面积置换率17.06%计算，R值取140KN,af严九mR/A+卩(l-m)f=258.3kPa〉250.00kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式满足建筑复合地基承载力设计要求，实际复合地基承载力根据最终检测确定。140(5)计算桩体强度14024入务=4X0.8X3.14乙1752)=47MPa'p要求桩身强度不小于4.7MPa，建议采用C20混凝土制桩。注：f为桩体混合料试块(边长150x150x150mm)标准养护28d抗压强度cu平均值。3、危险品库估算荷载根据危险品库原设计方案，该基础采用桩基础，单桩成长力需达到900KN，根据基础平面尺寸，采用复合地基承载力需达到351.6kPa，因此本次复合地基处理设计取承载力360kPa。计算面积置换率根据复合地基的承载力计算公式fk=Xm(R/A)+&(1-m)fk，得spk ap skskm—B：=0.264sk九R-PfAskp(3)确定桩距根据面积置换率公式m二dz/d2，得em—d2/d2nd—>——0.682me eVm.按正方形布置：SWd/1.13=0.682/1.13=0.603me按矩形布置：d2S1xS2W花=0.6822/1.132=0.363m2

按等边三角形布置:SW厶=0.682/1.05=0.649m1.05根据计算结果，即按正方形布置边长不大于0.603m，按矩形布置纵横布桩间距乘积不大于0.363m2,按等边三角形布置边长不大于0.649m。污水处理池拟作筏板基础，采取正方形布桩，桩间距0.60m,实际最小置换率为26.65%。(4)估算复合地基承载力特征值m按面积置换率26.65%计算，R值取140KN，af严九mR/A+卩(l-m)f=363.2kPa〉360.00kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式满足建筑复合地基承载力设计要求，实际复合地基承载力根据最终检测确定。140(5)计算桩体强度14024入务=4XX3.14乙1752)=47MPa'p要求桩身强度不小于4.7MPa，建议采用C20混凝土制桩。注：f为桩体混合料试块(边长150x150x150mm)标准养护28d抗压强度cu平均值。4、仓库(1)承载力要求根据上部设计要求，CFG桩复合地基取承载力特征值不得小于220kPa。(2)计算面积置换率根据复合地基的承载力计算公式fk=Xm(R/A)+&(1-m)fk，得spk ap skm=fpk_Bfsk=0.1354九R-pfA skp(3)确定桩距根据面积置换率公式m二dz/d2，得em=dm=d2/d2nde按正方形布置：SWd/1.13=0.951/1.13=0.841me按矩形布置：d2S1xS2WH32=0.9512/1.132=0.707m2按等边三角形布置：=0.951/1.05=0.905m1.05根据计算结果，即按正方形布置边长不大于0.841m，按矩形布置纵横布桩间距乘积不大于0.707m2,按等边三角形布置边长不大于0.905m。污水处理池拟作筏板基础，采取正方形布桩，桩间距0.80m,实际最小置换率为14.99%。(4)估算复合地基承载力特征值m按面积置换率14.99%计算，R值取140KN，af严九mR/A+卩(l-m)f=235.8kPa〉220.00kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式满足建筑复合地基承载力设计要求，实际复合地基承载力根据最终检测确定。(5)计算桩体强度fcufcu务=4X阴X嘉加=47阴'要求桩身强度不小于4.7MPa，建议采用C20混凝土制桩。注：f为桩体混合料试块(边长150x150x150mm)标准养护28d抗压强度cu平均值。5、仓库二期(1)估算荷载因仓库二期目前没有任何基础资料，现仅根据仓库设计提供参考方案。考虑二期仓库与一期仓库承载力要求相同。借用一期仓库的基础形式，以及一期仓库的复合地基布桩方式，示意在该种补桩方式下，复合地基能达到的承载力值。面积置换率JC-1、JC-1a：m=0.1523JC-2：m=0.2748JC-3、JC-3a：m=0.1924JC-4：m=0.1499JC-5：m=0.1523估算复合地基承载力特征值JC-1、JC-la：m按面积置换率15.23%计算，R值取140KN,af严九mR/A+卩(l-m)f=238.4kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式复合地基承载力可达到220kPa,实际复合地基承载力根据最终检测确定。JC-2：m按面积置换率27.48%计算，R值取140KN，af严九mR/A+p(1-m)f=372.3kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式复合地基承载力可达到350kPa,实际复合地基承载力根据最终检测确定。JC-3、JC-3a：m按面积置换率19.24%计算，R值取140KN,af严九mR/A+p(1-m)f=282.22kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式复合地基承载力可达到250kPa，实际复合地基承载力根据最终检测确定。JC-4：m按面积置换率14.99%计算，R值取140KN，af严九mR/A+p(1-m)f=235.79kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式复合地基承载力可达到220kPa，实际复合地基承载力根据最终检测确定。JC-5：m按面积置换率15.23%计算，R值取140KN，af严九mR/A+卩(l-m)f=363.2kPa〉360.00kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式复合地基承载力可达到，实际复合地基承载力根据最终检测确定。JC-1、JC-1a：m按面积置换率15.23%计算，R值取140KN，a

f严九mR/A+卩(l-m)f=238.4kPaspkap sk经初步估算，在满足单桩承载力特征值的情况下，此种布桩方式复合地基承载力可达到220kPa,实际复合地基承载力根据最终检测确定。140(4)计算桩体强度14024入务=4x0.SX3.14乙1752)=47MPa'p要求桩身强度不小于4.7MPa，建议采用C20混凝土制桩。注：f为桩体混合料试块(边长150x150x150mm)标准养护28d抗压强度cu平均值。6、估算复合地基变形模量根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)中第7.1.7条的规定，复合土层的变形模量可按下式计算：E=：Eop oa经CFG桩复合地基处理后，预计E可达10MPa，实际需经检测确定，最终op复合地基变形模量以检测为准。(式中Z=ff=180/80=2.25)spkak式中：Eop：复合地基土层的变形模量(MPa)Eoa:桩间土地基土层变形模量(MPa)Z：模量提高系数3.7褥垫层(1)铺设范围人工开挖土方至褥垫层设计底标高，裁桩，在基础面积 (基础边线外扩300mm)复合地基顶部铺设褥垫层，夯实，保证桩土共同承担荷载。(2)厚度虚铺褥垫层厚度h=230mm，铺设在桩顶部，夯实至200mm(以保证桩、土共同承担上部荷载，减少基底的应力集中作用)，使夯填度达到0.87〜0.90。褥垫层虚铺厚度由下式确定：h=AH/k=200/0.88=230mm（本工程九取0.88）（3）材料褥垫层材料采用级配中粗砂加70%左右碎石，碎石粒径不宜大于30mm。（4）夯实方法褥垫层需经静力压实法或动力压实法（桩间土含水量较少时）压实。本工程采用立式夯击压实。本项工作由上部土建单位进行。3.8桩间土清理CFG桩之间的桩间土采取人工清理至设计桩顶标高，以确保桩体及桩顶设计标高以下的桩间土不受破坏。3.9截桩为保证截桩时桩顶设计标高以下的桩体不会发生断裂以及不扰动桩间土，截桩时找出桩顶标高位置，采用人工，用凿子修整，保证桩头平整。桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高（桩顶标高允许偏差0〜-20mm）。3.10补桩鉴于清底及裁桩过程中难免将CFG桩桩头损坏或碰断，导致桩顶标高低于设计标高，需要补桩。要求补桩之前将桩头凿毛，并清洗干净，采用比桩身强度高一个标号的混凝土（C25混凝土）进行补桩。桩帽直径450mm,即外扩50mm。4、复合地基质量检测根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中水泥粉煤灰碎石桩法的规定，对CFG桩需进行复合地基载荷试验，委托具有法定资质的单位进行检测，质量检验应在CFG桩施工结束28天且桩身达到设计要求后进行。检测点为总桩数的1%，且每栋不少于3个点，由建设、设计、监理、检测、地基处理设计和施工单位共同确定，检测点应具有代表性，桩位应在检测点中心。检测方式和测点数量按相关规范