CFG水泥粉煤灰碎石桩地基处理工艺

1、概述,水泥粉煤灰碎石桩又称CFG桩，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘结强度桩。桩体和桩间土、褥垫层一起组成水泥粉煤灰碎石桩复合地基。,水泥粉煤灰碎石桩,碎石桩的缺点,碎石桩系散体材料桩，桩本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束形成桩体强度，并和桩间土组成复合地基共同承担上部建筑的垂直荷载。土越软对桩的约束作用越差，桩体强度越小，桩传递垂直荷载的能力越差。 根据试验及理论分析，通常距桩顶23倍桩径的范围为高应力区；当大于610倍桩径后，轴力的传递收敛很快；当桩长大于2.5倍基础宽度后，桩的端阻作用很小。在诸多种类的复合地基的增强体中，置换作用最差。,CFG桩的改进,掺入适

2、量的石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和形成一种粘结强度较高的桩体； 具有刚性桩的某些性状； 可以全桩长发挥侧阻作用； 当桩端落在好土层时也能很好地发挥端阻作用； 复合地基承载力大幅提高； CFG桩属高粘结强度桩，比素混凝土桩经济； 添加石屑主要改善级配，可提高桩身强度。,碎石桩和CFG桩的对比,多层和高层建筑地基,多层建筑地基,适用范围,应力应变曲线是直线关系，围压对应力应变曲线没有多大的影响。,应力应变曲线不是直线关系，增加围压，破坏主应力差增大。,三轴应力应变曲线,增加桩长可有效的减小变形，总的变形量小。,减小地基变形的幅度较小，总的变形较大。,变形,承载力的提高幅度有较大的可调性，可提高4倍或

3、更高。,加固粘性土复合地基承载力的提高幅度较小，一般为0.51.0倍。,复合地基承载力,桩的承载力主要来自全桩长的摩阻力及桩端承载力，桩越长则承载力越高。以置换率10%计，桩承担荷载占总荷载的百分比为40%75%。,桩的承载力主要靠桩顶以下有限范围内桩周土的侧向约束，当桩长大于有效桩长时增加桩长对承载力的提高作用不大。以置换率10%计，桩承担荷载占总荷载的百分比为15%30%。,单桩承载力,CFG桩,碎石桩,应用： CFG桩主要适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基，对淤泥质土，应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。 CFG桩可用于条形基础、独立基础、箱形基础和筏板基础等。,

4、1桩土受力特征,1 时程曲线 由于褥垫层的设置，随着时间的变化，桩间土表面的变形不断增加，但桩和土的荷载分担均为一常值，它不随时间的变化而改变。,竖向荷载作用下复合地基性状,桩基础,CFG桩复合地基,2桩土荷载分担,分担趋势,CFG桩复合地基,桩基础,3不同部位桩的受力 一般是角桩受力最大，边中桩次之，中心桩最小。 4桩传递轴向力的特征 桩基础，桩的最大轴向力发生在桩的顶部。 CFG桩，桩的最大轴向力在中性点处。 从加载一开始桩就存在一个负摩擦区。,5桩间土应力的分布（同桩）,2复合地基变形特性,1变形模式 桩范围内土层的压缩量 下卧层的压缩量 褥垫层的压缩量,桩长对变形的影响 桩长分担大土分

5、担小小 可不考虑。 基础宽度的影响 复合地基也一样，当置换率、桩长及土性相同时，给定荷载下加固区压缩变形 、下卧层压缩变形 、以及总压缩量都随基础宽度增加而增大。,深层变形性状 无论是单桩复合地基还是群桩复合地基，在荷载较小时，复合地基桩间土表面的变形都小于天然地基的变形。随着荷载的增加，两者的变形相等，之后则有复合地基的变形大于天然地基的变形。,1褥垫层的作用, 保证桩、土共同承担荷载 。 褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好的土层上（承载力高），至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。 褥垫厚度可以调整桩、土荷载分担比。荷载一定时，褥垫层

6、越厚，土承担的荷载越多。荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。,褥垫层技术,减少基础底面的应力集中 当褥垫层厚度大于10cm时，桩对基础产生的应力集中已显著降低。当褥垫层的厚度为30cm时，ps只有1.23 褥势层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比 褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶受的水平荷载越小。大量工程实践和室内试验表明，褥垫层厚度不小于10cm时，桩体不会发生水平折断，桩在复合地基中不会失去工作能力。,2褥垫层厚度,褥垫层厚度一般取1530cm为宜，当桩距过大时，褥垫层厚度还可适当加大。褥垫层材料可用碎石、级配砂石(限制最大粒径)粗砂、中砂。,13.4复合地基工程特性,1承

7、载力提高幅度大 2适用范围广 3刚性桩的性状明显 4桩体的排水作用 5时间效应 6桩体强度和承载力的关系 一般取桩顶应力的3倍。 7复合地基变形小 建筑物的沉降量一般可控制在24cm。,13.5复合地基设计计算,勘察、试验 承载力计算（同夯实水泥土桩）,沉降计算 实用方法复合模量法,设计参数： 桩长: 结合土性、桩周摩阻系数和端承系数，即可预估桩长,一般要求桩端置于良好土层。 桩径d CFG桩常采用振动沉管法施工，一般为350600 桩距 S=(35) d 桩体强度 褥垫层厚度及材料 褥垫层厚度一般取1530cm为宜，当桩距过大时，褥垫层厚度还可适当加大。褥垫层材料可用碎石、级配砂石(限制最大

8、粒径)粗砂、中砂。,5布桩,13.6复合地基施工,在进行CFG桩复合地基设计时，必须同时考虑CFG桩的施工，并要了解施工可能出现的问题，以及如何防止这些问题的发生与施工时采用什么样的设备和施工工艺。要根据场地土的性质、设计要求的承载力、变形以及拟建场地周围环境等情况综合考虑施工设备及施工工艺和控制施工质量措施。,目前常用的施工设备及施工方法有： （一）振动沉管灌注成桩 （二）长螺旋钻孔灌注成桩 （三）泥浆护壁钻孔灌注成桩 （四）长螺旋钻孔泵压混合料成桩,长螺旋钻孔灌注成桩,这种施工方法适用于地下水位埋藏较深的粘性土、粉土、填土等，成孔时不会发生塌孔现象，并适用于对周围环境要求如噪音、泥浆污染比

9、较严格的场地。 泥浆护壁钻孔灌注成桩 这种成桩方法适用于有砂层的地质条件，以防砂层塌孔，并适用于对振动噪音要求严格的场地。,长螺旋钻孔泵压混合料成桩,这种方法适用于分布有砂层的地质条件，以及对噪音和泥浆污染要求严格的场地。 这种成桩方法在施工时，首先用长螺旋钻孔到达设计的预定深度，然后提升钻杆，同时用高压泵将桩体混合料通过高压管路的长螺旋钻杆的内管压到孔内成桩。这一工艺具有低噪音、无泥浆污染的优点，是一种很有发展前途的施工方法。,振动沉管灌注成桩,就目前国内情况，振动沉管灌注成桩用的比较多，这主要是由于振动打桩机施工效率高，造价相对较低。这种施工方法适用于无坚硬土层和密实砂层的地层条件，以及对

10、振动噪音限制不严格的场地。,1沉管 1)桩机就位须水平、稳固、调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1。 2)若采用预制钢筋混凝土桩尖，需埋入地表以下300左右。 3)启动电动机，开始沉管过程中注意调整桩机的稳定，严禁倾斜和错位。 4)沉管过程中须作好记录。激振电流每沉lm记录一次，对土层变化处应特别说明直到沉管至设计标高。,2投料 1)在沉管过程中可用料斗进行空中投料。混合料面与钢管料口平齐。待沉管至设计标高后须尽快投料。 2)如上料量不多，须在拔管过程中进行孔中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。 3)混合料配比应严格执行规定，碎石和石屑含杂质不大于5。 4)按设计配比配制混合料，投入

11、搅拌机加水拌和，加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度为3050，成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过200。 5)混合料的搅拌须均匀，搅拌时间不得少于1min。,3拔管 1)当混合料加至钢管投料口平齐后，开动电动机，沉管原地留振10秒左右，然后边振动边拔管。 2)拔管速度按均匀线速控制，一般控制在1.21.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率可适当放慢。 3)当桩管拔出地面，确认成桩符合设计要求后用粒状材料或湿粘土封项，然后移机继续下一根桩施工。,4施工顺序 连续施打可能造成的缺陷是桩径被挤扁或缩颈，但很少发生桩完全断开；跳打一般很少发生已打桩桩径被挤小或缩颈现象，但土质较硬时，在己打桩中间

12、补打新桩时，已打桩可能被振断或振裂。 在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打；在饱和的松散粉土中施打，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打方案；满堂布置，无论桩距大小，均不宜从四周向内推进施工。施打新桩时与己打桩间隔时间不应少于7天,5混合料坍落度 为避免桩顶浮浆过多，混合料坍落度一般为35cm。 6保护桩长 所谓保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，基础施工时将其剔掉。保护桩长越长，桩的施工质量越容易控制，但浪费的料也越多。设计桩顶标高离地表距离不大于1.5m时，保护桩长可取5070cm， 上部用土封顶。桩顶标高离地表距离较大时，保护桩长可设置70100cm，上部用粒状材料封顶直到地表。,7桩头处理

13、CFG桩施工完毕待桩体达到一定强度(一般为7天左右)，方可进行基槽开挖。在基槽开挖中，如果设计桩顶标高距地面不深(一般不大于1.5m)，宜考虑采用人工开挖，不仅可防止对桩体和桩间土产生不良影响，而且经济可行；如果基槽开挖较深，开挖面积大，采用人工开挖不经济，可考虑采用机械和人工联合开挖，但人工开挖留置厚度一般不宜小于700。 桩头凿平，并适当高出桩间土12cm,7复合地基检测及验收,（一）施工质量控制 (1)施工监测 1)打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常常和地表隆起相联系。 2)打新桩时对已打但尚未结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以估算桩径的缩小量。 3)打新桩时对已打并结硬桩的桩

14、顶进行桩顶位移测量，以判断是否断桩。一般当桩顶位移超过10，需开挖进行查验。,(2)逐桩静压 对重要工程或施工监测发现桩顶上升量较大且桩数较多时，可对桩进行快速静压，将可能断裂并脱开的桩连接起来。这一技术在沿海地区称为“跑桩”。这技术对保证复合地基中桩很好地传递垂直荷载是很有意义的。 需要指出的是，CFG桩断桩并不脱开，因此并不影响复合地基的正常使用。,(3)静压振拔技术 所谓静压振拔是指沉管时不启动电动机，借助桩机自重将沉管沉至预定标高，填料后启动电动机振动拔管。对饱和软土采用这项技术对保证施工质量是有益的。 (4)大直径预制桩尖的采用 在软土地区，当桩长范围内桩端有可能落在好的土层上时，可

15、采用比通常用的更大的预制桩尖，桩尖的直径增大到沉管外径的1.52.0倍，人们称之为“大头桩尖”，其目的是为了获得更大的端阻力。,（二）质量检验 CFG桩施工结束后，应间隔一定时间方可进行质量检验。一般养护龄期可取28天。 (1)桩间土检验 桩间土质量检验可用标准贯入、静力触探和钻孔取样等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。对砂性土地基可采用标准贯入或动力触探等方法检测挤密程度。 (2)单桩和复合地基检验 可采用单桩载荷试验、单桩或多桩复合地基载荷试验进行处理效果检验。检验点数量可按处理面积大小取24点。,小结,凡复合地基中竖向增强体是由低强度混凝土形成的复合地基，统称为低强度混凝土桩复合地基。

16、低强度混凝土常用水泥、石子及其他掺和料（如砂、粉煤灰、石灰等）制成，强度一般在515Mpa范围内。,低强度混凝土桩介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间。与碎石桩相比，低强度混凝土桩桩身具有一定的刚度，不属于散体材料桩。其桩体承载力取决于桩侧摩擦力和桩端端承力之和或桩体材料强度。当桩间土不能提供较大侧限力时，低强度混凝土桩复合地基承载力高于碎石桩复合地基。与钢筋混凝土桩相比，桩体强度和刚度比一般混凝土桩小得多。这样有利于充分发挥桩体材料的潜力，降低地基处理费用。低强度混凝土桩常采用地方材料，因地制宜配制低强度混凝土。,如中国建筑科学院地基所开发的水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基、浙江省建筑科研所等单

17、位开发的低强度水泥砂石桩复合地基、浙江大学岩土工程所开发的二灰混凝土桩地基等，均属于低强度混凝土桩复合地基法。,多元复合地基,近十多年来，地基处理技术得到很大的发展。这不仅反映在机械、材料、设计理论、施工工艺、现场监测技术及地基处理新方法的不断涌现等方面，而且反映在多种地基处理方法的综合应用方面。 鉴于竖向增强体复合地基中的三种类型桩(即散体材料桩、柔性桩和刚性桩)的承载能力和变形特性不同，且由于每种地基处理方法都不是万能的，每种地基处理方法都有其适用范围和优缺点，可将竖向增强体复合地基中的三种类型桩中的两种甚至三种桩综合应用于加固软土地基，形成多元复合地基，以充分发挥各桩型的优势，大幅度地提高地基承载力，减小地基沉陷，从而取得良好的技术效果和经济效益。,在多元复合地基中，可将桩身强度较高的桩称为主桩，将强度较低的桩称为次桩。 多元复合地基可分为两类：在第一类多元复合地基中，主桩的置换作用是复合地基承载的主要部分，次桩起辅助作用；在第二类多元复合地基中，复合地基承载力的提高主要依靠次桩的作用，主桩仅布置在节点及荷载较大的承重墙下（数量少），达到减小沉降的目的。工程实践表明，特别是