水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基技术

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术

--------土木工程2012-1 三组

（组长：刘锦伟组员：王仁磊王鑫王永腾王友金王忠廷徐立飞）

摘要：CGF桩复合地基在高层建筑中的应用越来越广,本文在CFG桩复合地基的工作原理，长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺，施工中常出现的问题及其解决办法等方面进行了介绍。并且探讨了在褥垫层的设计、施工方面应注意的问题,并提出了解决的对策。

关键词：CFG桩；复合地基技；施工技术。

一、 CFG桩复合地基概述

1. 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、石屑或砂加水拌和而成的高黏结强度桩。CFG桩和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。

CFG桩复合地基1994年由建设部和国家科委列为全国重点推广项目，1997年被列为国家级工法，已列入新的国家行业标准《建筑地基处理技术规范》。若采用CFG桩复合地基，桩将不必到达岩石，且可根据地质条件的需要（岩石沟谷、软弱夹层等）调整桩长，通过预计的变形确保建筑物的安全。CFG桩、基础（指独立基础、条形基础或筏形基础）的工程量可严格控制并作出预算。除下雨、地震等人力不和抗拒因素外，工程工期也可控制在许可范围之内。

2．发展状况

CFG桩复合地基是桩土共同受力的刚性桩复合地基。CFG桩的试验研究始于1998年,被列为建设部“七五”课题,并始在实际工程上得到应用。在1992年,部级鉴定通过了CFG桩复合地基技术,接着,在1994年,分别成为国家重点工程项目和国家重点推广项目。在1997年,正式列为国家级工法,并制定企业标准,2002年发布了中国人民共和国行业标准《建筑地基处

理技术规范》P] (JGJ79-2002),这部规范将在2013年被新版规范所取代。国家将这项技术列为"九五”重点攻关项目,并投资研究其施工工艺和设备以更好地推广CFG桩复合地基技术。国家于1999年12月验收通过。此后全国各省市得到了广泛地应用,最初在多层建筑中应用较多,随后逐渐应用到了高层建筑中。CFG桩能充分利用工业废料,与披基相比,不仅发挥了桩体的承载力,而且利用了桩间力共同受力,造价只用桩基的一半甚至更少,能带来良好的社会和经济效益。

二、CFG 桩复合地基的工作原理

单纯只是从功能这个角度上说，CFG桩处在地基处理的范围之内，整个桩身都可以在所有范围内部受力。它与那些普通桩基之间的区别主要在于，工业的一些废料是构成桩基的主要部分，不包含钢筋。在保证承载能力的基础上，还可以大大降低工程建造工程中的总体造价。与此同时，具体施工过程中还保证了一定的速度、缩短了所需工期、建设时间短等。一台相应的机械设备在10天左右的时间内，就可以处理大约1 000 m2的地基面积，由此带来的社会以及经济效益十分显著。根据相关部门不完全的数据统计得知，CFG桩复合地基技术

已经在全国范围内的23个省、直辖市得到了大范围的推广，且已经在超过1 000多个建筑工程中得到了很好的应用。CFG桩复合地基主要作用包括了以下几方面。

1. 相互置换

CFG桩复合地基的桩体和桩间土之间，因为使用材料的不同而具备了大不相同的特性。桩间土的泊松较大，但是桩体在强度以及弹性模量上则更胜一筹，桩体所需要承载的实际荷载量也是远远地超过了桩间土。由此可见，CFG可以置换土，在很大程度上提高地基的承载能力。

2. 向外排水

CFG桩的桩体部分具备的排水作用，很大程度上可以消散孔隙之间的水压，从而不断增长有效应力。即使是在CFG桩复合地基的成桩开始阶段，固结的排水通道实际上就已经在桩体上构成了，从而可以不断加速桩体附近土壤的固结速度。可以看出，排水作用不可或缺。

3. 对土的约束作用

在CFG 桩复合地基中，桩体可以很好地阻止桩间土向侧方向变形。如果实际荷载量在同一水平，在没有桩体的约束作用时桩间土发生侧向变形的概率就越大，从而更容易出现变形的情况。由于存在着CFG 桩对土的约束作用，进而降低了侧向变形的可能性，也就是垂直变形这种情况发生的概率也大大降低，进一步增强了CFG 桩复合地基在阻止垂直发生变形方面的能力。

4. 选择机械开挖的具体操作

在用挖掘机进行开挖时，采用小斗。先要在桩间进行掏土，同时距离设计标高大约0.7 m左右。将上面的土掏出之后，桩基露出大约0.3 m。然后利用挖掘机对桩基进行碰撞，将桩碰断后继续向下开挖。在距离设计标高0.1 m处停止开挖，然后进行人工除土。同时还要利用低应变法进行效果的测试，才能进行下一步施工。

三、施工设备及施工程序简介

（一）施工设备

长螺旋钻管内泵压CFG桩施工艺是由长螺旋钻机、混凝士泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系（见图一）。其中长螺旋钻机是该工艺设备的核心部分，图2是螺旋钻机示意图。目前长螺旋钻机根据其成孔深度分为12、16、18、24m和30m等机型，施工前应根据设计桩长确定施工所采用的设备。

图一长螺旋钻机体系

现将长螺旋钻机的核心部件和关键技术介绍如下。

1．钻头

钻头在成孔过程中具有以下作用：钻头设计有单向阀，成孔时钻头具有一般螺旋钻头的钻进功能，钻进过程中单向阀封闭，水和土不能进入钻杆内，钻至预定高度提钻时，钻头阀门打开，钻杆内的混合料能通过阀门流出，钻头的关键技术是：

①头的合理的叶片角度和设置靶齿，可增进钻头的吃提高钻进速度；

②钻头单向阀门的形式和密封性。

图二：CFG长螺旋步履式钻机

2 .弯头

弯头是连接钻杆与高强柔性管的重要部件，当泵送混合料时，曲率半径和与钻杆的联接形式，对混合料正常输送起着至关重要的作用。如图三所示，若弯头设计成具有较长的水平段，施工时随着时间的延续，在弯头水平段混合料逐渐沉积，形成流线型沉积块体，时间一久将导致弯头断面减小并经常发生堵管。若弯头与钻杆垂直联接，也将发生混合料堵塞，不能正常施工。弯头的关键技术是确定弯头的合理曲率半径和与钻杆的连接方式。

3．排气阀（见图四）

在施工中，当混合料从弯头图进入钻杆内时，钻杆内的空气需要排出，否则混合料积存大量空气将造成桩身不完整。当混合料充满钻杆芯管时，混合

料将排气阀的浮子顶起，浮子将排气孔封闭。此时泵的压力可在混合料连续体内传至钻头处，提钻时混合料在一定压力下形成桩体。

排气阀的主要功能是：钻杆进料时阀门处于常开状态，使钻杆内空气排出；当混合料充满钻杆芯管时排气阀关闭，保证混合料在一定压力下流出钻头，形成桩体。

与长螺旋钻机配套的混凝土泵回前多采用活塞式，分配阀采用较多的是斜置式闸板阀和S 形管阀，施工中需根据设计桩径和提拔速度合理地选择混凝土泵的泵送量，HBT30A、HBT40、HBT50或HBT60等型号的泵在工程中均可使用。

（二）施工程序

当设备、材料和人员进场后，需按图五的程序进行一系列准备工作，在这些准备工作完成后进入CFG桩施工阶段。长螺旋钻管内泵压CFG桩复合地基施工流程见图六。

二、施工准备

（－）材料

CFG桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂，在进场前需确定原材料的种类、品质，并将原材料送至实验室进行化验和做混合料配合比试验。

水泥：施工中多用袋装425号普通硅酸盐水泥；

卵石或碎石：粒径多采用8～25mm；图五 CFG桩施工准备程序砂：含泥量小于5％；粉煤灰：多用袋装Ⅱ级、Ⅲ级粉煤灰；泵送剂。

（二）施工现场

施工前场地的降水、开挖、水、电等需足施工CFG6桩施工要求。

1．降水

CFG桩施工要求地下水位应降至基底标高下0．5～1.0m。确定降水深度时还应考虑电梯井、集水坑等的深度。

2．基坑开挖

当CFG桩在基坑内施工时，基坑开挖需满足下列要求：

（1）开挖深度：

开挖深度应根据基底设计标高和保护士层厚度确定。当保护土层厚度为50cm、褥垫层厚度为15cm时，开挖标高为素混凝土垫层底标高以上35m；依此类推。开挖时，要求工作面平整，严禁超挖。

（2）开挖范围：

开挖范围需考虑CFG桩边桩和角桩施工时的工作面，工作面的确定取决于机身尺寸和工作特性，根据目前国产的长螺旋钻机情况，考虑施工时的工作面，基底开挖的平面尺寸以建筑物的底板外

缘为基准内四周均扩出1.0m。另外，还需根据场地料场和搅拌机的布置情况，在基坑内预岗出混凝士泵的位置。

（3）坡道：

为方便施工机械进出坑底作业面，需在基坑适当位置开挖一坡道。坡道宽度、弯度和坡度需保证施工机械顺利进出基坑。坡道表面需做适当硬化处理。

3．施工道路及料场通往坡道、料场的道路及料场的表面需做适当硬化，保证施工时道路平整、通畅。

4．施工用水、电施工时需保证混合料搅拌的用水量，要求所用的水对CFG桩混合料没有腐蚀性。施工用电根据施工工艺所采用的设备用电的总容量确定，目前国产设备每台用电量多在200kW左右。

5．施放桩位在CFG 桩施工前应根据设计图纸，确定建筑物的控制轴线，并将CFG桩的准确位置施放到CFG桩作业面上。施放的桩位应明显、易找、不易被破坏，如有些工地采用有一定直径和深度的白灰点来表示桩位。

（三）施工资料

施工前应准备下列资料：

（1）工程地质勘察报告。

（2）建筑物场地邻近的高压电缆、地下管线、地下障碍物及构筑物等调查资料。（3）地基处理方案。

（4）施工组织方案。

（5）CFG桩复合地基施工图。

（6）施工中各种记录、报审、报验表格。

四、CFG桩施工

（一）钻机就位

CFG桩施工时，钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1％。

（二）混合料搅拌

混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为：先装碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和外加剂，最后加砂。使水泥、粉煤灰和外加剂夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不应小于60s。在泵送前混凝土泵料斗、搅拌机搅拌筒应备好熟料。

（三）钻进成孔

钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进。一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于设计桩长，当钻头到达设计桩长预定标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。正式施工时，当动力头底面到达标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施工工作面的标高差异，作相应增减。在钻进过程中，当遇到圆砾层或卵石层时，会发现进尺明显变慢、机架出现轻微晃动。在有些工程，可根据这些特征来判定钻杆进入圆砾层、卵石层或其他坚硬土层的

（四）灌注及拔管

CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度控制在2～3m／min，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。若施工中因其它原因不能连续灌注，须根据勘察报告和已掌握的施工场地的地质情况，避开饱和砂土、粉土层，不在这些层内停机。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。

（五）移机

当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩排出的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需的桩位进行复核，保证桩位准确。

五、CFG桩施工中常见的问题及质量控制措施

（－）堵管

堵管是CFG桩成桩工工艺中常遇到主要问题之一。它直揍影响CFG桩的施工效率，增加工人的劳动强度，还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。产生堵管有如下几种原因。 1.混合料配合比不合理

当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时，混合料和易性不好，易发生堵管。因此混合料配合比要注意这两种材料的掺人量，特别注意粉煤灰掺量宜控制在60～80ke／m3。

2.混合料搅拌质量有缺陷

在CFG桩施工过程中，混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头达到钻杆芯管内。混合料在管线内是出圆柱体形状，借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线的。因此所设计的搅拌混合料必须确保混台圆柱体能顺利通过贝刚性管、高强柔性管、弯头达到钻杆芯管内。

坍落度太大的混合料，易产生泌水、离析，在管线内水浮到上面，在泵压力的作用下，水先流动，骨料和砂浆分离，摩擦力剧增，从而导致锗管。坍落度太小，混合料在输送管内流动性差，也容易造成堵管。

施工时坍落度宜控制在16～20cm，若混合料可泵性差，可适量掺人泵迭剂。搅拌好的混合料通过溜糟注入到混凝士泵储料斗时，需经一定尺寸的过滤栅，有时过滤栅不起作用，可能将混人到粗骨料中的大块石或片石漏人混凝土泵储料斗，泵送混合料时，大块石或片石可能在管线内或动力头内腔管处堵塞，造成堵管。

3．设备缺陷

弯头是连接钻杆与高强柔性管的重要部件，当泵送混合料时，弯头曲率半径以及弯头与钻杆的连按形式，对混合料的正常输送起着至关重要的作用。若弯头的曲率半径不合理，会发生诸管；弯头与钻杆垂直连接，也将发生堵管。混合料输送管无论是刚性管还是高强柔性管，若施工结束后清洗不彻底，管内会产生混合料结硬块体，会妨碍润滑砂浆流动，以至造成堵管。

此外，管接头不牢固，垫圈破损，也会导致水泥砂浆流失，造成堵管。有些生产厂家的钻机，钻头设计不合理，密封不严，在具有承压水的粗细砂中成桩时，承压水带着砂通过钻头间隙进入钻杆芯管。有时形成长达50cm的砂塞，当泵人混合料后，砂塞堵住了钻头阀门，混合料无法下落，造成堵管。在高水头下，钻头阀门进水，泵人混合料后，使混合料离析，在钻头阀门处形成碎石散体，堵塞阀门，也无法保证混合料从阀门处下落。4．冬施措施不当

冬季施工时，混合料输送管及弯头均需做防冻保护，一旦保温效果不好，常在输送管和弯头处造成混合料结冻，造成堵管。

冬施经常采用加热水的办法来提高混合料的出口温度。通常是直接用水加热储水巷，若水温控制不好，超过60度，也易造成赌管。

5.施工操作不当

钻杆进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆芯管及输送管充满混合料、介质等连续体后，应及时提钻，保证混合料在一定压力下灌注成桩。若注满混合料后不及时提钻，混凝土泵一直泵送。在泵送压力下会使钻头处的水泥浆液挤出，同样可使钻头阀门处产生无水泥浆的干硬少浆的混合料塞体，使管路堵塞。

（二）窜孔

在饱和粉土、粉细砂层中施工时常遇到打桩时相邻的桩互相串通。工程中称这种现象叫窜孔。

实践表明，窜孔发生的条件为：

（1）被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。

（2）钻杆钻进过程中叶片剪切作用对士体产生扰动。

（3）士体受剪切扰动能量的积累，足以使土体发生液化。

大量工程实例证实，当被加固士层中虽然有松散粉士、粉细砂，但没有地下水，施工未发现有窜孔现象；被加固土层有松散粉土、粉细砂且有地下水，但桩距很大，每根桩成桩时间很短，也了良少发生窜孔；只是在桩距较小，桩的长度大，成桩时间长，成桩时一次移机施打周围桩数量过多时才发生窜孔。鉴于此，工程中常用以下的方法防止窜孔：

（1）对有窜孔可能的被加固地基尽量采取大桩距的设计方案。增大桩距目的在于减少新打

桩对已打桩的剪切扰动，避免不良影响。

（2）改进钻头，提高钻进速度口

（3）减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打4排改为2排或1排。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。

（4）必要时采用隔桩。隔排跳打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。发生窜孔后一般采取如下方法处理：

当提钻灌注混合料到发生窜孔土层时，停止提钻，连续泵送混合料直到窜孔桩混合料液面上升至原位为止。对采用上述方法处理的窜孔桩，需通过低应变检测或静载试验进一步确定其桩身完整性和承截力是否受到影响，就作者在两个工程50余根桩的试验研究，低应变检测结果表明桩身完好，串桩静载试验检测承载力与其它桩相同，满足设计要求。

（三）钻头阀门打不开

施工过程中，发现有时钻孔到预定标高后，泵送混合料提钻时钻头阀门打不开，无法灌注成桩。阀门打不开一般有两个原因：

（1）钻头构造缺陷，如当钻头阀门盖板采用内嵌式时，有可能有砂粒、小卵石等卡住，导致阀门无法开启。

（2）当桩端落在透水性好、水头高的砂士或卵石层中时，阀门外除了土侧向压力外，主要是水的侧压力（水侧压力系数为1）很大，阀门内侧的混合料侧压力小于阀门外的侧压力，致使阀门打不开。对这一问题，可采用改进阀门的结构型式或调整桩长令桩端芽过砂土，进入粘性士层来避免这一情况发生。

（四）桩体上部存气

截桩头时，发现个别桩顶部存有空间不大的空心。主要是肺工过程中，排气阀不能正常工作所致。众所周知，空气无孔不入，钻杆成孔钻进时，管内充满空气，钻孔到预定标高开始泵送混合料，此时要求排气阀能正常将管内空气排出。若排气阀被混合料浆液堵塞，不能正常工作，钻杆内空气不能排出，就会导致桩内存在气体形成空洞。为杜绝桩内气体存在，施工时必须保证排气阀的正常工作并经常检查。

（五）先提钻后泵料

有些施工单位施工时，当桩端达到设计标高后，为了便于打开阀门，泵送混合料前将钻杆提拔30cm，这样操作存在下列问题：①可能使钻头上的士掉进桩孔；②当桩端为饱和的砂卵石层时，提拔30cm易使水迅速填充该空间，泵送混合料后，混合料不足以使水立即全部排走，这样桩端处的混合料可能存在浆液与骨料分开现象。这两种情况均会影响桩的桩端承载力的发挥。

六、清土及CFG桩桩头处理

（一）、弃土清运

CFG桩施工工艺不同，其清土内容也不同。在此主要讲述长螺旋钻管内泵压CFG桩施工清土。对长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺，清士包括CFG桩钻孔弃土清运和保护士层清运两部分，在CFG桩施工中，由于采用排土成桩工艺，其出土量取决于桩长和桩间距。在施工中及工清运打桩弃土是保证CFG 桩正常施工的一个重要环节，它可以减少施工中找桩位和设备就位的时间，提高工作效率。当场地土质在施工中存在窜孔可能时，及时清土便于施工监铡，容易发窜孔桩和采取措施；另外及时清运打桩弃土，场地内废弃的混合料强度较低，亦可减轻清运的难度。打桩弃士清运在很多工程来采用人工清运，人工清运可防止对桩体和桩间土产生不良影响。

人工清运的方法有如下几种：

（1）人工将弃土装人小椎车上，用升降机将弃土运至基坑上。

（2）人工将弃土装人大料斗，用吊车将弃土运至基坑上。的小挖掘机将弃土装人小运土车中，通过坡玻道运至基坑上。对于CFG桩桩长较长、处理面积较大的楼座。由于采用人工清运效率较低，可采用机械和人工联合清运，但必须遵循以下原则：（l）不可对设计桩顶标高以下的桩体造成损害。（2）不可扰动桩间士。

（3）不可破坏工作面的未施工的桩位。

施工时可采用下述方法：

（1）CFG桩施工完毕后在其混合料初凝后，人工将桩身保护桩长的大部分挖除，或使其与桩身断开，一般贸下30。m的保护桩

（2）采用挖掘机清运弃土，挖掘机进入处理范围内禁止在打工作面行走，行走时还必须用打桩弃土在打桩工作面再铺行走垫层，垫层面到桩顶不得小于1m。

（3）挖掘机工作时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动打桩工作面以下的保护士层。

（4）运士车辆梦止进入处理范围内，由挖掘机将场地弃土倒至基坑边后，再装人运士车运走。

打桩弃土清运完毕后，其下50cm的保护士层采用人工开挖，清除保护土层时不得扰动基底土，防止形成橡皮土。施工时严格控制标高，不得超挖，更不允许超挖后自行回填。（二）桩头处理

保护土层清除后即进行下一道工序，将桩顶设计标高以上桩头截断。截桩具体方法如下：（1）找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断。严禁用钢钎向斜下方向击打或用一个钢钎单向击打桩身或虽双向击打但不同时，以致桩头承受一定的弯矩，造成桩身断裂。最好用截桩机截桩。

（2）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）如果在基槽开挖和剔除桩头时造成桩体断至桩顶设计标高以下，则必须采取补救措施。假如断裂面距桩顶较近，可接桩垂设计桩顶标高。方法如图八所示。注意在接桩头过程中保护好桩间士。

图八接桩头示意图

七、施工检测及验收

（一）、施工检测

CFG桩施工完毕，一般28天后对CFG桩和CFG桩复合地陇检测，检测包括低应变对桩

身质量的检测和静载荷试验对筋的检测，静载荷试验多采用单桩或多桩复合地基，根据码实验结果评价复合地基承载力，亦可采用单桩载荷试验，通过计算评价复合地基承载力。

检测数量：静载荷试验数量取CFG桩总桩数的O.5%～1.0%，但不少于3点；低应变检测数量一般取CFG桩总桩数的10%。选择试验点时应本着随机分布的原则进行选择。挑选施工施工质量差的桩，或者为了检测方便将所有试桩集，集中在一个区域的选桩方法，都不能体现随机分布的原则

1．CFG桩的检测

CFG桩低应变检测桩身质量评价分为四类：

Ⅰ类桩：完好桩；

Ⅱ类桩：有轻微缺陷，但不影响原设计桩身结构强度的桩：

Ⅲ类桩：有明显缺陷，但应采用其它方法进一步确认可用性的桩；

Ⅳ类桩：有严重缺陷或断桩。

2．CFG桩复合地基的检测

CFG桩复合地基属于高粘结强度桩复合地基，载荷试验具有其特殊性，试验方法直接影响对复合地基承载力的评价。对此，试验时按JGJ79－91《建筑地基处理技术规范》“复合地基试验要点”执行的同时，还需注意以下几点：

（1）褥垫层的厚度与铺设方法。试验时褥垫层的底标高与桩顶设计标高相同，褥垫层底面要求平整，褥垫层铺设厚度为6～10cm，铺设面积与载荷板面积相同，褥垫层周围要求有原状土约束。

（2）当p－S曲线不存在极限荷截时按相对变形值确定复合地基承载力，取升b＝0.01对应的荷载作为CFG桩复合地基承载力标准值。

（二）、CFG桩复合地基施工验收

CFG桩复合地基验收时应提交下列资料：

（1）桩位测量放线图（包括桩位编号）。

（2）材料检验及混合料试块试验报告书。

（3）竣工平面图。

（4）CFG桩施工原始记录。

（5）设计变更通知书、事故处理记录。

（6）复合地基静载试验检测报告。

八.褥垫层的设计与施工

近年来,由于CFG桩复合地基具有成本低、污染小、工作机理可靠、施工速度快等特点,在复合地基领域得到了越来越广泛的应用。而CGF桩复合地基通过褥垫层的设置充分发挥桩间土承载力,极大提高了CGF桩在复合地基的高承载力性能和抗变形性能,有效降低了工程造价。

1褥垫层的作用

1.1保证桩与桩间土共同承担外荷载

CFG桩属于刚性桩,与桩间土属于两种模量差别很大的材料,而复合地基在刚性基础下等量变形时,地基应力将按材料变形模量(即刚度)进行分布,因此,桩顶范围内应力集中,并随荷载的增加而加剧,而桩间土的承载力却难以发挥。而铺设一定厚度的褥垫层后,基础荷载通过褥垫层向桩间土扩散,桩体承担竖向荷载的比例得到调整,由此产生桩体与桩间土共同承担上部荷载的作用。CFG桩复合地基不设置褥垫层与设置一定厚度的褥垫层,其桩间土承担荷载的情况有明显区别。当褥垫层厚度H=0时,桩和桩间土的工作情况与桩基类似,在给定荷载下,桩承受较多的荷载,随着时间的增加,桩就会产生一定的沉降,荷载逐渐向土体转移。对H=0时,

当桩端落在坚硬密实土层上或岩石上时,桩的沉降很小,桩上荷载向桩间土转移的数量很小,桩间土承载力很难发挥。对H=0时,当桩端落在一般土层上时,基础在承受外荷载后,随着时间的延长,基础和桩的沉降变形不断增加,桩间土分担的荷载不断增加,桩承担的荷载相应减小。当褥垫层厚度H>0时,即当基础和桩之间设置了一定厚度的褥垫层时,基础承受外荷载后不论桩端落在何种土层上,桩和桩间土都要发生沉降变形,由于桩身变形模量远比桩周土的变形模量大,因而桩比土的变形小得多。此时,桩可以向上刺人褥垫层,伴随这一过程,垫层材料不断调整补充到桩间土上,以保证基础始终将一部分荷载传到桩间土上,即可保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。根据大量测试结果表明,尽管桩顶及桩周土表面的变形在不断增加,但桩顶应力和桩间土表面应力始终保持常量。

1.2调整桩和桩间土垂直荷载分担比

1.3调整桩和桩间土水平荷载分担

CGF桩主要是用来传递垂直荷载的,由于CGF桩桩身不配筋,则CGF桩复合地基如何克服

水平荷载。当褥垫层厚度H=O时,基础受垂直荷载和水平荷载Q作用,根据前文描述,此时桩在垂直荷载作用下,桩的荷载分担比占,很大,而土的荷载分担比占很小。同时,无筋低标号混凝土具有一个共性:当桩顶为自由单桩承受水平荷载作用,即桩顶不承受垂直荷载作用时,单桩承受水平荷载的能力很小,当桩上作用有垂直荷载时,桩抵抗水平荷载的能力要比自由单桩的能力大得多。

1.4减小桩顶对基础底面的应力集中

当褥垫层厚度H=0时,CGF桩对基础底面的应力集中与钢筋混凝土桩对承台或桩上基础的

应力集中现象类似,需要考虑桩对基础的冲切破坏。当H>0并大到一定数值时,基底压力分布形式与作用于天然地基的压力分布类似。

1.5减小地基沉降变形作用

从理论上讲,褥垫层不属于桩体加固范围,但属于地基压缩层范围。在地基沉降计算中把褥垫层作为压缩层的第一层土看待,可减小沉降计算值。采用分层总合法计算,把褥垫层作为一层土单独计算与合并到原土层中计算,其沉降量计算结果有一定的差别,原因是褥垫层的压缩模量比天然土的压缩模量要大得多,尽管天然土压缩模量进行了调整,而褥垫层并未进行调整。

1.6提高单桩加固面积,降低施工成本

合理铺设褥垫层,调整桩土荷载分配比例,采取“大桩距,高桩长,桩尖落在好土上”,一直是我们进行布桩设计的理论依据,在二十几项高层建筑的地基处理工程中,基础最终沉降量均未超过控制标准同时还降低了施工成本。

2.褥垫层厚度设计应考虑的因素

从前文中可以看出,褥垫层的作用与其厚度密切相关,褥垫层作用发挥得如何,关键在于其厚度的取值,《建筑地基处理技术规范》中明确指出,褥垫层厚度不宜大于30cm,至于取值多少,如何取值,应从下面几个方面考虑。

2.1桩间土的性质

对于中高灵敏度土,应适当加厚褥垫层,防止褥垫层施工时造成“橡皮土”;对于承载力较低的桩间土,褥垫层铺设不宜太厚,以使桩体更多地承担荷载;对于承载力较高的桩间土,褥垫层铺设应适当加厚,以让桩间土多分担荷载,减少桩的应力集中。

2.2置换率大小

置换率小,则单桩承担荷载大,为发挥桩间土的承载作用,褥垫层应适当加厚;反之,应予降低。

2.3桩端土的性质

当密实或坚硬土层作为持力层埋藏较深,桩端难以落人该层时:在需处理深度范围内土层物理力学性能指标较好时,应选取厚度偏大的褥垫层来减少桩数,充分利用桩间土的承载力来达到降低工程造价的目的,该方法为降低桩土应力比值法;在需处理深度范围内土层物理力学性

能指标较差时,应选取厚度中等偏大的褥垫层,在充分利用桩间土承载力的基础上,适当增加桩数,充分利用桩的承载能力,在满足安全的前提下,尽量降低工程造价,该方法为适当提高矿井土应力比值法。

当密实或坚硬土层作为持力层埋藏较浅,桩端容易落人该层时:在需处理深度范围内土层物理力学性能指标较好时,应选项取厚度中等偏小的褥垫层,在充分利用桩间土承载力的基础上,尽量减少桩数,充分利用桩的承载能力,降低工程造价,该方法为适当降低桩土应力比值法;在需处理深度范围内土层物理力学性能指标较差时,应选取厚度偏小的褥垫层,在充分利用桩间土承载力的基础上,适当增加桩数,充分利用桩的承载能力,在满足安全的前提,降低工程造价,该方法为提高桩土应力比值法。

3．褥垫层施工质量的控制

(1)褥垫层材料采用砂石或碎石,最大粒径不超过20nnIl,并级配良好;不宜采用天然砂卵石。

(2)桩间土为中高灵敏度土或饱和土时,褥垫层进行静压密实,不得进行震动夯实。

(3)褥垫层铺设应保证桩顶以下30~50mm,即桩体嵌人褥垫层30~50mm。

(4)严格按下式计算控制褥垫层的夯填度: h=H/λ

式中: λ—夯填度,一般取0.87~0.9;

H—设计褥垫层厚度/褥垫层虚铺厚度。

(5)褥垫层施工前,桩间浮土必须清除干净;褥垫层底面应设在同一标高上,如深度不同,可挖成台阶或斜坡搭接,搭接处充分夯压密实,并按先深后浅的顺序进行。

(6)褥垫层分段施工时,接头处做成斜坡,每层错开0.5~1.om长度,并夯压密实。

九．结论

CFG桩复合地基能够广泛应用于各种建筑物结构类型和多种地质条件地层中,并取得了巨大的经济效益和社会效益,CFG桩复合地基的推广应用,主要因为它有如下优点:

（1）适应性强,任何建筑物的地驻处理均可采用;

（2）CFG桩复合地基的成本相对比较低,同时与之相对应的检测费用也比较少;

（3）工艺简单而且较成熟,施工速度比较快;

（4）CFG桩相对于其他散体材料桩强度较高,地接承载力提高幅度大。

十．参考文献

[1] JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S]

[2] 徐至钧.水泥粉煤灰碎石桩复合地基[M].机械工业出版社

[3 ] JGJ 79-2012 ,建筑地基处理技术规范[S]