浅谈CFG桩在兰州原油储备库储罐基础1.doc

兰州交通大学毕业设计（论文）1 CFG桩概述1.1 CFG桩概况CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly–ash Gravel pile）的简称，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价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》和桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、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1/3～1/2，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和工业项目的地基处理中大量应用1.2 CFG桩的适用范围 CFG桩的适用范围很广。

在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用1.3 CFG桩的施工CFG桩的施工， 应根据现场条件选用下列施工工艺：　　1.3.1 长螺旋钻孔灌注成桩， 适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土. 　　1.3.2 长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩， 适用于粘性土、粉土、砂土， 以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地. 1.3.3 振动沉管灌注成桩， 适用于粉土、粘性土及素填土地基. 191.4 CFG桩-材料要求　　1.4.1 混凝土、混凝土外加剂和掺和料: 缓凝剂、粉煤灰， 均应符合相应标准要求， 其掺量应根据施工要求通过试验室确定. 　　1.4.2 严格按照配合比配制混合料　　1.4.3 长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度宜为160~200mm， 振动沉管灌注桩成桩施工的坍落度宜为30~50mm， 振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm. 　　1.4.4长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.2～1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。

1.5 CFG桩-其他注意事项1.5.1 冬期施工时混合料人孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施1.5.2 施工垂直度偏差不应大于1%；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm主要技术指标：根据工程实际情况，水泥粉煤灰碎石桩常用的施工工艺包括长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩、振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成桩主要技术指标为：地基承载力：设计要求；　　桩 径：宜取350－600mm；　　桩 长；设计要求，桩端持力层应选择承载力相对较高的土层；桩 身 强度：混凝土强度满足设计要求，通常≥C15；　　桩 间 距： 宜取3－5倍桩径；　　桩垂直度：≤1.5％；　　褥 垫 层：宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等，不宜选用卵石，最大粒　　径不宜大于30mm厚度150－300mm，夯填度≤0.9　　实际工程中；以上参数根据地质条件、基础类型、结构类型、地基承载力　　和变形要求等条件或现场试验确定2 工程简介 兰州原油商业储备库库址位于甘肃省兰州市，毗邻我国炼油化工基地兰州石化公司兰州地区是西部原油进入内地之后实现多方向、多用户供应的总集散地，依托兰州石化和兰-成管道，可实现原油、成品油向多个下游市场的辐射。

兰州库址建设10×104m3地上钢制双盘式外浮顶储罐17座，以及与之配套的电气、仪表、通信、给排水、消防、建构筑物等辅助配套设施本工程由中国石油天然气管道工程有限公司勘察设计，库区分为五个罐组， CFG桩地基地基处理面积约95965㎡3 工程地质及地下水概况3.1工程地质概况根据本次勘探揭露，场地地层结构较为简单，自上而下共划分为7个大层，分别描述如下： 第一层杂填土：杂色，土质极不均匀，以粉土为主，含大量碎石、水泥块和卵石等建筑垃圾，局部经人为压实，部分地段松散，并含少量煤渣等生活垃圾，厚度为0.30m～1.50m，层底深度为0.30m～1.50m，层底标高为1535.79m～1537.17m第二层黄土状粉土：黄褐色-褐黄色，稍密，散粒结构，土质比较均匀，局部含少量粘性成份，近粉质粘土，欠固结，厚度(包括夹层厚度)为2.20m～7.80m，层底深度为2.70m～5.80m，层底标高为1528.69m～1534.88m力学性质较差，承载力特征值fak=70 kPa第三层细砂：褐黄色，冲洪积成因，松散，饱和，散粒结构，颗粒稍细，近粉砂，主要矿物成份为石英及长石，砂质较纯，级配一般，厚度为0.40m左右，层底深度为4.30m左右，层底标高为1533.07m左右。

细砂土质均匀，承载力特征值fak=100kPa，力学性质较差第四层卵石：杂色，冲积成因，中密-密实，饱和，级配较好，粒径20mm-80mm，填充物以细砂为主，次为圆砾和砾砂厚度(包括夹层厚度)为0.80m～9.90m，层底深度为9.90m～15.20m，层底标高为1521.87m～1528.07m承载力特征值fak=450kPa，力学性质很好第五层强风化砂质泥岩：褐红色-砖红色，碎屑结构，整体块状构造，致密，主要成份以粘土矿物为主，厚度为3.80m～5.10m，层底深度为14.00m～15.80m，层底标高为1521.47m～1523.13m承载力特征值fak=380kPa第六层中风化砂质泥岩：褐红色-砖红色，碎屑结构，整体块状构造，致密，厚度为18.80m～20.40m，层底深度为33.70m～35.60m，层底标高为1501.59m～1503.38m承载力特征值fak=450kPa第七层微风化砂质泥岩：褐红色-砖红色，碎屑结构，整体块状构造，致密最大揭露厚度为16.00m，最大揭露深度为50.00m，最深揭露标高为1486.87m承载力特征值fak=500kPa3.2水文地质概况根据本次钻探揭露，场地地下水主要赋存于卵砾石或细砂层内，含水层平均厚度约5m左右，稳定地下水位埋深一般在2.40m～4.50m之间，稳定地下水位高程为1536.20m～1538.37m，属松散层孔隙微承压水，其下伏第三系砂质泥岩为隔水底板。

砂质泥岩中的砂质因胶结较好，其透水层可忽略不计场地地下水主要接受大气降水、农田灌溉水的入渗补给和南侧山地地下水径流的侧向补给，并向黄河排泄根据兰州地区相关抽水试验资料，结合勘察场地水文地质条件，综合分析给出卵砾石与砂层的综合渗透系数K值为0.22cm/t，影响半径R值为550m地下水动态变化规律，根据调查场区处年内丰水期和枯水期地下水位的变化幅度一般在1.00m～2.00m之间场地土对混凝土具有弱腐蚀性，地下水对混凝土具有中等腐蚀性4 地基土层性状分析与基础选型地表土层为新近填土，堆填的时间较短，尚未完成自重固结；其下黄土状粉土欠固结、孔隙大、压缩性高、干强度低，地下水位以上具非自重湿陷性，该层承载力满足不了储罐基础荷载要求细砂层因冲洪积成因，松散，饱和，散粒结构，厚度不均匀该层承载力也满足不了罐基础荷载要求卵石层因冲积成因，中密-密实，饱和，级配较好，骨架颗粒为亚圆状该层密实、厚度较大、层位稳定选择该层为桩端持力层强风化土层层位稳定，埋藏深，承载力高通过上述对场地地基土层性状的分析可知，本工程若采用钻孔灌注桩，虽能取得较高单桩竖向承载力，但成桩质量较难控制，施工速度极慢，出现泥浆污染，且造价较高；采用震动成管灌注桩，由于该场地卵石层密实、承载力高，该工艺施工难度大，因属挤密工艺，桩间土被破坏，造成场地地表标高抬高，施工质量不易控制，工效非常低；采用预制桩工程造价高，工期长，因属挤密工艺，桩间土被破坏，造成场地地表标高抬高，二次固结周期长。

且由于卵石层顶板起伏较大，造成桩长不一，给后续施工带来工作难度和成本增加本工程采用CFG桩，工效高，能适应卵石层的层位起伏，成桩质量容易保证，没有污染，工程造价适中，该工艺是合理而经济的选择5 CFG桩的设计根据场地工程地质勘察报告揭露地层，可看出兰州地区非常适合采用CFG桩工艺进行地基处理5.1桩端持力层的选择处理深度：根据罐体的荷载及场地地层情况，第四卵石层密实，厚度较大，承载力高，设计选择CFG桩桩端持力层为第四卵石层，施工时桩端进入该层深度不小于1.0m若贯穿卵石层后遇到细砂层，应继续贯入，并进入下部卵石层1.0 m可充分发挥CFG桩桩身强度高的优点，提高处理后的复合地基承载能力，从而也就保证了罐体的基础承载力、稳定性和安全性处理范围：储罐基础环梁外边缘2.675 m，布置两排护桩桩体材料强度等级为C20，采用32.5#抗硫酸盐水泥；桩径420㎜，桩间距为1.2 m，罐中间部分为正方形布置，边缘部分为环向布置；施工桩顶标高高出设计桩顶标高不少于0.5 m设计桩顶设置300㎜厚褥垫层，采用最大粒径不大于30㎜的级配碎石，夯填度（夯实后的厚度与虚铺厚度的比值）不大于0.90加固后的10×104m 3储罐基础地基承载力特征值不小于250KPa。

5.1.1单桩竖向承载力的取值根据工程地质勘察报告中有关经验公式计算及当地的静载试验资料，设计单桩竖向极限承载力标准值的取值，桩径Ф420mm，单桩极限承载力确定为330KN6 CFG桩施工工艺CFG桩复合地基，通过改变桩长增加摩擦力、桩距、褥垫层厚度等调整复合地基的承载力CFG桩常用的成桩施工方法由振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩两种方法，兰州原油商业储备库选用施工方法为长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩，施工工艺如下：表6.1：施工工艺流程表场地平整定位放线桩机就位钻孔至设计深度商砼或拌和混合料混合料混合料混合料泵送CFG桩混合料（）混合料注满螺旋杆后边泵送边提拔钻杆，提拔钻杆的速度与泵入混合料的速度相匹配，直至地表移位施工下一根桩，直至打完全部CFG桩土方开挖，截桩CFG桩复合地基检测验桩、验槽褥垫层施工及验收清楚弃土CFG桩复合地基验收6.1场地平整 施工前应对施工场地进行平整，对施工区域原始地面标高超平，清除场地内树木等杂物，区域内高差较大时设计好纵、横坡坡度用推土机整平，并进行碾压，整平后的场地标高不得低于设计桩顶标高700㎜6.2测量定位 定位前将施工区域进行划分,并将每根桩进行编号,绘制桩位分布图,编制施工方案,明确施工先后顺序,定机定人管理。

桩定位测量时，CFG桩的数量、布置形式及间距必须符合设计要求遵循从中心向外推进定点放线，或从一边向另一边推进定点放线的原则不宜从四周转向内推进施工罐区中心点设定后，根据设计图纸逐一放。