cfg桩在湿陷性黄土地区的应用.doc

(CFGCFG 桩在湿陷性黄土地区的应用桩在湿陷性黄土地区的应用随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于其充分 利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛 的应用CFG 桩复合地基，能充分发挥 CFG 桩的高承载力性能和抗变形性能， 通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力一、基本原理一、基本原理CFG 桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层 建筑中CFGCFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称( (即即 Cement-FIyash-GravelCement-FIyash-Gravel pile)pile) 它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，使之具 有刚性桩的某些性状；一般情况下不仅可以全桩长发挥桩的侧阻作用，当桩端 落在好土层时也能很好地发挥端阻作用，从而表现出很强的刚性桩性状；CFG 桩和桩间士、褥垫层一起形成复合地基CFG 桩复合地基通过褥垫层与基础连 接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作由 于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力 大。

桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载 这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上 CFG 桩不配筋， 桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成 的褥垫层，是复合地基的一个核心技术基础下是否设置褥垫层，对复合地基 受力影响很大若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承 载能力难以发挥，不能成为复合地基对于 CFG 桩复合地基，当基础承受竖向 荷载时，桩和桩间土都要发生沉降变形桩的模量远比土的模量大，故桩比土 的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入伴随这 一变化过程，垫层材料不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载作用下桩 和桩间土始终参与工作，使桩、土共同承担荷载二、设计参数二、设计参数CFG 桩复合地基设计主要确定以下 5 个设计参数，分别为桩长、桩径、桩间距、桩长、桩径、桩间距、 桩体强度、褥垫层厚度及材料桩体强度、褥垫层厚度及材料1、桩长CFG 桩复合地基要求桩端落在好的土层上，这是 CFG 桩复合地基设计 的一个重要原则因此，桩长是 CFG 桩复合地基设计时首先确定的参数。

取决 于建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和设备能力等因素设计时应根据 勘察报告分析各土层，确定桩端持力层和桩长、并计算单桩承载力2、桩径 dCFG 桩桩径的确定取决于所采用的成桩设备，一般设计桩径为 350mm~600mm3、桩间距 s一般桩间距 s=（3-5）d，桩间距的大小取决于设计要求的复合地 基承载力和变形、土性与施工机具一般设计要求的承载力高时 s 取小值，但必须考虑施工时相邻桩之间的影响，就施工而言，希望采用较大的桩距和较长 的桩长，因此 s 的大小应综合考虑4、桩体强度原则上，桩体配合比按桩体强度控制，桩体试块抗压强度应满足 下式要求：fcu≥3Ra/Ap式中：fcu-桩体混合料试块（边长 150mm 立方体）标准养护 28d 立方体抗压强 度平均值（KPa）；Ra-单桩竖向承载力特征值（KN）；Ap-桩的横截面积（m2）5、褥垫层厚度及材料褥垫层厚度一般取 10~30cm 为宜，当桩径和桩间距过大 时，结合对土性的考虑，褥垫层厚度还可适当加大褥垫层材料可用粗砂、中 砂、碎石、级配砂石（最大粒径不宜大于 30mm）三、工程概况三、工程概况 某锅炉房占地 1075m2(43mx25m)，平面形状为长方形，主楼高 26.5m，局部楼高 30m，结构型式为框排架结构。

该场地经过平整，地形较平坦，地貌单元属巴公 盆地东部平缓黄土丘陵区，工程地质条件如表 1 所示表 1 工程地质物理力学指标土层名厚度/m承载力特征值 fak(KPa)极限侧阻力标准 值 qsk(KPa)极限端阻力标准 值 qpk(KPa) 素填土5.6~6.4 -15 黄土状粉质粘土5.5~6.995-10 粉质粘土0.5~1.724080450 粉质粘土0.9~1.817050400 粉质粘土4.0~5.026085500 粉质粘土2.1~3.819060 粉土4.0~5.630090 全-强风化泥质页 岩400115 中风化砂岩9003502500四、方案选择四、方案选择拟建场地地表以下 29m 为中风化泥质页岩，岩层较深，上部无较好的持力层 三层以上的素填土和黄土状粉质粘土层较厚，总厚约 13m，整个场地为自重湿整个场地为自重湿 陷性黄土场地，湿陷等级为陷性黄土场地，湿陷等级为 IIII 级场地虽然经过强夯，但处理深度不够，级场地虽然经过强夯，但处理深度不够， 6~11m6~11m 仍具湿陷性，剩余湿陷量大于仍具湿陷性，剩余湿陷量大于 150mm150mm，且承载力不能满足设计要求。

且承载力不能满足设计要求在设 计过程中，经过多方案比较，最终采用 CFG 桩处理地基，桩径 40cm，有效桩长 不小于 13m，桩身强度≥11.9MPa，设计要求复合地基承载力特征值设计要求复合地基承载力特征值 fspk≥250KPafspk≥250KPa考虑到场地已经过强夯处理，故 CFG 桩采用长螺旋钻成孔、管 内泵送混合料灌注成桩，能有效挤密桩周土；褥垫层采用级配砂石（最大粒径 不宜大于 30mm），厚度为 0.2m五、复合地基承载力的计算五、复合地基承载力的计算 结合工程实践经验，CFG 桩复合地基特征值可用下面的公式进行估算：fspk=mRa/Ap+β（1-m）fsk式中：fspk-复合地基承载力特征值（KPa）；m-面积置换率；Ra-CFG 单桩竖向承载力特征值（KN）；Ap-CFG 单桩的横截面积（m2）；β-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；fsk-处理后桩间土承载力特征值（KPa），宜按当地经验取值，如无经验 时，可取天然地基承载力特征值单桩竖向承载力特征值 Ra 的取值，应符合下列规定1、当采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数 2；当无单 桩载荷试验资料时，可按下式估算：Ra=up∑qsili+qpAp式中：up-桩的周长（m）；n-桩长范围内所划分的土层数；qsi-桩周第 i 层土的侧阻力特征值（KPa）,与土性和施工工艺有关，可 按地区经验确定，当无经验值时，可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》 GB50007 的有关规定确定；li-第 i 层土的厚度（m）；qp-桩端端阻力特征值（KPa），与土性和施工工艺有关，可按地区经验 确定，当无经验值时，可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007 的有关规定确定；Ap-桩的截面积（m2）。

2、经 CFG 桩处理后的地基，当考虑基础宽度和深度对地基承载力特征值进行修 正时，一般宽度不作修正，即基础宽度的地基承载力修正系数取零，基础埋深 的地基承载力修正系数取 1.0经深度修正后 CFG 桩复合地基承载力特征值 fa 为fa=fspk+r0(d-0.5)式中：r0-基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度；d –基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起CFG 桩复合地基承载力计算时需满足建筑物荷载要求，当承受轴心荷载时：Pk≤fa承受偏心荷载时，除满足上式外，尚应满足下式要求：Pkmax≤1.2fa式中：pk-相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（KPa）；pkmax –相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值 （KPa）六、复合地基沉降计算六、复合地基沉降计算在工程中，采用的沉降计算方法是复合模量法沉降计算采用《建筑地基基础 设计规范》（GB50007-2002）中的方法（沉降计算公式略），计算时复合土层 分层与天然地基相同，复合土层的模量取该层天然地基模量的 ξ 倍，如下图所 示ξ 复合地基的模量提高系数，ξ=fspk/fak沉降量计算从略七、检测结果分析七、检测结果分析1、复合地基静载荷试验根据设计要求和相关规范，复合地基静力载荷试验 3 点；复合地基检测点 所布置区域为长方形布桩，压板边长为 1.4mx1.45m。

载荷试验的最大荷载取设 计承载力特征值的 2 倍，即复合地基取 500KPa从 Q-S 曲线可以看出，复合地 基静载荷试验曲线均为缓变形曲线，无明显拐点根据《建筑基桩检测技术规 范》（JGJ106-2003），取 s/b=0.012(b 为方形压板的宽度)对应的荷载，其值 均超过最大加荷量的一半，因此取最大加荷量的一半作为 CFG 桩复合地基承载 力特征值从 3 个试验点的检测结果看，CFG 桩复合地基承载力特征值均大于 250kpa，复合地基承载力提高近 1 倍，满足设计要求2、单桩竖向抗压静载荷试验结果试验进行了 3 根 CFG 桩单桩静荷试验CFG 桩单桩极限承载力不小于 600KN，满足设计要求所有单桩在压至总加载量时，均未出现沉降急骤增大、 桩体破坏及累计的沉降量大于 60mm 的现象3、低应变桩身完整性检测本工程低应变检测 CFG 桩桩身完整性 40 根桩，检测比例为 10%所测的 40 根 CFG 桩，Ⅰ类桩 34 根，Ⅱ类桩 6 根，无Ⅲ类和Ⅳ类桩八、八、 结论结论1、CFG 桩属高粘结强度桩，它与素混凝土桩的区别仅仅在于桩体材料的构成不 同，而在受力和变形特性方面没有什么区别，从复合地基静压结果数据看，CFG 桩复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。

2、复合地基中由于 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，其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、 变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，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3、是否设置褥垫层以及垫层的材料和厚度，直接影响复合地基的桩和桩间土强 度的发挥，合理的垫层厚度对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利 的4、由该工程证明此种地基处理方案，质量易控制，造价低，经济、社会、环境 效益明显，在湿陷性黄土地区具有极大的发展潜力。