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1、CFG桩复合地基设计参数及加固机理CFG桩是近年来运用很广泛的桩,它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的,和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。用各种成桩机械制成的可变强度桩,称之为水泥粉煤灰碎石桩(cement flyash graval pile简称CFG桩),桩体强度等级为C5-C15。CFG桩是黏结强度桩,桩体强度高,弹性模量也很大,因而它可以在复合地基中充当很好的增强体。总之,CFG桩复合地基具有较高的承载能力、造价低廉、施工速度快和质量容易控制的特性,现广泛用于处理粘性土、粉土、砂土和已固结的素填土等地基。在工程的运用过程中,需要对CFG复合地基设计参数进行控制,并对其的作用
2、机理有一个明确的了解。 1 设计参数 1.1 桩径 CFG桩常采用沉管法进行施工,它的桩径d应根据桩管的大小而定,常用的振动沉管打桩机管径为377mm,所以一般桩径取350600mm。 1.2 桩距 桩距对地基承载力的影响很大,桩距小可以提高承载力。下面情况可以适当的选取桩距。对挤密性好的土,如砂土、松散土、粉土等,桩距可以适当的小点。对单双排布桩的条形基础和面积不大的独立基础,桩距可以适当的小点。反之,满堂布置的箱形基础、筏形基础以及多排布桩的条形基础等,桩距可以适当的大点。地下水位高、地下水丰富的建筑场地,桩距应该适当的放大些。 1.3 桩长 桩长的设计要能够满足地基承载力要求,现在科技发
3、达,可以利用一些先进的软件来进行桩长的试算,比如说里正软件。但要特别注意,当桩端有软弱层时,即使它能满足承载力要求,桩长也要穿过软弱层去。 1.4 褥垫层 褥垫层材料一般选用粗砂、中砂、级配碎石等,厚度一般在150300mm,但是当桩距和桩径较大时,褥垫层的厚度可以适当的填高一些。 1.5 桩体强度 CFG桩体强度一般按下时进行计算: CFG 桩单桩承载力 单桩承载力标准值。可采用类似于摩擦端承载力计算公式: P=(UITp+AR)/2 式中:U桩周长(m) I局部冲刷线以下有效长度(m) A桩底面积(m2) Tp桩壁土平均极限摩阻力(kPa) R桩尖处土的极限承载力(kPa) CFG 桩复合
4、地基的承栽力 CFG桩复合地基承载力的大小取决于桩土的置换率、上部土层和桩尖持力层的物理力学指标等因素。采用下列公式计算CFG桩复合地基的承载力标准值: fspk=mRa/Ap+(1-m)fsk 式中:fspk复合地基承载力特征值(kpa); M面积置换率: Ra单桩竖向承载力特征值(kN); Ap桩的截面积(m); B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0.750.95,天然地基承载力较高时取大值; fsk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。 1.6 桩的布置 桩的布置形式有正方形、矩形、等腰三角形、放射形等,我们要根据场地
5、的情况采用合适的桩型布置形式。 2 CFG桩的加固机理 CFG桩复合地基的加固机理主要可概括为以下六种:置换作用、排水作用、挤密作用、褥垫层作用、桩体作用和加筋作用。 2.1 置换作用 CFG桩复合地基就桩体和桩间土的材料特性而言,CFG桩泊松比要比原天然土的泊松比小,而桩体的强大和弹性模量又远远大于CFG桩间土,一般情况下CFG桩承担的荷载远大于桩间土,可见为了提高复合地基承载力可以采取置换的措施。复合地基置换作用的大小,主要取决于组成桩体的材料,高粘结强度桩的置换作用较大,而且加大桩长可使复合地基置换作用显著的得到提高。这是CFG桩和一般碎石桩的区别。所以说可以在其他条件不能增强增强承载力
6、的情况下,加大桩长。 2.2 排水作用 CFG桩桩体材料的渗透性与混合料中粉煤灰和水泥的用量有关,经大量的实验测试,CFG桩桩体的渗透系数一般在10-310-1cm/s范围内,而桩间土的自然土层的渗透系数一般在10-610-4cm/s,可见状体的透水性远比桩间土的大,CFG桩在处理饱和粉土和砂土地基的施工时,由于沉管和拔管的震动作用,会使土体内产生较大的超静孔隙水压力。刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道。孔隙水沿着刚完工的桩体向上排出,直至CFG桩体结硬为止。所以说CFG桩复合地基在成桩初期,桩体实际上已构成了固结排水通道,加速了桩周土的固结过程,桩体的排水作用效果非常明显。 2.3
7、挤密作用 CFG桩在施工过程中,由于沉管的震动作用,将会对桩间土产生扰动和挤密。特别是对高灵敏度土,会使其结构强度降低。CFG桩既可用于挤密效果差的土,又可用于挤密效果好的土。当用于挤密效果好的土时,承载力的提高具有挤密和置换双重作用;当用于挤密效果差的土时,承载力的提高只有置换一种作用。经过对CFG桩复合地基加固前后桩间土的物理力学性质指标的试验研究分析表明,桩间土的物理力学性质得到了较大提高,一般含水量降低14%19%,孔隙比降低13%以上,压缩系数减小11%52%,天然容重增加1.03%2.2%;但是对塑性指数高的饱和软粘土,成桩时土的挤密作用却是微乎其微的,几乎等于零,只有置换作用决定
8、了承载力的提高。与此同时还发现,在加固区范围内,CFG桩对粘性土或粉土的工程性质改善有较大的效果,但对于砂类土来说基本上是没有改变的,振密效果却是比较明显的。 2.4 褥挚层作用 保证桩、土共同承担荷载 由于桩体的刚性作用和土体的柔性作用,使得二者不能够同时承担上部路基传递的荷载,将会产生刺入变形。褥垫层的存在,可以很好的将荷载传递给二者,使他们共同承担荷载作用。 调整桩、土水平荷载的分担 CFG桩复合地基水平荷载作用实验研究表明,基础承受水平荷载时,垫层越厚,桩顶水平位移越小,即桩顶受的水平荷载越小;垫层越薄,桩顶水平位移越大,桩顶受到的水平荷载越大。 调整桩、土荷载分担比 褥垫层在调整桩、
9、土荷载分担比方面起了巨大的作用。实验表明,当荷载一定时,褥垫层越厚,土承担的荷载越多。当承受的荷载大到一定程度时,桩就会承担较大的荷载。 2.5 加筋作用 复合地基不但提高地基的承载力,增强土体作用,而且可用来提高土体的抗剪强度,因而可增加土坡的抗滑能力。这种人工复合的土体在增强地基方面给路基带来了很好的稳定作用。 3 结论 本文通过分析CFG桩设计参数、作用机理以及对单桩和复合桩承载力的计算,我们对CFG桩有了更全面的了解。褥垫层的设置是复合地基的一个核心技术,CFG桩复合地基的很多特性都与它有关。本文介绍了褥垫层的工作机理,及其合理的厚度。最后对CFG桩体的承载力给出了计算方法,桩端要穿过软弱层,保证桩体能够承担足够的承载力。当然了CFG桩不只是用于加固软弱的地基,对于较好的地基,若路基上的荷载较大,天然承载力不是足够,那么就可以用CFG桩来加强地基。所以说我们在施工中要根据施工规范,认真的控制CFG施工质量。