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1、毕 业 论 文CFG桩复合地基技术及工程实践专专业名称：建筑工程技术年年级班级： 建筑0901班 学学生姓名：朱林指指导教师：宋树志山东工业职业学院2012年 06 月 02 日14摘 要随着 CFG桩复合地基在全国范围内推广及应用, CFG 桩复合地基技术在我国的基本建设中起了非常重要的作用，从建筑到道路、煤矿均得到普遍应用。特别是近几年，该技术在北方地区的高层建筑地基处理中得到应用，使得 CFG桩从设计到施工已积累了大量实践经验。 本工程采用 CFG桩对地基土进行加固处理，施工工艺为长螺旋成孔管内泵压灌注CFG桩混合料成桩。取得了很好的加固效果。由于本人水平相当有限，在设计中难免有错误和不
2、足，敬请老师和同学指导纠正。1. 地基处理技术发展现状 地基处理是古老而又年轻的领域。灰土垫层基础和短桩处理在我国应用历史悠久，可追溯到数千年前。而大量进行的地基处理技术是伴随现代文明而产生的。近几年来，国内外在地基处理方面发展十分迅速。老方法不断改进，新方法不断涌现，目前国内外已有的方法多至百种以上。 就地基处理而言，按其原理和做法的不同可分为以下四类： （1）排水固结法。利用各种方法使软粘土地基排水固结，从而提高土的强度和减小土的压缩性。 （2）振密、挤密法。采用各种措施，如振动、挤密等，使地基土体增密，以提高土的强度，降低土的压缩性。 （3）置换及拌入法。以砂、碎石等材料置换软土地基中部
3、分软土，或在松软地基中掺入胶结硬化材料，或向地基注入化学药液产生胶结作用，形成固体，达到提高地基承载力、减小压缩量的目的。 （4） 加筋法。通过在地基中埋设强度较大的土工聚合物，以达到加固地基的目的。 2.CFG桩复合地基2.1 CFG桩复合地基简介 水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩。它是在碎石桩的基础上加进一些石屑，粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，和桩间土、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，无论桩端座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。因此垂直承载力世纪首先是将土的承载力能力充分利用，不足的部分由CFG桩来承担。由于CFG
4、桩复合地基置换率不高，基础下桩间土承受的荷载是一个不小的数值。总的荷载扣除桩间土承担的荷载，才是CFG桩应承担的荷载。显然与传统的桩基设计相比，桩的数量可以大大减少，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为参加料，大大降低了工程造价。 特别是近10年来，该技术已在南方地区的软基处理中应用，仅就南方地区近几年的不完全统计，已有多条线路的地基处理采用了CFG桩加固技术。由于CFG桩复合地基技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，目前已成为铁路、工民建应用最普遍的地基处理技术之一。CFG 桩的骨干材料为碎石，用以改善桩体级配，增强桩体强度；粉煤灰有降低低水泥标号的作用，
5、又可使桩体具有明显的后期强度。这种地基加固方法吸取了碎石桩和水泥搅拌桩的优点，其一，施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单，与碎石桩相比，无场地污染，振动影响也小；其二，所用材料仅需少量水泥，便于就地取材；节约材料；其三，受力特性与水泥搅拌桩类似。 CFG 桩复合地基一般适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基；既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。目前国内许多工程都采用了CFG 桩复合地基进行地基加固，取得了很好的工程效果和经济效果，具有很好的应用前景。2.2 CFG桩工程特性 2.2.1 承载力提高幅度大，可调性强CFG桩桩长可以从几米到20多米，并且可全桩长发挥
6、桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分并可在40%75%之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。2.2.2使用范围广在砂土、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。 2.2.3 刚性桩的性状明显CFG桩像刚性桩一样，可全长发挥侧阻，桩落在好的土层上时，具有明显的端承作用。2.2.4 桩体的排水作用就震动沉管CFG桩而言，当CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的震动，会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水层较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩
7、体结硬为止。这样的排水过程可以延续几个小时。2.2.5 时间效应单就利用振动沉管机施工时，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，会使结构破坏、强度降低。施工结束后，随着恢复期饿增长，结构强度会有所恢复。2.2.6 桩体强度和承载力的关系当桩体强度大于某一数值时，提高桩体强度对复核地基的承载力没有影响。2.2.7 复核地基变形小 2.3 CFG桩复合地基的特点CFG桩具有高强度、大桩距、大桩长的特点；桩身强度等级多在C5-C25之间，桩距一般为1.53.0米,桩端要求一定要打入持力层。CFG桩以其施工工艺简单，操作方便，复合地基承载力高,沉降量小,具有广泛适用性和推广意义。CFG桩不需要
8、排泥浆,不污染环境,成桩速度快。混合料具有一定的粘结强度和良好的和易性,使其在振动沉管的过程中不易离析,能保证桩身质量。CFG桩体内不设钢筋笼，可节约大量钢材。混合料易就地取材，沉降变形小及费用低，在软弱地基处理中得到了广泛的应用。 2.4 CFG桩的加固机理2.4.1挤密作用当CFG桩采用振动沉管成孔时，由于桩管振动和侧向挤压作用使桩间土得到了挤密，提高了桩间土的承载力。2.4.2置换作用CFG桩具有一定的粘结强度，设计上一般按C15C25混凝土强度设计，在上部荷载作用下桩身压缩性明显比周围土体小。复合地基载荷试验结果表明，在荷载作用下首先是桩体受力，表现出比较明显的应力集中现象，其桩土应力
9、比可达到1030，甚至更高，这一点是其它散体材料桩无法比拟的，复合地基强度较高。2.4.3桩体作用CFG桩属于刚性桩，它和桩间土共同作用，即具有复合地基的特点，也具有桩基的某些特征，在加固区范围内桩身的变形控制复合地基的变形，变形量很小。2.5 CFG桩荷载传递机理 CFG桩复合地基，当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形。桩的强度及模量远比桩间土的大，桩的变形远比桩间土的变形小。但由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩体除向下刺入外，还可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层材料的流动补偿使之不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与共同工作。 当CFG桩复合地基承受水平
10、荷载时，由于一定厚度的褥垫层的存在，作用在桩顶和桩间土上的剪应力相差不大，桩顶受的剪力占水平荷载的比例大体与面积置换率相当，即此时桩受的水平荷载很小，水平荷载主要由桩间土承担。试验表明，褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。2.6 CFG成桩基本原理 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。2.7褥垫层作用褥垫层是桩顶和基础底之间加一层散体材料，若褥垫层厚度过小，桩间土承载能力
11、不能充分发挥，厚度过大，桩承担的荷载太小，复合地基中桩的设置又失去意义。按规范规定，褥垫层厚度宜取150300mm。 褥垫层的作用如下: （1）使桩、土共同承担竖向荷载 褥垫层设置后，能使桩体的顶部和桩端都有上下刺人变形条件，在给定荷载作用下，桩承担较多的荷载，随着时间增长，桩产生一定沉降，荷载逐渐向桩间土体转移，即使桩端地基士很好，桩端变形小，但桩顶也有向褥垫层刺人条件，所以有了褥垫层能保证桩土较好的共同承担外荷载;(2)减小基础的应力集中 当褥垫层厚度趋于零时，近似钢筋混凝土桩和承台的作用，这时承台基础要验算冲切承载力。加了褥垫层后起到扩散应力作用，同时桩顶和桩间土应力之比值显著降低，随着
12、荷载增加应力比趋于一常数。(3)使基础底面压力分布更均匀 通过散体褥垫层的调整，随着荷载增加或变化，能使基底压力更均匀分布。(4)抗水平力作用 类似地震作用的水平荷载，CFG桩复合地基主要是通过基础与褥垫层之间的摩擦力和基础侧面土压力承担，褥垫层又是散体结构，所以传递到桩体的水平力较小或为零，这就是桩体可不配筋的缘由。2.8桩基质量检验CFG桩施工结束后，由专业的桩基检测公司进行桩基质量检验，包括单桩复合地基承载力检验和桩基完整性检验。一般每幢楼抽检3根桩进行复合地基静载荷试验，采用堆载慢速加载试验法确定单桩复合地基承载力特征值。抽检20 %左右的桩进行低应变反射波试验，进行桩身结构完整性检验
13、。其原理就是将桩看作一维杆件，利用弹性波在一维杆状介质中传播的频率及振动的相位特性，即在桩顶击发一瞬时冲击力后，便有弹性波沿桩身向下传播，当传播至桩的波阻抗变化处（如桩的截面变化、介质密度变化）将产生波的反射和透射，据此判断桩是否存在缺陷，如裂缝、断桩、缩径、砼离析等。2.9 CFG桩应用中存在的问题及预防措施2.9.1 桩体裂缝桩体裂缝一般发生在浅部，离桩顶1 m左右。产生裂缝的原因主要有：凿桩头时作业人员无经验，施工方法不当，用大锤横向锤击，力量太大；桩间土采用机械挖土，开挖过程中机械碰撞桩体；成桩后桩体附近机械行走挤压，桩体尚未达到一定强度，易产生裂缝；桩顶砼密实度不够也易产生裂缝。因此
14、，在施工过程中，凿桩头时用力不可过大；尽量采用人工开挖桩间土；成桩后在桩体尚未达到一定强度时尽量避免桩体附近的机械行走。2.9.2 缩径或断桩采用振动沉管法施工时，拔管速率太快易造成缩径或断桩。施工过程中无论是振动沉管还是振动拔管都将对周围土体产生扰动或挤密。施工振动可使土体密度增加,场地发生下沉;不可挤密的土则要发生地表隆起,桩距越小隆起量越大,以至于导致已打的桩产生缩径或断桩,桩距越大施工质量越容易控制。因此在桩基设计时布桩应合理,桩距尽量控制在大于4倍桩径。如设计上无法保证足够的桩距，为防止施工过程中造成缩径和断桩，一般情况下都应严格执行“隔排隔桩跳打”施工顺序。采用管内泵压施工工艺时，
15、提钻速率不合适也易造成缩径或断桩。提钻速率太快，而泵送混合料没有跟上，不连续泵送，将造成桩径缩小和断桩；提钻速率过低，常出现高压管路堵塞甚至管路崩开等故障，易使泵送质量降低并进一步造成桩身砼质量缺陷，进而产生断桩。2.9.3 桩身砼离析离析桩多是在搅拌砼环节造成的，必须经常检查砼的坍落度，不符合要求的砼禁止使用。一般坍落度应控制在160200mm。坍落度太大，易造成泌水、离析，泵压作用下，骨料与砂浆分离。提拔钻杆中没有连续泵料，特别是在饱和砂土、饱和粉土层中停泵待料，易造成混合料离析。3 .CFG桩工程设计施工实例3.1工程概况及特点3.1.1工程简介：拟建为万科长阳半岛项目北京四中长阳校区工
16、程，拟建工程由于基础持力层为粉质粘土、粘质粉土、重粉质粘土、1、3等层，承载力标准值为70-120Kpa，不能满足结构设计要求的地基承载力标准值及规范沉降要求，故需要进行地基处理，根据本工程的有关资料及规范，拟采用CFG桩对地基进行加固处理。3.1.2工程地质、水文特点拟建项目地貌上属于永定河冲积扇中部，地形基本平坦，目前场地内杂草丛生。地面标高为43.15m44.42m。地层划分为人工堆积层、新近沉积层及第四纪沉积层3大类，并根据地层岩性及工程性质指标划分为6个大层及亚层。表层为一般厚约0.401.70m的人工堆积之砂质粉土填土、粘质粉土填土层及房渣土1层。人工堆积层以下为新近沉积层：标高4
17、2.08m43.61m以下为细砂、粉砂层，砂质粉土、粘质粉土1层，粉质粘土、粘质粉土2层及粘土、重粉质粘土3层；标高37.96m39.98m以下为粉质粘土、粘质粉土层，粉质粘土、重粉质粘土1层，粘质粉土、砂质粉土2层，有机质粘土、有机质重粉质粘土3层；新近沉积层以下为第四纪沉积层：标高34.06m36.57m以下为卵石、圆砾层，细砂、中砂1层及圆砾、卵石2层及粉质粘土、粘质粉土3层；标高24.58m28.43m以下为粘质粉土、砂质粉土层，粉质粘土、重粉质粘土1层及粘土、重粉质粘土2层（该大层局部缺失）；标高23.37m26.61m以下为卵石、圆砾层，中砂、细砂1层。本工程岩土工程勘察期间（20
18、11年7月下旬及12月中旬）于钻孔中实测到2层地下水。第1层地下水静止水位标高为39.21m40.09m（埋深3.30m4.80m），地下水类型为潜水，该层地下水仅在拟建综合楼中南部及宿舍楼西北角揭示；第2层地下水静止水位标高为32.41m33.91m（埋深9.50m11.60m），地下水类型为潜水。本场区内仅南部揭露的第1层潜水主要受周围施工、居民生活排水及大气降水入渗、地下水侧向径流等方式补给，以蒸发及地下水侧向径流等方式排泄。工程场区第2层潜水天然动态类型属渗入-径流型，主要接受大气降水入渗、地下水侧向径流等方式补给，以蒸发及地下水侧向径流等方式排泄，其水位年动态变化规律一般为：8月份1
19、0月份水位较高，其它月份水位相对较低，其水位年变化幅度一般为1m2m。 详细情况参见本工程岩土工程勘察报告。3.2 褥垫层的设计3.2.1褥垫层设计参数（1）褥垫层厚度为20cm厚的碎卵石；（2）A座楼褥垫层顶标高为41.35m、底标高为41.15m。（3）褥垫层的材料为：采用碎卵石粒径在5-20mm范围内；（4）褥垫层施工要求：采用平板震动器，进行往复震动不少于三遍；（5）夯实密度：D=0.9（虚铺22.0cm，压实为20.0cm），必须满足有关垫层做法的规范。4 复合地基（CFG桩）施工组织方案 4.1复合地基（CFG桩）施工组织设计方案编制依据 1、建筑地基处理技术规范 JGJ79-91
20、 2、建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 3、建筑桩基技术规范 JGJ94-94 4、X地区建筑地基基础勘察设计规范 DBJ01-501-92 5、水泥粉煤灰碎石桩（CFG）复合地基技术规范 Q/TY06-1997 6、高层建筑岩土工程勘察规范 JGJ 72-90 7、基桩低应变动力检测规程 JGJ/T93-95 8、建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202-2002 9、混凝土泵送施工技术规程 JGJ/T10-95 10、建设工程监理规程 GB50319-2000 11、建设工程监理规程 DBJ 01-41-20024.2 CFG桩施工工艺采用长螺旋钻机成孔、管内泵送混合
21、料成桩的工艺，其优点是施工设备简单、施工方便、振动小、噪音低、无环境污染、施工工期短、效率高，施工时每套设备应保证不小于150KW的电力供应。工期单栋楼26天, 具体参见CFG桩施工工艺流程图。再现有施工条件下，抓紧时间组织施工。施工人员分班作业，雨雪天气后创造施工条件，条件形成，立即组织开钻，钻机的易损件提前备至现场，缩短机具修理时间。现场三通一平、设备进场测量放线定桩位质 检钻 机 就 位钻进到设计深度商品砼泵送混凝土到设计标高质 检 养 护测量到设计标高、凿桩头15天后进行检测4.3 CFG桩施工准备1.熟悉建筑场地的资料，地勘报告书、CFG桩布桩图、临近的高压电缆、管线等资料、建筑物场
22、地的水准控制点和建筑物位置控制坐标等资料。2.场地平整，施工用水、电接至基槽边。根据施工的要求接好电源及水源，提供施工用电每套设备不少于150KW，提供不少于30t/h的水源。3.提供施工车辆进出厂道路畅通。4.考虑钻机施工作业面，基槽底线应外放0.8m(以甲方要求和监理验线为准)。5.由于桩顶设置20cm褥垫层，因此土方开挖时，留0.5m的原状土保护层。6.总包单位提供基础边轴线控制点及高程控制点，为我方地基处理进行桩位放线复合及测定桩顶标高提供依据。4.4 CFG桩施工技术方法4.4.1桩位布设及质量要求根据CFG桩施工桩位图及建设方提供的轴线为基准线进行布设桩位，经监理验收合格后，用钢纤
23、打入地下30cm-50cm后,注入石灰粉并用卫生筷插入孔中以做标记。4.4.2成桩工序的质量要求 桩长允许偏差 +100mm；桩径允许偏差 -20mm； 垂直度允许偏差1.5%；桩位允许偏差0.40d。4.4.3 CFG桩施工工艺要求（1）严格按照本工程地基处理的设计方案要求，保证桩长达到设计要求；每一次正式钻孔前，应用水平仪或采用吊线锤的方法确实钻杆的垂直度，并保证钻杆的垂直度满足设计的要求。（2）混凝土采用商品砼，砼坍落度控制在200-220mm范围内,然后使用HBT60型泵将混凝土压灌入孔内。使用时，泵工应密切注意各个仪表，确保泵压达到正常。（3）混合料下到孔底后，每打一次泵钻具提升20
24、cm25cm，并始终使钻头埋入混合料下面0.5-1.0m左右，以防断桩。（4）提钻与泵送配合每次钻进至标高后，司钻应先将钻具提升20cm30cm,以利于钻头上活门打开，同时通知泵工打泵。现场设有专职人员负责司钻与泵工的联系。（5）首盘料灌注前，因管道比较干燥，混合料容易失水，堵塞管道，因此灌注前应先使用砂浆润滑管道，然后再泵入混合料。（6）灌浆过程中若达不到设计标高时应及时处理，若混合料超出地下水位，则采取从孔口补灌的方法，若混合料低于地下水位，补灌时泵送管应插入混合料液面下0.5m，确保不断桩。（7）桩头处理CFG桩施工完毕，待桩体达到一定强度(一般37天左右)，方可进行开槽，槽底余土清理时
25、（采用机械或人工清除桩间土及桩土）确保不碰断桩体及不扰动桩间土。剔除桩头用人工完成，桩顶应修平，严禁出现斜面、裂缝；如因剔桩导致桩头混凝土出现裂缝、缺口，应严格按照混凝土补缺规范进行修补，断面凿毛，刷素水泥浆后用比桩体混凝土高一标号的混凝土填补并振捣密实，桩顶标高允许误差为50mm。4.4.4工程质量控制（1）砼浇注期间，每天制作混凝土试块（100mm100mm100mm）二组（六块），经过标准养护后进行28天强度试验。（2）成桩14天后, 用一组两个龄期试块做同条件砼强度抗压试验, 当强度达到砼强度70时, 按照最新国家标准建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）进行桩基检测，动载试验数
26、量宜为总桩数的10%，静载试验数量宜为总桩数的0.5%-1%，且每个单体工程的试验数量不少于3个。（3）水泥、粉煤灰、砂及碎石等原材料应符合设计要求。（4）施工中应检查桩身混凝土的配合比、塌落度、成孔深度及混合料灌入量等。（5）施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及褥垫层的质量进行检查。5 结论CFG 桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，是一种考虑桩土共同作用是一种经济型的地基处理方法。CFG 桩复合地基工程设计施工要领会其作用机理，承载力的确定要考虑工程实践经验和边载因素的影响，以确定适宜的桩长、桩距、垫层厚度以及合理施工工艺等，就可以达到良好的加固效果。 褥
27、垫层技术的应用使 CFG 桩间土之间的应力分别达到调节和平衡，减少了基底应力集中，节省工程造价保证工程质量提供了有利手段。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。 由于 CFG 桩桩体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，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，经济效益和社会效益显著，发展潜力巨大。 本工程的设计成果表明：CFG桩适合楼层复合地基加固处理，其设计合理，施工工艺简单。充分利用了天然地基承载力的优势。在施工操作上采用长螺旋钻机成孔泵送流态混凝土，有效、充分的利用了材料，施工中便于操作，质量容易控制，无污染，符合环保施工要求。 由于本人水平有限，设计中难免有错误和不足，希望得到老师的指导和纠正。参 考 文 献1、CFG桩复合地基技术及工程实践 闫明礼等 中国水利水电出版社 20062、JGJ79-2002 建筑地基基础设计规范 北京 中国建筑工业出版社 20023、CFG桩及其复合地基特性的研究 中国建筑科学研究院硕士研究生论文 吴春林 1990年9月4、复合桩基与复合地基理论 龚晓南 1999年5、CFG桩复合地基设计 闫明礼等 见：第四届地基处理学术讨论会论文集 1995.