水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）的设计与应用

    第四章 CFG桩复合地基应用

    4.1CFG桩复合地基概况

    CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。需要指出的是，褥垫层是复合地基的重要组成部分，是高粘结强度桩形成复合地基的必要条件。

    4.2褥垫层的意义

    按照传统的CFG桩复合地基理论，褥垫层是其重要组成部分，复合地基许多特性都与褥垫层有关。这里所说的褥垫层不是基础施工经常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。

    4.2.1设置褥垫层的必要性

    CFG桩复合地基有无褥垫层，其区别主要是桩间土的承载力发挥的过程不同。当设置褥垫层时，桩间土一开始就承担了较大比例的荷载，在正常使用状态下，建筑物荷载主要由桩和桩间土共同承担；而不设褥垫层时，荷载一开始主要由桩来承担，桩间土基本不承担或承担很少。在正常使用状态下，建筑物荷载主要由桩来承担。当复合地基承载力达到极限时，无论是其承载力的大小以及桩、土的荷载分担比都是相同的，故可取消褥垫层。

    4.2.2不设置褥垫层的情况

    取消垫层，让桩顶直接与基础接触，实际上就是在正常使用状态下充分发挥桩的承载力，使其接近极限，而让桩间土强度为作安全储备，这样虽然桩的安全系数K小于2(一般1.1左右)，但地基土的安全系数却较高，复合地基总的安全度并没有降低，就象桩基础在正常使用状态下，其摩阻力和端承力发挥程度不一样、其各自的安全系数也不一样，类似于“复合桩基③”的设计思想。

    4.3CFG桩复合地基的优点

    （1）适用性广，承载力提高幅度大

    CFG桩复合地基技术适用于非饱和及饱和的粉土、粘性土、填土、砂土、淤泥质土等地质条件，处理后，复合地基的承载力与原地基承载力相比，可提高2-5倍。

    （2）施工简便，工期短

    CFG桩施工方法一般为长螺旋钻成孔泵送混凝土法，施工时，没有钢筋笼制作等工序，成孔成桩一次完成减少了成桩时间，加快了施工速度。

    （3）保护环境

    CFG桩施工时，不需泥浆护壁，没有泥浆外运，既节约了资金，又无环境污染，对市内施工，非常适合。

    4.4CFG桩在复合地基中的优势

    （1）承载力提高幅度大、可调性强

    CFG桩桩体可以从几米到20多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40%-75%之间变化，使得复合地基承载了提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高是，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时，桩长可设计得长一点。特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，CFG桩复合地基则比较容易实现。

    （2）适应范围广

    对基础形式而言，CFG桩既可以适用于条形基础、独立基础，也可以用于筏板基础和箱型基础。

    就土性而言，CFG桩可用于饱和、非饱和粘性土，既可以用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。

    （3）桩体的排水作用明显

    CFG桩在饱和粉土和沙土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力④。较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完得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，知道CFG桩体结硬为止。

    （4）复合地基变形小

    复合地基模量大、建筑物沉降量小事CFG桩复合地基重要特点之一，大量工程实践表明，建筑物沉降量一般可控制在2-4厘米。对于上部和中间有软土层的地基，用CFG桩加固，桩端放在下面好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，建筑物的沉降都不大。

    第五章CFG桩复合地基的施工

    5.1CFG桩施工设备

    在此，以长螺旋钻管泵压CFG桩为例，此施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整体系，在现代施工中，步履式长螺旋钻机及商品混凝土比较普遍。

    长螺旋钻机是施工工艺中的核心部分，目前长螺旋钻机根据其成孔深度分为12、16、18、24米和30米等机型，施工前应根据设计桩长确定施工所采用的设备。

    其次，进行商品混凝土浇筑时如需采用接泵的，需配备泵管。

    5.2施工前准备

    5.2.1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，并将原材料送至相关部门进行检测。由于现阶段建筑施工多使用商品混凝土，所以需将商品混凝土样品及时送检。

    5.2.2施工现场

    在降水方面，CFG桩施工要求地下水应降至基底标高0.5-1.0米，确定降水深度时还应考虑电梯井、集水坑等的深度。

    在基坑开挖方面，其开挖深度应根据基底设计标高和保护土层厚度确定。当保护土层厚度为50厘米、褥垫层厚度为15厘米时，开挖标高为素混凝土垫层底标高以上35厘米，以此类推。其开挖范围考虑到目前国产长螺旋钻机情况，基底开挖平面尺寸以建筑物的底板边缘为基准向四周均扩出1.0米。若施工图纸上已经标注具体做法及数据，应根据图纸施工。

    另外施工现场应做好“三通一平”等保障工作。

    5.2.3施放桩位

    在CFG桩施工前应根据图纸，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表示桩位。

    5.2.4施工资料

    施工前应准备好工程地质勘查报告、建筑物场地临近的高压电缆及地下管线障碍物等调查资料、地基处理方案、施工组织方案、CFG桩复合地基施工图、施工中各种记录、报审、报验表格等。

    5.3施工过程

    5.3.1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%。

    5.3.2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，启动钻机，开始钻进。一般先慢后快，这样便于及时修正。若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订标高是，于动力头地面停留位置相应的钻机塔身处做醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。施工时还要考虑施工作面得标高差异，作相应增减。

    5.3.3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。成桩的提速宜控制在2-3米/分钟。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土质情况，避开饱和砂土、粉土层，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。

    5.3.4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，由于CFG桩排出的土较多，穿将临近的桩位覆盖，有时还因钻机支撑是支撑脚压在桩位旁是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施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

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