CFG桩复合地基在大型工程中的应用--改版

1、CFG桩复合地基在大型工程中的 应用-改版作者:日期:CFG桩复合地基在大型工程中的应用尹廉华、熊正宏摘要：在某煤场地基处理中，注意场地荷载对于原三水源明渠的通廊支架基础的不利影响，利用CFG桩复合地基的优势对软弱地基进行处理。 并给岀相应的处理措施和建议。在此阐述了 CFG桩复合地基的计算 过程以及注意事项，并通过工程实例进一步验证CFG桩复合地基的实用性。关 键 词：煤场； 地基处理； CFG桩复合地基； 应用引言:的人工填土，淤泥质粉质粘土等岩土工程条 件较弱的地层，为满足生产设计上的需要CFG 桩(Cement Flyash Gravel)即水泥粉煤灰碎石桩，是由碎石、石屑、粉煤灰掺

2、适量水泥加水拌合而成。 其中的粉煤灰代替 了一般桩中的水泥，以及桩体不需要配筋,不仅增加了混合料的和易性并在经济上有 了很大的节约。CFG桩是与桩间土、褥垫层 一起形成复合地基的一种高粘结强度桩。在高荷载的作用下，由于桩顶所受应力比桩间 土表面的应力大，桩将承受的荷载向较深的 土层传递并相应的减少了桩间土所受应力， 整体上地基承载力提高而变形减小。1工程概况此工程为某煤场区域地基处理。煤场地 位于配套焦炉工程场地南部，地基处理范围 尺寸：300 X 135=40500m 2.整个煤堆场地基 处理包括两部分：煤堆场地基处理和堆取料必须要进行地基处理。1。1地质条件拟建场地地形较复杂，场区内有小丘

3、， 池塘，鄂钢三水源明渠，其中三水源明渠长 约550m，宽约50m，总体上属于垄岗地貌， 地面标高起伏较大，介于1623m之间。此场地属于二级阶地，地基岩土种类较多， 分布不均匀，根据岩土工程勘察报告，场地 内主要为第四系冲洪积及残坡积粘性土，三叠系中上统砂岩、泥岩、泥质灰岩等，场地 起伏较大，三水源区域，标高17-18m,水面标 高在勘察期间为16.72 m.按“中国地震动参 数区划图",该地区地震基本烈度为6度，设:去四: ：火材料厂8梁新屋耐火材料厂计基本地震加速度值为 0。05g，设计地震分 组为第一组，拟建构筑物可按6度进行抗震 设防序号土层编号土层名称含水 量3 (%)土

4、粒比重Gs天然孔隙比e天然重 度丫 kN/m3饱和度Sr(%)液限w(%)塑性 指数 w( %)液性指数I i塑 性 指 数I P12 1淤泥质粉 质粘土362.730。9718。429836210。991522-2粉质粘土262。720。7119。69733210.431233粉质粘土242.730.6819。89637220。141544残积土242.730.6719。99739230。0816图1.勘探点平面布置图其他土层对本工程场地无影响1。2地基稳定性理论分析1.21圆弧滑动面法分析地基的稳定性积分得根据勘察报告土工实验与场地原位测试结表1物理力学指标统计表图2抗滑移分析简图当煤场堆

5、载出现不利情况时，堆取料机一侧煤场满载，而另一侧是空载，此时，可 能出现的滑动面为沿三水源填土区域发生 圆弧滑动，如上图弧 ABC所示,AC为原明 渠宽度,BD为明渠中心填土的最大深度，0点为滑弧的园心滑动力矩为煤堆产生的力 矩，而抗滑力矩为滑动面上的土体抗剪切强 度.即M滑 Bq (AD果,场地各土层相关物理力学参数如表12M 抗c ABC 2 R tan (180 cos ln(sec tan ) R式中c土的凝聚力(kPa);0土的内摩擦角(°);丫一土的重度(kN/m 3);1.22不均匀沉降对堆取料机推移分析在未对地基进行处理的情况下，北煤场 与中煤场之间的沉降差可能达 3

6、0mm左右， 此时在堆取料机基础两侧出现高差。 假设堆 取料机基础采用的是桩基础 ，在一侧满载而 另一侧空载的不利情况下， 堆取料机会出现 水平位移，位移达到 24mm以上。基于以上几种方法分析， 煤场在130kPa 堆载情况下，不会发生失稳现象，但其变形已 影响到建筑物的使用功能，必须采取加固处理措施。2设计方案比选M 抗c ABC2R tan (1 cos sec )d R图3。总平面定位图2。1设计方案比较表2设计方案对比序号方 案优点缺点1CFG桩施工工期短，无挤土 效应，承载力高，抗 剪强度高，养护期短， 工程安全有保证，适宜 料场一次堆载到设计 高度。1、成桩费用过 大，经济成本较

7、 高；2、外排土量较大.2CFG 桩+ 粉 喷 桩1、CFG桩可控制轨道 机绝对沉降量在 100mm以内；2、粉喷桩施工周期 短，对周边无挤土效 应。在三水源区域的 沟底有较厚的淤 泥土，呈流塑状 态，其有机质含 量较高，对于粉 喷桩的成桩较为 困难，必须大大 提高水泥参量， 导致成本的不必 要增加.3CFG 桩+砂 石 桩1、CFG桩可控制轨道 机绝对沉降量在 100mm以内；2、堆煤区荷载不大， 选用砂石桩加固，其 优点之一，可作为软 土中超孔隙水排水路 径，这是采用分期堆 载前提；之二，可利 用砂石桩本身较高的 抗剪强度，提高料场 整体稳定性.1、砂石桩区域要 进行贮矿管理，煤 场需分二

8、级施加 才能达到最终高 度；2、待超孔隙水消 散（施工结束后 不宜少于28天） 才能加荷.拟建场地在勘探深度范围内没有影响 场地稳定性的构造破碎带、滑坡、崩塌、泥 石流、采空区、地面沉降等不良地质作用 拟建场地可视为较稳定的建筑场地，适宜建筑。 场地回填土层较厚且不均匀。建议对 堆取料机轨道基础采用CFG桩复合地基或桩基础，同时对煤场进行砂石桩加固或强夯 处理处理对象为1层2 2层软弱土层， 桩端进入第三层硬塑土层或第四层残积土 层至少0.5m,处理后复合地基承载力特征值 为 200kPa。2.2 总体设计思路复合地基承载力是由桩间土和桩共同 承担荷载。桩复合地基承载力取决于桩距、 桩径、桩长

9、、上部土层和桩尖下卧层土体的 物理力学指标以及桩间土内外面积比值等 因素。2。21 CFG桩满足轨道机承载力及沉降变形 要求CFG桩属于半刚性桩，可采用长螺旋压 灌或振动沉管成桩工艺。这种桩像刚性桩一 样，可全桩长发挥侧阻， 桩落在好的土层上 时,具有明显的端承作用，能够把上部荷载及褥垫层承载力传递至持力层。轨道机基础 采用CFG桩还能够提高整场地土整体强度， 提高土体承载力及抗剪强度。2.22 砂石桩增加排水路径砂石桩在软弱粘性土中成桩以后，就形 成了一定桩径、桩长和间距的桩与桩间土共 同组成的复合，有密实的砂石桩桩体取代了 与桩体体积相同的软弱土，从而提高了地基的整体稳定性和抗剪强度。在饱

10、和粘性土地 基中，砂石桩体的排水通道作用是砂石桩法 处理饱和软弱粘性土地基的主要作用之一，比之在砂土中的排水作用显著。由于砂石桩缩短了排水距离，从而可以加快地基的固结 沉降速率。2。23 CFG桩设计桩径的决定取决于所采用的成桩设备， 根据CFG桩型施工经验，桩径均选用500mm CFG桩长以穿过3层或4层为宜，桩端位于 硬塑土层中，根据勘察报告，桩长在第一条 堆取料机（北侧，靠配煤室）基础处为13.5m、18。0m 13。5m 17。5m和 16.0m 五个区, 取 0.85。基础中心线在第二条堆取料机（南侧，靠炉料厂 ）基础 处为 13。0m 14。0m 15。0m和 13.5m 四 个区

11、。CFG单桩承载力估算，估算公式：Ra=妙刀qsili+qpA式中p -桩周长，取1。57m;qsi -桩侧土摩阻力，按勘察报 告取值；li -各土层厚度m2A -桩截面积，取 0。196m; qp -桩端阻力特征值，按勘 察报告取值360kPa。图4 B区17米高程分层碾压挤淤图现选择B221#和B247#孔地层结构计 算，其Ra=592kN和654kN;现取承载力特征 值 350kN。桩体强度feufcu> 3Ra/ A=7653kPa,桩体混凝土强度取 C15置换率mf spk=m* Ra/ Ap+ 3 *（ 1-m） f sk 式中：fspk -复合地基承载力，取 200kPa;

12、Ra - 单桩承载力，取 350kN;2Ap -桩截面积，取 0.196m ； fsk处理后桩间土承载力，取70kPa;3桩间土承载力折减系数，m=a 0809=8。09%。桩间距S桩可按矩形布置，则：m=d/d e2代入求得L1（垂直向）=1。5m,L2 （水平向） =1.6m。2.24 褥垫层设计褥垫层技术是复合地基处理的一个核 心技术。砂石褥垫层连通长螺旋压灌桩、砂 石桩及粉喷桩为一个整体，并协调桩与桩间土荷载分担比，调动桩体作用，减少桩间土 所受的荷载，从而使物料下地基沉降尽量均 匀.通过垫层沉降和浅部土体的侧向位移.通过垫层切向拉力参与与抗滑，有利于堆置场稳定。CFG桩桩顶标高设计为

13、 25。00m, 褥垫层厚度为500mm褥垫层材料为碎石， 垫层施工压实系数不小于 0。93,褥垫层顶 面标高为25。0m.2。25 施工工艺CFG桩可采用长螺旋压灌砼和振动沉管 成桩工艺，砂石桩采用振动沉管施工工艺， 这三种施工工艺都在湖北省地区非常成熟，可以放心使用.然后就是场地整平、加强贮 矿管理和检测管理。3料场整体稳定性验算3。1 桩的检测在桩检测中按规范要求， 检测项目包括 单桩竖向静载荷和复合地基静载荷试验检 测,检测比例为总桩数的 0.5%及低应变动力 检测桩身质量，检测比例为总桩数的10%。检测时间为成桩后 28天进行。3.2 沉降验算图5 B1区CFG桩布桩大样图选择B区C

14、FG桩做沉降验算24.80碎石垫层-24.50r1 Tn- -F桩图6 CFG桩复合地基剖面图复合地基变形分为三个部分一加固区 的变形量和下卧层的变形量凡以及褥垫层 的压缩变形。在实际计算中，通常会忽略褥垫 层的压缩变形。序号土类型土层厚容重饱和重度压缩模量承载力(m)(kN/m3)(kN/m3)(MPa(kPa)11素 填 土11。7818.5018。503。5702-1淤 泥 质 粉 质 粘 土7.5015.6015。602。5503粉 质 粘 土2.5019。5019.5012.63004残积土1。5019。6019。6012。5300表3 图层参数表处理土层参数B1-111.0满足要求

15、65.21B1 216。5满足要求92.33B1 314。0满足要求80。11B1-416.0满足要求92。10B1 514。5满足要求85。32B1-616.0满足要求90。35B1 712。5满足要求68.41B2-112。0满足要求67。54B2214.0满足要求84。33B2312.5满足要求66。53根据场地内地层结构，选择有代表性的 工程地质剖面为计算断面，并将三个料条及 堆取料机荷载换算成等效荷载高度。最终均匀沉降量不大于100mm。其局部纵向沉降差不大于L/300,横向沉降差不大于 L/600。 轨道直线度在全场内允差(水平)土 30mm,跨度方向允差(水平)±10m

16、m。堆煤场地地基承载力特征值不低于130Kpa，最终沉降量不大于500mm。经验算,料场整体稳定 性安全系数为1.334,大于1.2，故场地整体 是稳定的.通过这三年生产的实际使用， 经对堆取 料机轨道的沉降监测，中间最大值为90 mm, 两边最小值为20 mm,完全满足要求.4结论通过工程实践证明， 从各方案中比较得 出对堆取料机轨道基础采用CFG桩复合地基进行处理的方案在施工速度快捷，能就地取材，在稳定性控制上容易达到要求，在经济 上更是很大程度地降低了工程造价。在这种大型的地基处理中，CFG桩复合地基不失为 一种行之有效的地基处理技术，而且具有很大的发展空间。参考文献【1】(GB50007 2002),建筑地基基础设计规范S。分区桩长(m)复合地基承载是否满足要求最终沉降量(mm)表4复合地基承载力与沉降变形计算结果表五 -2】(JGJ79- 2002)，建筑地基处理技术规范S.【3】(DBJ15 31-2003),建筑地基基础设计规 范S。【4】(DB42/242 2003)建筑地基基础技术规范S.【5】(JTJ01796)公路软土地基路堤设计与施工技术规范S.【6】瞿峰.CFG桩