地基处理教学课件：第14章 水泥粉煤灰碎石桩法

1、第14章 水泥粉煤灰碎石桩法（Cement Flyash Gravel Pile) 由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种具有一定粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。 CFG桩法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。14.1 概 述 CFG桩的骨料为级配碎石，粒径通常为2050mm。掺入石屑是填充碎石的孔隙，使其级配良好，石屑粒径通常为2.510mm。掺入石屑后，桩体混合料接触比表面积增大，提高了桩体抗剪强度。 粉煤灰是燃煤发电厂排出的一种具有一定

2、活性的工业废料，在CFG桩体混合料中，它既是细骨料，又有低强度等级水泥的作用。粉煤灰的掺入可改善混合料的和易性和可泵性，提高混合料的后期强度。 水泥一般采用32.5普通水泥。混合料的密度一般为2.102.2.t/m3。CFG桩复合地基长螺旋钻机清理完桩头的CFG桩一、褥垫层的加固作用 CFG桩中的褥垫层是CFG桩复合地基的一个重要部分，亦即复合地基是由CFG桩体、桩间土和褥垫层共同组成的，缺一不可。 CFG桩复合地基的工作原理 褥垫层由散体材料组成，可提供向上贯入的条件来调整桩土应力比，实现桩土协调变形。 褥垫层的作用： （1）保证桩土共同承担荷载，它是CFG桩形成复合地基的重要条件。 当基础

3、瞬时受荷时，桩和桩间土都要发生沉降变形，由于桩的模量远比土的变形模量大，因而桩比土的变形小。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，以保证基础始终把一部分荷载传到桩间土上，也就能保证在任一荷载作用下桩和桩间土始终参与工作。 从图中可以看出，在给定荷载作用下，由于褥垫层的设置，随着时间的变化，桩间土表面的变形不断增加，而桩顶应力和桩间土应力始终保持常量，即使桩端落在好的土层上，也均保持一常量。 （2）调整桩土荷载分担比 由有关试验测得的结果，当荷载一定时，褥垫层越厚，桩间土承担的荷载越多，桩土应力比越趋均匀；而褥垫层厚度一定时，荷载越

4、大，桩承担的荷载所占比例增大。 因此可通过改变褥垫层的厚度，调整桩土对垂直荷载的分担。 （3）减少基础底面的应力集中 根据实测的桩土应力比与褥垫层厚度H的变化关系，当褥垫层厚度很小时，桩对基础底面产生应力集中。但当褥垫厚度大于10cm时，应力集中明显降低(桩土应力比约为6)，当褥垫层厚度为30cm时，桩土应力比降为1.23。 （4）调整桩土水平荷载的分担 由于CFG桩复合地基置换率一般不大于10%，则有不低于90%的基底面积下桩间土，将承担绝大部分水平荷载。而桩承担的水平荷载只占很小一部分。桩土剪应力比随褥垫层增大而减小，设计时可通过改变褥垫层厚度调整桩土水平荷载分担比。 有关实验表明，褥垫层

5、厚度越大，桩顶水平位移越小，当褥垫厚度不小于10cm时，桩体不会发生水平折断。 1.CFG桩的加固机理包括置换作用和挤密作用，其中以置换作用为主。CFG桩和其他复合地基的桩型相比，它的置换作用很突出，这是CFG桩的一个重要特征。 2.CFG桩可以全长受力，荷载不大时，可以通过调节桩长来适应不同的土层。 3.CFG桩复合地基的桩土应力比大，而且具有很大的可调性，在软土中可高达100左右。 4.CFG复合地基中由桩承担的荷载一般为4075，提高承载力的幅度可达4倍或更高。二、CFG桩加固机理和工作性能碎石桩与CFG桩的区别 （1）概念不同 （2）CFG桩为复合地基刚性桩，桩身具有一定的粘结性，可在

6、全长范围内受力，能充分发挥桩周摩阻力和端承力。 而碎石桩为散体材料桩，桩身无粘结强度，依靠周围土体的约束力来承受上部荷载。 通常在碎石桩桩顶23倍桩直径范围为高应力区，4倍直径为碎石桩的临界桩长。当桩长超过其临界桩长，大于610倍桩径后，轴向力的传递收敛很快，当桩长大于2.5倍基础宽度后即使桩端落在较好的土层上，桩的端阻力也很小。 （3）CFG桩的桩土应力比较高，一般在1040之间，而碎石桩桩土应力比一般为1.54.0，增加桩长对提高复合地基承载力意义不大，只有提高置换率，而提高置换率又会给施工造成很多困难。 （4）适用土类的差别 CFG桩用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散的砂土、粉土等。

7、对塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重。 而碎石桩宜处理砂土、粉土、粘性土、填土以及软土，但对不排水抗剪强度小于20kPa的软土使用要慎重。 1.桩径 桩径宜取350600mm。 2.桩距 桩距应根据设计要求的复合地基承载力、土性、施工工艺等确定，非挤土和部分挤土成桩工艺，宜取35倍桩径，挤土成桩，36倍桩径。 3.褥垫层 褥垫层厚度宜为桩径的40%60%，当桩径大桩距大时宜取高值。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大于30mm。其铺设范围要比基底面积大，超出部分不应小于褥垫层厚度。14.2 设计 4.单桩竖向承载力 单桩竖向承载力特征值Ra的取值应符合下列规定： （1）当采

8、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； （2）当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算： 5.复合地基承载力 复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式估算：式中 单桩承载力发挥系数，可取0.80.9，褥 垫层厚径比小时取大值； 桩间土承载力发挥系数，宜按地区经验 确定，如无经验时可取0.91.0，厚径 比大时取大值。 6.桩体强度 桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求: 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)。 7.桩长 桩长可由承载力公式计算确定，桩端一般应落到承载力相对较高的土层。 8.沉

9、降计算 复合土层的沉降可采用分层总和法计算，复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍，值可按下式确定： 式中 fak基础底面下天然地基承载力特征值。 1.CFG桩的施工应根据现场条件选用下列施工工艺： （1）长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、砂土、素填土、中等密实以上的砂土； （2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；14.3 施 工 （3）振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。（对松散的饱和粉细砂和粉土，已消除液化和提高地基承载力为目的时，可选用此工艺） 2.施工前

10、应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160200mm，振动沉管灌注成桩施工的坍落度为3050mm，振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆不宜超过200mm。 3.螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拔管速度应控制在1.21.5m /min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。 4.施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m。 5.清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。 6.褥垫层铺设

11、宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度不得大于0.9。 7.施工垂直度偏差不应大于1；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。 1.施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。 2.CFG桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。14.4 质量检验静载试验 3.试验宜在施工结束后28d后进行。试验数量宜为总桩数的1，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。 4.应抽取不少于总桩数10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。 5.CFG桩复合地基的载荷试验沉降比，对以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基可取0.008，对以粘性土、粉土为主