CFG桩复合地基技术课件

1、CFG桩复合地基处理技术1、定义： 碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和水泥，加水拌制而成的一种具有一定粘结强度的桩。2、适用范围： 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，对淤泥质土应按当地经验或现场试验确定其适用性。 一、基本概念第1页，共40页。13、技术优势 属复合地基刚性桩； 桩承载力主要来自桩长的侧摩阻力及桩端承载力，桩长越大则承载力就越高； 桩承担荷载可达总荷载的4075（面积置换率10计），桩土应力比达1040，复合地基承载力提高幅度较大，可达原地基承载力4倍或更高； 第2页，共40页。2二、材料配合比水泥标号：P.O 32.5，P.O 42.5碎石粒径：2050

2、mm石屑粒径：2.510mm混合料密度：2.12.2 t/m3塌落度：1820（管内泵送砼）桩身强度：C15C20第3页，共40页。3三、加固机理1、桩体置换增强作用： 桩土应力比可达1040。基础砂石褥垫层CFG桩土第4页，共40页。42、挤密作用 CFG桩采用振动沉管法施工时，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密，由此而使桩间土在加固后含水量降低、重度增加、孔隙比减小、压缩模量提高，桩间土承载力得到加强。第5页，共40页。53、褥垫层作用 保证桩土共同承担荷载：基础传下荷载作用下，提供桩向上刺入的条件，以保证桩间土始终参与工作； 减小基础底面的应力集中：桩顶应力与桩间土应力比随着褥垫层厚度的

3、增加而减小； 调整桩土竖向荷载分担比：总荷载一定时，褥垫层越厚，桩间土承担的荷载越多；褥垫层一定时，荷载越大，桩承担的荷载就越大； 调整桩土水平荷载分担比：褥垫层越厚，桩顶水平位移越小，桩顶所受的水平荷载越小。第6页，共40页。6四、CFG桩复合地基设计1、桩径：一般为400600mm2、桩距：一般宜取35倍桩径3、桩长：由复合地基承载力计算和概念设计综合确定 CFG桩复合地基承载力特征值可按下式估算：桩间土承载力折减系数，一般取0.750.95。第7页，共40页。7单桩竖向承载力特征值的取值：当采用单桩载荷试验时，当无单桩载荷试验时，可按下式估算：（按桩侧阻力和桩端阻力估算）（按桩体材料抗压

4、强度估算）4、褥垫层： 一般取1030cm厚砂石、碎石、中粗砂等；第8页，共40页。85、变形计算： 一般分为三部分：加固深度范围内的土体压缩变形s1 ，下卧层变形s2 ，褥垫层变形s3。复合土层的压缩模量的提高系数（适用于全置换的管内泵送施工方法）第9页，共40页。9五、CFG桩施工技术CFG桩复合地基于1988年提出并用于工程实践，首先选用的是振动沉管CFG桩施工工艺。 振动沉管CFG桩施工工艺属于挤土成桩工艺，主要适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。 它具有施工操作简便、施工费用较低、对桩间土的挤密效应显著等优点。 采用此施工工

5、艺的CFG桩复合地基可以提高地基承载力、减少地基变形、消除地基液化。1、基本概念第10页，共40页。10振动沉管打桩机成桩可能存在的主要问题 ：(1) 难以穿透厚的硬土层如砂层、卵石层等。在基础底面以下的土层中，若存在诸如砂层、卵石层，振动沉管打桩机难以穿过，需采用引孔等措施， 或者采用其它成桩工艺。(2) 振动及噪音污染严重。(3) 在临近已有建筑物施工时，振动将可能产生不良影响。(4)振动沉管打桩机成桩为非排土成桩工艺 ，在饱和粘性土中成桩，会造成地表隆起，或挤断己打桩，在高灵敏度土中施工可导致桩间土强度的降低。(5) 施工中混合料从搅拌机到桩机进料口的水平运输一般为翻斗车或人工运输，效率

6、相对较低。对于长桩，拔管过程中尚需空中投料，操作不便。第11页，共40页。11在大量研究和工程实践基础上，长螺旋钻管内泵压CFG桩施工设备和施工工艺趋于完善。该工艺具有以下优点 ： (1) 低噪音，无泥浆污染。 (2) 成孔制桩时不产生振动，避免了新打桩对已打桩产生的不良影响。 (3) 成孔穿透能力强，可穿透硬土层，诸如砂层、圆砾层和粒径不大于 60mm 的卵石层。 (4) 施工效率高。第12页，共40页。12此外，CFG桩施工工艺还有 ：(l) 长螺旋钻孔灌注成桩。适用于地下水位以上的粘性土、粉土和填土地基。(2) 泥浆护壁钻孔灌注成桩。适用于粘性土、粉土、砂土、人工填土、砾 (碎) 石土及

7、风化岩层分布的地基。(3) 人工或机械洛阳铲成孔灌注成桩。适用于处理深度不大 ,地下水位以上的粘性土、粉土和填土地基。 第13页，共40页。132、施工工艺选择： 应根据现场条件选用下列施工工艺： 长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土； 长螺旋钻孔、管内泵送混合料灌注成桩，适用于粘性土、砂土、以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地； 振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。第14页，共40页。143、振动沉管灌注成桩施工技术要求： 施工前应按设计要求由实验室进行配比试验，严格按配比要求配制混合料。 振动沉管灌注成桩施工的坍落度宜为3050mm，

8、成桩后桩顶浮浆不宜超过200mm。 振动沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.21.5m/min左右，遇到淤泥或淤泥质土时，拔管速度应适当放慢； 施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m； 成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块）试块（边长150mm立方体），标准养护，标准试验测定其抗压强度。第15页，共40页。15第16页，共40页。16（）打桩时用的钢筋混凝土预制桩尖（）钢制活瓣桩尖第17页，共40页。17（5）施工中常见的几个问题1）施工扰动土的强度降低 振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切关系。就挤密性而言，可将地基土分为三大类：一为挤密性好的土

9、，如松散填土、粉土、砂土等 ；二为可挤密性土，如塑性指数不大的松散的粉质性土和非饱和粘性土；三为不可挤密土，如塑性指数高的饱和软粘土和淤泥质土。第18页，共40页。182）缩颈和断桩 在饱和软土中成桩 ，桩机的振动力较小 ，当采用连打作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压，可能使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形 ，严重的产生缩颈和断桩。 在上部有较硬的土层或中间夹有硬土层的土中成桩，桩机的振动力较大，对已打桩的影响主要为振动破坏。采用隔桩跳打工艺，若已打桩结硬强度又不太高，在中间补打新桩时，已打桩有时被振裂，且裂缝一般与水平成030度角。 第19页，共40页。193）桩体强度不均匀 桩机卷扬

10、系统提升沉管线速度太快时 ， 为控制平均速度，一般采用提升一段距离，停下留振一段时间，非留振时，速度太快可能导致缩颈断桩。拔管太慢或留振时间过长，都会使得桩端部桩体水泥含量较少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生自析，造成桩身强度不均匀。 4）桩料与土的混合 当采用活瓣桩靴成桩时，可能出现的问题是桩靴开口打开的宽度不够，混合料下落不充分，造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小。 若采用反插办法，由于桩管垂直度很难保证，反插容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土等缺陷。第20页，共40页。204、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工技术要求： 施工前应按设计要求由实验室进行配比试验，严格按配比

11、要求配制混合料。 长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度宜为160200mm。 长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注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； 施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m； 成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块）试块（边长150mm立方体），标准养护，标准试验测定其抗压强度。第21页，共40页。21目前长螺旋钻机成孔深度分为12、16、18、24和30m等第22页，共40页。22（2） CFG 桩施工中常见问题及质量控制措施 1） 堵管 堵管是长螺旋钻管内泵压

12、CFG桩成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响 CFG桩的施工效率，增加工人劳动强度， 还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。第23页，共40页。23 2） 窜孔 在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这种情况，打完1号桩后，接着打相邻的 2号桩时，随着钻杆的钻进，发现已打完尚未结硬的 1 号桩桩顶突然下落，有时甚至达2m 以上，当2号桩泵入混合料时，能使1号桩下降的桩顶开始回升，泵入2号桩的混合料足够多时，1号桩桩顶恢复到原标高。工程中称这种现象为窜孔。窜孔发生条件 1) 被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂。 2)

13、钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动。 3) 土体受剪切扰动能量的积累，致使土体发生液化。第24页，共40页。24防止串孔方法： i）对有窜孔可能的被加固地基尽量采取大桩距的设计方案。增大桩距目的在于减少新打桩对已打桩的剪切扰动，避免不良影响。 ii) 改进钻头，提高钻进速度，减小液化可能。 iii) 减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打 4 排改为2排或 1 排。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰动能量的积累。 iv)必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。 第25页，共40页。25 3）钻头阀门打不开原因一般有以下两个： i) 钻头构造缺陷，

14、如当钻头阀门盖板采用内嵌式时，有可能有砂粒、小卵石等卡住，导致阀门无法开启。 ii) 当桩端落在透水性好、水头高的砂土或卵石层中时，阀门外侧除了土侧向压力外，水的侧压力也很大。阀门内侧的混合料侧压力小于阀门外的侧压力时，可致使阀门打不开。当钻杆提升到某一高度后 , 侧压力逐渐减小，当管内侧压力大于管外侧压力时，阀门打开 , 混合料突然下落。可采用改进阀门的结构型式或调整桩长令桩端穿过砂土，进入粘性土层的措施，来避免此情况发生。第26页，共40页。26 4） 桩体上部存气截桩头时，发现个别桩桩顶部存有空间不大的空心。主要是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。钻杆成孔钻进时，管内充满空气，钻孔到预

15、定标高开始泵混合料，此时要求排气阀工作正常能将管内空气排出。若排气阀被混合料浆液堵塞，不能正常工作，钻杆管内空气无法排出， 就会导致桩体存气并形成空洞。为杜绝桩体存气，必须保证排气阀正常工作。施工时要经常检查排气阀是否发生堵塞，若发生堵塞必须及时采取措施加以清洗。 第27页，共40页。275 ) 先提钻后泵料 当桩端达到设计标高后，有些单位施工时，为便于打开阀门，泵送混合料前将钻杆提拔30cm，这样操作存在下列问题： 有可能使钻头上的土掉进桩孔； 当桩端为饱和的砂卵石层时，提拔30cm易使水迅速填充该空间，泵送混合料后，混合料不足以使水立即全部排走，这样桩端处的混合料可能存在浆液与骨料分开现象

16、。 这两种情况均会影响 CFG 桩的桩端承载力的发挥。 第28页，共40页。286）开挖找不到桩头 主要原因可能是：处理土层中存在可液化土层，钻孔过程中，由于现场出土速度偏慢就在一个标高位置上长时间钻动，导致土体液化，灌填混合料时出现局部桩径较大，而开挖时找不到桩头。 处理方法：桩头超灌混合料。7）缩径 主要原因：处理土层中含有流动性较大的软粘土层，提钻灌混合料过程中，混合料初期强度为0，流动性软土对混合料桩体产生横向挤压，导致缩径。 处理土层中存在超固结土时，提钻灌混合料过程时，超固结土的膨胀同样可对桩体产生横向挤压，导致缩径。第29页，共40页。297）CFG桩施工过程中的环境问题 主要原

17、因：粉土层在钻进过程中的液化，或者提钻后灌混合料导致桩底临时局部真空而对地下水的扰动降低，均可导致地面显著下沉； 处理措施：结合基坑工程设置环向封闭的止水帷幕，以降低施工过程中对外部地下水的扰动影响； 严格控制施工进度，特别是钻进速度，避免在同一标高处反复长时间钻动，以尽可能避免粉土液化、控制液化范围的扩大。 第30页，共40页。305、保护桩长： 成桩时预先设定加长的一段桩长，基础施工时将其剔除； 设计桩顶离地面距离不大于1.5m时，保护桩长可取5070cm，上部用土封顶； 设计桩顶离地面距离较大时，保护桩长可取70100cm，上部用粒状材料封顶直到地表；第31页，共40页。316、桩头处理

18、： CFG桩施工完毕待到桩体达到一定强度后（一般为7天左右），方可进行基槽开挖。 一般基础深度大于1.5m时均可采用机械合人工联合开挖，要求人工开挖留置厚度一般不宜小于70cm。 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。 桩头凿平，并适当高出桩间土12cm。第32页，共40页。32如果在基槽开挖和剔除桩头时造成桩体断至桩顶设计标高以下，则必须采取补救措施。接桩头示意图第33页，共40页。337、褥垫层铺设： 褥垫层铺设宜采用静力压实法，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。 褥垫材料采用粗砂、中砂或级配砂石，限制最大粒径不超过3cm，夯填度不得大于0.9。 虚铺

19、厚度按计算确定：H褥垫层设计厚度； h褥垫层虚铺厚度；第34页，共40页。34六、质量控制与检验1、施工质量控制（1）施工检测内容 检查施工记录、混合料塌落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体材料抗压强度等；（2）施工检测方法 打桩过程中随时测量地面是否隆起，判断有无断桩； 打新桩时对已打但尚未结硬的桩顶进行位移测量，以估算桩径的缩小量； 打新桩时对已打但尚未结硬的桩顶进行位移测量，以估算是否断桩，一般位移超过10mm时，需开挖检查；第35页，共40页。35（3）逐根静压 对重要工程或施工监测发现桩顶上升量较大且桩数较多时，可对桩进行快速静压，将可能断裂并脱开的桩连接起来。 “跑桩”对保证复合地基中桩很好地传递竖向荷载是很有意