CFG桩.ppt

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CFG桩,第六章,定义：

CFG桩是水泥、粉煤灰碎石桩（CementFlyashGravel）的简称，由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动打桩机或其他成桩设备制成的一种具有一定粘结强度的桩。

对象：

填土、饱和及非饱和粘性土、松散砂土、粉土等。

对塑性指数高的饱和软粘土要慎用。

特点：

复合地基承载力的提高幅度较大，并有沉降小，稳定快的特点。

CFG桩自身具有一定粘结性，可在全长范围内充分发挥桩周摩阻力和端承力.,桩土应力比（n）一般为10-40.,水泥一般采用425#普通水泥，碎石的粒径2050mm，石屑粒径7.510mm，混合料密度2.12.2t/m3。

一、石屑掺量的影响,石屑掺入量用石屑掺入率s来表示：

单位立方混合料中石屑和碎石的质量,第一节材料配合比及力学性能,碎石料之间一般为点接触，接触比表面积小，桩体抗剪强度较低。

在碎石料中掺入中等粒度的石屑后,使级配良好,增大接触比表面积,提高桩体的抗剪强度,水灰比（w/c）,抗压强度R28,石屑率,塌落度,石屑率,粉煤灰水泥比（F/C）,在相同,石屑率和塌落度,石屑率和强度曲线,石屑率存在一个最佳值25%30%,混合料的立方体抗压强度R28与灰水比C/W成正比,二、水泥、粉煤灰掺量、灰水比的影响,某一石屑率,相同水泥、粉煤灰掺量,R28,灰水比C/W,F/C=1,F/C=2,F/C=3,S=28.5%,某一石屑率,相同灰水比,混合料的立方体抗压强度R28与灰水比C/W成正比,混合料的立方体抗压强度R28与F/C成反比,三、混合料的应力应变关系,混合料具有一定粘结强度，围压对其应力应变关系影响很小。

混合料的有关力学性能,力学性能,立方抗压强度,劈裂抗压强度,轴心抗压强度,龄期（天）,28,80,80,数值范围（MPa）,6.37.3,0.500.59,3.56.3,平均值（MPa）,6.7,0.54,4.3,CFG桩复合地基加固机理包括置换作用和挤密作用，以置换作用为主。

地基土很软，而荷载又大时，柔性桩很难满足设计要求，而CFG桩可通过应力集中实现。

桩在复合地基中承担荷载40%75%，提高fk值可达4倍。

第二节加固机理,

（一）加固机理,

（二）受力特点,地基土质好，荷载不大，可将桩设计短一些；,地基土质差，荷载不大时，将桩设计长一些；,CFG桩可全长受力,（三）桩土应力比,CFG桩桩土应力比可达1040,第三节褥垫作用,CFG桩的复合地基的褥垫由碎石、级配砂石、粗砂等散体材料组成。

1、保证桩间土共同承担荷载,变形协调，保证桩和土变形一致,复合地基设计原则：

CFG桩复合地基，基础通过厚度为H的褥垫层与桩和桩间土相联系。

桩和桩间土传递垂直荷载与桩基相类似。

当桩端落在坚硬土层上，基础承受荷载后，,若基础和桩之间不设置褥垫层（即H=0）,桩顶沉降变形很小，绝大部分荷载由桩承担，,桩间土的承载力很难发挥,对褥垫厚度H=0，桩端落在一般粘性土上.,有一个桩所承担的荷载逐渐向桩间土转移的过程,基础承受荷载后,随着时间的增加,基础和桩的沉降变形不断增加，,基础下桩间土分担的荷载不断增加,桩承扭的荷载相应减少,基础和桩之间设置一定厚度的褥垫层后，复合地基中桩和桩间土荷裁的分担如图.,褥垫层的设置，可以保证基础始终通过褥垫把一部分荷载传到桩间土上。

即使桩端落在好的土层上，p、s也均为一常值。

当荷载一定时,桩顶平均应力p和桩间土应力s不随时间增长而变化,2、减少基础底面应力集中,褥垫厚度很小时，桩对基础产生应力集中，当褥垫厚度大于10cm时，应力集中明显降低。

3、褥垫厚度可调整桩土荷载分担比。

褥垫越厚，土承担的荷载越多，相反越薄，承担荷载越少。

4、褥垫厚度可调整桩间土水平荷载分担比，防止断桩。

褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，褥垫厚度大于10cm，桩体不会发生水平折断。

第四节CFG桩设计,CFG桩设计原则：

充分发挥桩体承载力,一、内容,1、桩径：

350400mm,2、桩距：

根据土性和挤密效果来确定，一般桩距35d。

3、复合地基承载力,或,桩间土强度提高系数,桩间土强度折减系数,单桩承载力标准值,重要工程,一般工程,4、单桩承载力,

（1）由单桩静载确定：

静载试验极限承载力,安全系数,取两式计算较小者,

（2）计算确定,5、变形计算,CFG桩复合地基变形S包括三部分：

加固土体的压缩变形S1下卧层变形S2褥垫层变形S3，变形很小，一般忽略。

6、褥垫厚度,一般1030cm为宜,二、设计步骤,1、由地基条件和施工设备条件初定桩径和桩距，得到面积换算率m。

2、由上部荷载要求的复合地基承载力求桩长,

（1）应力比,

（2）确定单桩承受的荷载,1）桩顶应力：

2）单桩承受的荷载：

3）估算桩长,（3）桩身强度,安全系数，取2.53.0,（4）由桩身的抗压强度，根据室内试验及以往的工程经验，确定配比。

（5）确定褥垫厚度,1030cm,2、保护桩长：

成桩预留一定长度桩长（5001000mm），基础施工时将其剔掉。

3、虚铺厚度：

1、施工顺序：

粘土：

跳打；松砂、粉土、填土：

连打.,第五节CFG桩施工,振动沉管打桩机,混凝土桩尖,活瓣桩尖,步履式螺旋钻孔机,桩头处理,凿除桩头时宜采取如下措施：

如果在基槽开挖和凿除桩头，造成桩体断裂至桩顶设计标高以下，必须补救。

基槽开挖至设计标高后，多余的桩头需要凿除,1、找出桩顶标高位置；2、用钢钎等工具沿桩周向桩心逐次凿除多余的桩头，直到设计标高，并把桩顶找平；3、不可用重锤或重物横向击打桩体；4、桩头凿至设计标高处，桩顶表面不可出现斜平面。

假如断裂面距桩顶标高不深，可用C20混凝土接桩至设计桩顶标高。

一、工程概况,工程实例一南京造纸厂地基处理工程,设计要求,南京造纸厂轻涂胶印纸车间为二层（局部三层、四层）框排架结构。

该车间建筑面积为11600m2，车间全长240m。

承载力fk160kPa，沉降不超过80mm，差异沉降不超过3,加固方案：

CFG桩,独立柱基下布桩按3d间距布置，条基根据其宽度布置成单排或二排CFG桩。

褥垫层材料为石屑，厚度15cm。

厂房基础为独立基础和条形基础。

二、工程地质条件,南京造纸厂轻徐胶印纸车间位于长江北岸漫滩地貌单元上。

场地内主要地层为长江漫滩相，各层上的物理力学性质指标,I1填土层,分布于整个场地，填土为素填土和杂填土，分布无规律，土性差异较大。

分布于整个场地，褐灰一灰色，含有机质夹薄层粉砂，流塑状态。

I2淤泥质粉质粘土,I3粉砂,分布于整个场地，灰色，含有机质夹薄层粘性土，流塑状态。

分布于整个场地，灰色，含云母碎屑夹薄层粉砂，软塑状态。

I4淤泥质粉质粘土,I5粉砂,分布于整个场地，灰色，含云母碎屑夹薄层粉土，软塑状态。

分布于整个场地，灰色，含云母碎屑夹薄层粉土，软塑状态。

I6淤泥质粉质粘土,局部未见，大部分场地内均有分布，灰色，含有机质及少量泥炭，流塑状态。

I7粉砂,I8粉质粘土,分布于整个场地，灰色，含有机质，软塑状态。

I9粉砂,分布于整个场地，含云母碎屑，夹粘土层，稍密。

分布于整个场地，青灰色，含云母碎屑，夹少量粘性土，中等密实,I10粉砂,上述场地具有如下特点,场地土为淤泥质粉质粘土和粉土互层。

I2、I4层淤泥质粉质粘土土质软弱，灵敏度分别为2.9和5.6，属中、高灵敏度。

I2、I4层属于低塑性指数的淤泥质粉质粘土，渗透系数较大。

地下水位于地表下0.7m处，场地临近长江，地下水丰富。

三、施工工艺试验,

（一）沉管制桩过程地基土中的超孔隙水压力,量测振动沉管制桩过程地基土中产生的超孔隙水压力,孔压测头埋设图,所有测头都位于I2层淤泥质粉质粘土层中,A桩施工引起的超孔隙水压力比较大，最大值为80kPa，,距A桩0.7m孔压测头,消散得较快,沉管过程中引起的超孔隙水压力在投料的时间间隔内，已得到大部分的消散，,拔管过程引起的超孔隙水压力的升高亦随移机时间间隔基本得到消散。

A桩施工时，沉管、投料过程中引起的超孔隙水压力小，最大值为28kPa。

A桩施工时，孔压测得的超孔隙水压力为零,距A桩1.4m孔压测头,距A桩2.2m的3号孔测头,沉管制桩过程中由于挤压和振动引起的超孔隙水压力衰减较快,距桩0.7m处最大超孔隙水压力u80kPa距桩1.4m处最大超孔隙水压力u28kPa距桩2.2m处超孔隙水压力u0kPa,地基土软弱，沉管容易，沉管过程中激振力不是很大,I2,I4层淤泥质粉质粘土属中、高灵敏度土,由于沉管的振动,土的结构遭到破坏,强度降低,使激振力在水平方向衰减较快,I2淤泥质粉质粘土层垂直、水平两个方向的渗透系数均为10-5量级，渗透系数较大，因此沉管制桩过程中产生的超孔隙水压力消散得较快。

从孔压量测结果分析，由于沉管制桩过程中挤压和振动的影响，距桩1.4m范围内均引起孔隙水压力上升。

结论,采取连续施打方案，当桩距为1.2m时，对邻桩产生的超孔隙水压力将在2880kPa之间。

（二）连续施打对桩身质量的影响,在现场进行了连续施打和跳打的试验。

连续施打的CFG桩桩身被挤扁，桩径较小。

跳打的CFG桩桩径较规则，没有发现被挤扁的现象，,采取跳打措施方能保证工程质量,（三）桩身混合料坍落度及拔管速率对桩身质量的影响,在现场进行了沉管制桩试验,发现坍落度为8-10cm的混合料沉管制桩完毕，桩顶浮浆较多，厚度达1m左右.,坍落度为2-4cm的混合料沉管制桩完毕，桩顶浮浆较少，只有10cm左右.,坍落度为8-10cm,坍落度为2-4cm,坍落度大浆液较多较稀，由于拔管的振动作用使混合料密实，充填满孔隙后多余的浮浆被振至桩顶，因而影响桩身质量。

坍落度小浆液较稠较少，正好充填石子、石屑级配的空隙，因而桩顶浆液较少，对桩身质量有利。

由配比试验得知，坍落度小，需水量少，水灰比小，强度高。

从现场试验可知，CFG桩身混合料的坍落度采用3cm左右施工是比较合适的。

四、CFG桩检测,从表中可以看出，承载力均大于设计值160kPa的要求。

五、经济效益比较,沉降观测表明，大部分测点沉降为4-6cm。

差异沉降远小于3，达到设计要求。

该工程CFG桩地基处理工程造价（包括CFG桩，条型基础及试验费）共163万元，比常用的钢筋混凝土桩基方案节约30（60多万元）。

一、工程概况,航天部631所35号、36号六层住宅楼地基土较软弱，承载力满足不了设计要求。

用CFG桩加固处理。

二、工程地质条件,航天部621所35号、36号住宅搂地基处理工程,上部填土,中部静水沉积的粉质粘土（含有机质）和粉土（炭化土）,下部为冲、洪积成因的粉质粘土、粉土层,黄褐色，以粉土为主，含少量杂质、植物根；稍湿、稍密。

厚度0.7-1.0m。

1.杂填土,杂色，含大量杂质及碎砖石；稍湿、稍密，厚度1.0m。

2.素填土,黑色-灰黑色，含有大量有机质未完全腐烂的草、树屑，可塑，稍-中密厚度0.6m-4.3m,孔隙比e0.85-1.13，液性指数0.37-1.15，压缩系数a0.25-0.46Mpa-1，fk60kPa。

3.粉土（炭化土）,4.粉质粘土,黑灰色，含较多有机质；可塑，湿，稍密-中密。

厚度0.5m-2.3m,孔隙比e1.03-1.90，液性指数为0.92-1.14，压缩系数a0.54-1.39Mpa-1，fk60kPa。

5.粉质粘土,灰-褐灰色，含氧化铁、铁锰质和云母片；可塑，湿，中密厚度0.7-1.8m。

孔隙比e0.61-0.88，液性指数0.42-0.50，压缩系数a0.22-0.42MPa-1，fk180kPa。

三、复合地基设计和施工,褐黄色-褐灰色，含氧化铁、云母片和少量有机质；可塑，湿，中密。

孔隙比e=0.58-0.73，液性指数0.37-0.63，压缩系数a=0.11-0.27MPa-1,fk=200kPa,6.粉土,CFG桩设计,设计宽80cm的钢筋混凝土承台梁下布置单排CFG桩,横墙桩距为1.295m，纵墙桩距为1.100m和1.350m,桩径为40cm，有效桩长8m,设计承载力标准值为180kPa,施工,相邻桩间隔5天的跳打,混合料坍落度采用3-5cm,拔管速率不大于1.5mmin,垫层材料为石屑，垫层厚度为20cm,四、CFG桩检测,35号、36号住宅楼各随机抽取两根CFG桩进行检测,67号、34号、96号和48号单桩竖向极限承载力标准值均不低于700kN。

综合上述试验结果，单桩竖向承载力标准值fk350kN。

经计算，复合地基承载力标准值不低于300kPa，满足设计要求。

36号楼上部结构施工完二层后才进行沉降观测，实测值偏小，平均沉降为5mm。

四、经济效益比较,二幢住宅楼，原设计的上部外砖内模轻型结构改为普通砖混结构，节约投资约40万元；下部的预制桩基改为CFG桩加固，节约费用约14万元。

两幢楼共节约投资约54万元。

施工过程中对两幢楼的变形进行了观测,35号楼的平均沉降为19mm,一、工程概况及工程地质条件,山东省德州地区医药管理局综合住宅楼为三栋十六层高层住宅楼群，每栋住宅楼建筑面积约10000m2。

山东德州医药管理局综合住宅楼地基处理工程,工程概况,建筑物场地平坦，属河流冲积平原地貌单元.,上部为框剪结构，箱型基础，基底面积为750m2左右。

工程地质条件,上部为填土,下部为粉土及粉质粘土和夹少量薄层粘土.,二、CFG桩设计,基底天然地基承载力标准值fk110kPa,设计要求1号、3号楼承载力标准值fk330kPa，2号楼承载力标准值fk320kPa,CFG桩布桩形式为等边三角形，桩距1.40-1.45m，每幢楼下布桩440根,1号、3号楼为12.0m，2号楼为13.5m，桩尖落在、层上,有效桩长：

桩径为380mm桩体混凝土等级按C10配制褥垫层采用级配砂石，厚度25cm,三、CFG桩施工,

（一）桩尖,桩尖采用钢筋混凝土预制桩尖，放线后先预埋好.,

（二）拨管速率,施工中改装慢速电机，拔管速度控制在不大于1.5mmin，匀速提升。

四、施工工艺试验,

（一）施工顺序试验,当施打11号桩时，10号桩桩顶混合料液面上浮9cm当施打15号桩时，14号桩混合料液面上浮8cm,连打和跳打的试验,10号、11号桩连打,11号、13号桩跳打,13号、14号、15号连打,施打新桩时，观察已打桩桩顶上抬情况,施打13号桩时对11号桩影响甚微,对于跳打桩,对于连打桩,连打对已打桩影响较大,

（二）地面隆起,对场地土隆起变形，在每遍施打完毕后，用随机抽样的方法，用水平仪测量场地标高，每次测量抽样随机点每栋楼不少于15个。

3栋楼场地竣工后地表隆起均不超过3cm，由此可见，对本场地土，施工产生的地表隆起可不予考虑。

对于深层土的变形，在1号楼场地埋设两组钢筋深标。

深标埋深分别为5m、3m、1m，施打第一、二遍后用水平仪观测深标变形。

这说明在振动沉管时，由于振动对周围土的影响，粉土有不同程度的液化，带动深标下降。

二组三个不同深度的深标变形均表现为下降趋势，,五、承载力检测,复合地基承载力标准值不低于320kPa，满足设计要求。

六、变形观测,建筑物中心点的沉降为,本工程做了四根单桩静载荷试验，结果表明，单桩承载力标准值不低于500kN，,可见计算结果和实测结果还是较为吻合。

根据复合地基变形计算式,1号楼为38mm,2号楼为33mm,3号楼为42mm,根据三幢楼的实测沉降观测资料,三幢住宅楼的平均变形为,1号楼为24mm,2号楼为15mm,3号楼为30mm,七、经济分析,采用预制桩方案，每幢楼的地基处理费用约90万元,若采用灌注桩或夯扩桩方案，每幢楼地基处理费用约60-70万元,采用CFG桩复合地基方案，每幢楼地基处理造价仅30万元左右,是预制桩方案造价的13，是灌注桩（或夯扩桩）方案造价的12左右。

工程实例四天津盘山发电厂冷却塔地基处理工程,一、工程概况,盘山发电厂位于天津市。

该厂一期工程设6500m2冷却塔两座，为钢筋混凝土薄壁塔，塔身3.00标高处直径105.0m，塔高132.0m。

拟建场地原为耕地，地形平坦，地基土层自上而下分布为：

1耕土层,厚度约0.5m.,2粉质粘土层,可塑，中密，中等压缩性土，承载力标准值180kPa，平均厚度2.0m.,3.软弱粉质粘土层,软-流塑，稍密-中密，强度不均，承载力标准值约120kPa，平均厚度约4.5m.,可塑-硬塑，中密，中压缩性土，承载力标准值200kPa，平均厚度约4.0米。

4.粘土、粉质粘土层,511.0m以下为安山岩,地下水位于地表下3.0-4.0m,1复合地基的垂直承载力标准值为220kPa2水平承载力标准值为48kPa3差异沉降量小于等于0.05%,地基用CFG桩复合地基加固,上部结构对复合地基的要求为,二、设计与施工概况,

（一）CFG桩强度,确定CFG桩强度为C13，设计单桩承载力300kN,

（二）桩长,桩长确定为7.810.0m，施工中通过激振电流和贯入度控制。

（三）桩径与桩距,成桩直径约380mm,采用三角形密徘布桩原则，桩距1.3m,施工中采用隔排隔桩跳打工艺，以避免对相邻桩的挤压影响,冷却塔于1992年底建成投产，截止1995年底的沉降观测资料，复合地基的绝对沉降量不超过10mm，差异沉降量亦小于设计要求值。

三、效果及评价,单桩复合地基垂直静载荷检验，检验结果复合地基承载力标准值为260kPa，符合上部结构设计要求,工程实例五浙江宁波联丰住宅小区地基处理工程,一、工程概况,宁波联丰住宅小区位于宁波市二环路西侧，建筑面积13万m2，划分为五个组团，为68层多层砖混住宅，条形基础。

设计要求地基承载力标准值为l80kPa，绝对沉降量小于80mm，差异沉降量满足现行规范要求。

经过方案论证，决定采用CFG桩复合地基加固。

二、工程地质条件,该工程拟建场地内地质条件很差，以v组团为例，自上而下土层为：

1耕土和粘土：

饱和，可塑一软塑，均匀性差，承载力标准值62kPa，层厚0.5一1.1m。

2淤泥质粘土和淤泥：

饱和，流塑，高压缩性，是浅基础建筑物的主要压缩层，承载力标准值40kPa，层厚2.13.4m。

3粘土：

饱和，软塑一可塑，中一高压缩性，局部缺失，承载力标准值64kPa，层厚为0.7一1.4m。

4淤泥质粘土和淤泥：

饱和，流塑，高压缩性，承载力标准值51kPa，层厚7.79.5m。

5淤泥质粘土夹粉土：

顶部为绿灰色粉土，饱和，稍密，中一高压缩性；下部为灰色淤泥质土，饱和，流塑，高压缩性土，分布广，层厚差异大，在2.59.5m之间，承载力标准值69kPa。

6粘土及粉质粘土：

饱和，可塑，中等压缩性，层顶标高起伏较大，层厚差异悬殊，层厚为2378m，承载力标准值242kPa。

三、设计与施工概况,

（一）配少量构造钢筋,由于联丰小区的软土渗透系数太小，几乎是不可挤密的，CFG桩沉管施工过程中挤压力造成的土体隆起将很严重，但土体隆起量越接近地表越大，而地表下约3m左右的土体中挤压应力也相对较大。

为确保CFG桩不因土体隆起而拉断或挤断，配置了3根直径10mm，长35m的少量构造配筋。

构造配筋至褥垫层以下，不与基础连接。

（二）褥垫厚度,联丰小区天然地基的承载力值较低，一般只有60kPa左右，且有部分为40kPa的软弱夹层，而上部结构荷载大多数只能由CFG桩承担，由于桩土模量相差较大，为保证桩土共同工作，CFG桩复合地基褥垫层厚度设计为250一300mm。

（三）合理的施工工艺,CFG桩采用连续施打工艺，由建筑物中心沿长轴方向从里向外逐排进行。

联丰小区CFG桩复合地基共处理37栋楼，设计布桩7211根，平均桩长19.5m，桩径约390mm，设计桩身强度C13，桩距1.45m一1.8m，设计单桩承载力300kN。

四、效果及评价,联丰小区的主体工程于1994年5月基本竣工，至1995年底的沉降观测，小区内采用CFG桩复合地基处理的建筑，其绝对沉降量和差异沉降量均满足设计要求。

CFG桩复合地基的造价与当地传统的振动沉管灌注桩基础相比，节约造价15左右。