水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩.它是在碎石桩的基础上,加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩,是近年来新开发的一种地基处理技术.通过调整水泥的掺量及配合比,可使桩体强度等级为C5~C20变化.水泥粉煤灰碎石桩法吸取了振冲碎石桩和水泥土搅拌桩的优点,具体体现在以下三个方面:
(1)施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样,工艺简单.与振冲碎石桩相比,无场地污染,施工振动的影响较小.
(2)仅需少量水泥,所用材料便于就地取材,基础工程不会与上部结构争“三材”,优于水泥搅拌桩.
(3)受力特性与水泥搅拌桩类似.CFG桩与一般碎石桩之间的区别,见表6．7.
表6．7 碎石桩与CFG桩的对比
续表
CFG桩在受力特性方面介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间.与碎石桩相比,CFG桩桩身具有一定的刚度,不属于散体材料桩,其桩体承载力取决于桩侧摩阻力和桩端端承力之和或者是桩体的强度.当桩间土不能提供较大的侧限时,CFG桩复合地基承载力大于碎石桩复合地基.与钢筋混凝土桩相比,其桩体强度和刚度比一般混凝土小得多,有利于充分发挥桩体材料的潜力,降低地基处理费用.
CFG桩是由水泥、粉煤灰、石子、石屑加水拌和形成的混合材料灌注而成.这些材料各自的含量多少对混合材料的强度有很大影响,可以通过室内外材料配合比试验和材料力学性能试验确定.
6．7．2 设计计算
(1)加固机理.CFG桩加固软弱地基的作用主要有三种,即桩体作用、挤密与置换作用和褥垫层作用.
①柱体作用.在荷载作用下,CFG桩的压缩性明显小于其周围软土.因此,基础传递给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上,出现了应力集中现象,复合地基中的CFG桩起到了桩体作用.
另外,与由松散材料组成的碎石桩不同,CFG桩桩身具有一定的粘结强度.在荷载作用下,CFG桩桩身不会出现压胀变形,桩身承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传递到地基深处,使复合地基的承载力有较大幅度提高,加固效果显著,而且,CFG桩复合地基变形小,沉降稳定快.
②挤密与置换作用.当CFG桩用于挤密效果好的土时,由于CFG桩采用振动沉管法施工,机械的振动和挤压作用使桩间土得以挤密.复合地基承载力的提高既有挤密又有置换.当CFG桩用于不可挤密的土时,其复合地基承载力的提高只是置换作用.
③褥垫层作用.有级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层,在CFG桩复合地基中有以下四种作用:
a．保证桩、土共同承担荷载.
b．减少基础底面的应力集中.
c．褥垫层厚度可以调整桩、土荷载分担比.
d．褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比.
(2)设计计算.用CFG桩处理软弱地基,其主要目的是提高地基承载力和减小地基的变形.这一点通过发挥CFG桩的桩体作用来实现.对松散砂性土地基,可以考虑振动沉管施工时的挤土效应.但如果是以挤密松散砂性土为主要加固目的,那么采用CFG桩是不经济的.
①参数.桩径:CFG桩常采用振动沉管法施工,其桩径应根据桩管大小而定,一般为300~800mm.长螺旋钻中心压灌、干成孔和振动沉管成桩宜为350~600mm;泥浆护壁钻孔成桩宜为600~800mm;钢筋混凝土预制桩宜为300~600mm.
桩距:桩距的选取需要考虑多种因素,若提高地基承载力以满足设计要求,桩体作用的发挥、场地地质条件以及造价等因素,而且施工要方便.可参考表6．8选取.
表6．8 桩距选用表
②承载力确定.CFG桩复合地基承载力值的确定,应以能够比较充分地发挥桩和桩间土的承载力为原则,所以,可取比例界限荷载值作为复合地基的承载力.
③复合地基的承载力可按下式确定:
式中 fspk——CFG桩复合地基承载力值(k N);
fsk——天然地基承载力(k Pa);
Ap——桩的截面面积(m2);
λ——单桩承载力发挥系数,可取1．0;
β——桩间土承载力折减系数,一般取0．75~0．95,天然地基承载力较高时取高值.
④单桩竖向承载力特征值Ra的取值,应符合下列规定:
a．当采用单桩载荷试验时,应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2.
b．当无单桩载荷试验资料时,可按下式估算:
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(k Pa).
⑤变形计算.地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB 50017—2011)的有关规定执行.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ζ倍,ζ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(k Pa).
变形计算经验系数φs根据当地沉降观测资料及经验确定,也可采用表6．9数值.
表6．9 变形计算经验系数φs
6．7．3 施工
CFG桩目前一般是采用振动沉管桩法施工.由于它是一项新发展起来的地基处理技术,其设计计算理论和工程施工经验还远不够成熟,因此,施工前一般须进行成桩试验,以确定有关技术参数后,再精心组织施工.
(1)沉管.
①桩机就位必须平整、稳固,调整沉管与地表面垂直,确保垂直度偏差不大于1％.
②如果采用预制钢筋混凝土桩尖,需要将桩尖埋入地表以下300mm左右.
③启动马达开始沉管,沉管过程中注意调整桩机的稳定,严禁倾斜和错位.
④做好沉管记录.激振电流每沉管1m记录一次,对土层变化处应说明到设计标高.
(2)投料.
①在沉管过程中可用料斗进行空中投料,待沉管至设计标高后必须尽快投料,直到沉管内的混合料面与钢管投料口齐平为止.
②若上述投料量不足,须在拔管过程中空中投料,以确保成桩桩顶标高满足设计要求.
③严格按设计规定配制混合料.
④按设计配合比配制混合料,将其投入搅拌机加水拌和,加水量由混合料的坍落度控制,一般坍落度为30~50cm,成桩后的桩顶浮浆厚度一般不超过200mm.
⑤混合料搅拌时间不得少于1min,须搅拌均匀.
(3)拔管.
①第一次投料结束后,开动马达,沉管原地留振10s左右,然后边振动边拔管.
②拔管速度控制在1．2~1．5m/min左右,如遇淤泥或淤泥质土,可适当放慢速度.
③桩管拔出地面后,确认其符合设计要求后用粒状材料或湿黏土封顶,移机.
(4)施工顺序.隔排隔桩跳打,且间隔时间不应少于7d.
(5)桩头处理.施工后待CFG桩体达到一定强度(一般为7d左右)后开挖或联合开挖.人工开挖留置不小于700mm厚的土层.
(6)铺设垫层.在基础下铺设一定厚度的垫层,工程中一般垫层厚度为桩径的40％~60％,以便调整CFG桩和桩间土的共同作用.
6．7．4 质量检验
在施工过程中,抽样做混合料试块,一般一个台班做一组(3块),试块尺寸为150mm×150mm,并测定28d抗压强度.施工结束28d后进行单桩复合地基载荷试验.抽捡率为总桩数的1％,且每个单体工程不应少于3点.并采用低应变动力试验,检测桩身完整性,低应变检测数量占桩数10％.
CFG桩施工的允许偏差、检验数量及检验方法见表6．10.
表6．10 CFG桩施工的许偏差、检验数量及检验方法
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