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【摘 要】分析了CFG桩复合地基的作用机理及特点,结合安阳市区的工程地质特征,对CFG桩复合地基在本地区的适宜性及应用进行分析。
【关键词】CFG桩复合地基;地基处理;承载力
The application of cement-flyash-gravel pile in Anyang city
Wang Jian-long,Gao Tao
(Henanprovince Anyang building and design researsh institute Anyang Henan 455000)
【Abstract】This paper analyse the construction technology and the feature of cement-flysh-gravel pile,conbine with the characteristic of Anyang geological engineering,analyse the appropriate and the apply of cement-flysh-gravel pile in the area。
【Key words】CFG stake compound foundation;Foundation processing;Loading dint
随着我国城市建设的发展,一些中小城市这几年的高层建筑如雨后春笋般拔地而起,随之而来的就是地基处理问题。CFG桩复合地基作为一种比较成熟的地基处理方法,在安阳地区得到了大面积的推广应用。
1.CFG桩复合地基的特点和作用机理
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩的简称,是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基,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。常用桩体强度在C10~C30之间变化,其水泥用量约为钢筋砼灌注桩的50%~60%。由于一般不配钢筋,通常也称作素砼桩。随着复合地基理论和工程实践的发展,部分地区也将插筋增强型CFG桩应用于高层、超高层建筑。
CFG桩具有较强的置换作用,其它参数相同,桩越长、桩的荷载分担比越高。尽管作为一种复合地基形式,其刚性桩性状非常明显,桩坐落在承载力相对较高的土层上有显著的端承作用,这样可以很好地发挥桩的端阻力,并可沿桩长充分发挥侧摩阻力。
CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土及褥垫层共同组成,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。厚度一般取15cm~30cm,褥垫层是CFG桩复合地基中不可缺少的重要组成部分,较厚的褥垫层可以充分发挥桩间土的承载能力,随着垫层厚度的减小,桩分担的荷载比例会增大。合适的褥垫层厚度可确保基础、桩与土的共同作用,并减少基底应力集中。一般当大桩径、大桩距或桩承受的应力较大时褥垫层厚度取大值,反之则取小值。
2. 安阳市区的地质情况及CFG桩的适宜性
安阳市地处太行山复背斜南段东翼与华北平原的过渡带上。地质构造上位于太行山山前深大断裂在中生代形成的汤阴地堑北端,由安南和安北两断裂在晚第三纪末到第四纪初形成的次一级的安阳小地堑之中。地层50米深度以内为第四纪冲洪积物,地层结构一般为上部为约2~4米的新近沉积粉土或粉质粘土,这层土的天然地基承载力特征值一般为100~120KPa,往下到7~8米为Q41粘土~粉质粘土,承载力较高,承载力一般均能达到150KPa以上,再往下为Q3及Q2粉质粘土或粉土为主,夹砂层。故桩长范围内均为一般粘性土,地下水位一般为地下15~20米。结合以上地层特点,在CFG桩的的几种成桩工艺中选择长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺,该工艺属非挤土成桩工艺,具有穿透能力强,低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制的特点,在一般中小城市市区是比较适合的。
结合高层建筑物的基础和荷载特点,一般均设1~2层地下室或地下车库,基础埋深一般均大于4米,这样地表的新近沉积土层一般均能挖除,基础持力层为承载力较高的Q41粘土,这样在复合地基计算时桩间土就能承担较大的基底荷载。
安阳市近几年新建的高层建筑基本在30层以下,基底荷载并不太大,由于高层建筑对地基变形的要求较高,尽管安阳市东区一般为均匀地基,为了尽可能避免场地岩性变化大可能造成建筑物沉降的不均匀性,CFG桩宜采用大桩长,好持力层。结合安阳市东区的地质情况,地下15~20米土层为Q3土,含较多姜石,局部夹中密的砂层,一般承载力均较高,适宜作为桩端持力层。
3. 工程实例
3.1 工程概况。
安阳市东区某工程高27层,地下两层;平面形式为蝶形,长26.4~29.0米,宽20.3~24.3米,地下室基础埋深自然地面下约7米。钢筋混凝土剪力墙结构,采用筏板基础,基底荷载效应标准组合值为480KPa。该场地主要土层特征如下(表1):
3.2 CFG桩复合地基设计。
根据勘察报告,基底土层为第③层粉质粘土层,该层土天然地基承载力特征值为150KPa,经深宽修正后的天然地基承载力不能满足荷载要求。由于基底下20米深度内均为粉质粘土、粉土和中密砂层,无碎石土、密实砂等坚实土层,地层较稳定,经过综合选型,最终确定采用CFG桩复合地基方案,要求加固处理后的复合地基承载力特征值不小于430KPa。
当采用CFG桩复合地基时,根据场地地质工程条件,以勘察报告中第⑨层可~硬塑状的层为桩端持力层,根据勘察报告中所提供的CFG桩侧阻力(qsi)、桩端阻力(qp)特征值参数,结合《高层规程》、《地基规范》和,经计算以第⑨层土作为桩端持力层,桩入土深度按20米考虑,桩径为0.4米时,依据《地基处理规范》公式:
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk (β取0.85)
Ra=upΣqsiLi+qpAp
面积置换率m=0.054
Ae=Ap/m=2.32m按正方形布桩时s=2.32= 1.52m,考虑一定的安全系数,桩间距取1.45米,满足3~5倍桩距的规范要求。
fcu=20MPa>3Ra/Ap=17.8MPa
3.3 CFG桩复合地基的施工中应注意的问题。
该工程采用了长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩法进行施工,具体施工工艺流程为:钻位放线-钻机就位-钻孔成孔至设计标高-泵送混合料同时提拔钻杆-桩养护-清除钻孔弃土及桩间保护土-桩头处理-褥垫层铺设。
在长螺旋钻孔钻至设计深度后应准确掌握提拔钻杆时间,其中混合料泵送量应与拔管速度相配合,在饱和沙土及粉土层不得停泵待料;考虑浮浆的影响,桩顶标高高出设计桩顶标高0.5米,在桩体达到一定强度(一般为7天左右)后再进行桩头处理;同时截桩及清理桩间土时不能造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
3.4 CFG桩复合地基的检测及变形观测。
依据规范要求,在CFG桩施工完毕后28天龄期取总桩数的0.5%~1%,共计三根单桩进行静载荷试验,结果表明单桩承载力及复合地基承载力均满足设计要求。同时抽取不少于总桩数的10%进行低应变动力试验检测桩身完整性,从现场检测结果看,有个别桩身存在水平和竖向裂缝,经过处理后进行复测均评定为Ⅰ类桩,满足设计要求。
该工程在2009年底主体工程完工后的沉降观测资料表明平均沉降量为16mm,与设计计算结果28 mm比较相对偏小。
3. 结束语
从CFG桩复合地基的作用机理以及安阳市区的地质情况特点来看,CFG桩复合地基在本地是一种比较适宜的地基处理方法,同时工程造价与桩基础等其它地基处理方法相比经济效果也非常明显。随着CFG桩复合地基的研究深入及工法应用越来越成熟,相信CFG桩复合地基将有更广阔的应用空间及更大的发展。
参考文献
[1] 《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)
[2] 《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)
[文章编号]1006-7619(2010)07-09-642
【关键词】CFG桩复合地基;地基处理;承载力
The application of cement-flyash-gravel pile in Anyang city
Wang Jian-long,Gao Tao
(Henanprovince Anyang building and design researsh institute Anyang Henan 455000)
【Abstract】This paper analyse the construction technology and the feature of cement-flysh-gravel pile,conbine with the characteristic of Anyang geological engineering,analyse the appropriate and the apply of cement-flysh-gravel pile in the area。
【Key words】CFG stake compound foundation;Foundation processing;Loading dint
随着我国城市建设的发展,一些中小城市这几年的高层建筑如雨后春笋般拔地而起,随之而来的就是地基处理问题。CFG桩复合地基作为一种比较成熟的地基处理方法,在安阳地区得到了大面积的推广应用。
1.CFG桩复合地基的特点和作用机理
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩的简称,是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基,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。常用桩体强度在C10~C30之间变化,其水泥用量约为钢筋砼灌注桩的50%~60%。由于一般不配钢筋,通常也称作素砼桩。随着复合地基理论和工程实践的发展,部分地区也将插筋增强型CFG桩应用于高层、超高层建筑。
CFG桩具有较强的置换作用,其它参数相同,桩越长、桩的荷载分担比越高。尽管作为一种复合地基形式,其刚性桩性状非常明显,桩坐落在承载力相对较高的土层上有显著的端承作用,这样可以很好地发挥桩的端阻力,并可沿桩长充分发挥侧摩阻力。
CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土及褥垫层共同组成,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。厚度一般取15cm~30cm,褥垫层是CFG桩复合地基中不可缺少的重要组成部分,较厚的褥垫层可以充分发挥桩间土的承载能力,随着垫层厚度的减小,桩分担的荷载比例会增大。合适的褥垫层厚度可确保基础、桩与土的共同作用,并减少基底应力集中。一般当大桩径、大桩距或桩承受的应力较大时褥垫层厚度取大值,反之则取小值。
2. 安阳市区的地质情况及CFG桩的适宜性
安阳市地处太行山复背斜南段东翼与华北平原的过渡带上。地质构造上位于太行山山前深大断裂在中生代形成的汤阴地堑北端,由安南和安北两断裂在晚第三纪末到第四纪初形成的次一级的安阳小地堑之中。地层50米深度以内为第四纪冲洪积物,地层结构一般为上部为约2~4米的新近沉积粉土或粉质粘土,这层土的天然地基承载力特征值一般为100~120KPa,往下到7~8米为Q41粘土~粉质粘土,承载力较高,承载力一般均能达到150KPa以上,再往下为Q3及Q2粉质粘土或粉土为主,夹砂层。故桩长范围内均为一般粘性土,地下水位一般为地下15~20米。结合以上地层特点,在CFG桩的的几种成桩工艺中选择长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺,该工艺属非挤土成桩工艺,具有穿透能力强,低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制的特点,在一般中小城市市区是比较适合的。
结合高层建筑物的基础和荷载特点,一般均设1~2层地下室或地下车库,基础埋深一般均大于4米,这样地表的新近沉积土层一般均能挖除,基础持力层为承载力较高的Q41粘土,这样在复合地基计算时桩间土就能承担较大的基底荷载。
安阳市近几年新建的高层建筑基本在30层以下,基底荷载并不太大,由于高层建筑对地基变形的要求较高,尽管安阳市东区一般为均匀地基,为了尽可能避免场地岩性变化大可能造成建筑物沉降的不均匀性,CFG桩宜采用大桩长,好持力层。结合安阳市东区的地质情况,地下15~20米土层为Q3土,含较多姜石,局部夹中密的砂层,一般承载力均较高,适宜作为桩端持力层。
3. 工程实例
3.1 工程概况。
安阳市东区某工程高27层,地下两层;平面形式为蝶形,长26.4~29.0米,宽20.3~24.3米,地下室基础埋深自然地面下约7米。钢筋混凝土剪力墙结构,采用筏板基础,基底荷载效应标准组合值为480KPa。该场地主要土层特征如下(表1):
3.2 CFG桩复合地基设计。
根据勘察报告,基底土层为第③层粉质粘土层,该层土天然地基承载力特征值为150KPa,经深宽修正后的天然地基承载力不能满足荷载要求。由于基底下20米深度内均为粉质粘土、粉土和中密砂层,无碎石土、密实砂等坚实土层,地层较稳定,经过综合选型,最终确定采用CFG桩复合地基方案,要求加固处理后的复合地基承载力特征值不小于430KPa。
当采用CFG桩复合地基时,根据场地地质工程条件,以勘察报告中第⑨层可~硬塑状的层为桩端持力层,根据勘察报告中所提供的CFG桩侧阻力(qsi)、桩端阻力(qp)特征值参数,结合《高层规程》、《地基规范》和,经计算以第⑨层土作为桩端持力层,桩入土深度按20米考虑,桩径为0.4米时,依据《地基处理规范》公式:
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk (β取0.85)
Ra=upΣqsiLi+qpAp
面积置换率m=0.054
Ae=Ap/m=2.32m按正方形布桩时s=2.32= 1.52m,考虑一定的安全系数,桩间距取1.45米,满足3~5倍桩距的规范要求。
fcu=20MPa>3Ra/Ap=17.8MPa
3.3 CFG桩复合地基的施工中应注意的问题。
该工程采用了长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩法进行施工,具体施工工艺流程为:钻位放线-钻机就位-钻孔成孔至设计标高-泵送混合料同时提拔钻杆-桩养护-清除钻孔弃土及桩间保护土-桩头处理-褥垫层铺设。
在长螺旋钻孔钻至设计深度后应准确掌握提拔钻杆时间,其中混合料泵送量应与拔管速度相配合,在饱和沙土及粉土层不得停泵待料;考虑浮浆的影响,桩顶标高高出设计桩顶标高0.5米,在桩体达到一定强度(一般为7天左右)后再进行桩头处理;同时截桩及清理桩间土时不能造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
3.4 CFG桩复合地基的检测及变形观测。
依据规范要求,在CFG桩施工完毕后28天龄期取总桩数的0.5%~1%,共计三根单桩进行静载荷试验,结果表明单桩承载力及复合地基承载力均满足设计要求。同时抽取不少于总桩数的10%进行低应变动力试验检测桩身完整性,从现场检测结果看,有个别桩身存在水平和竖向裂缝,经过处理后进行复测均评定为Ⅰ类桩,满足设计要求。
该工程在2009年底主体工程完工后的沉降观测资料表明平均沉降量为16mm,与设计计算结果28 mm比较相对偏小。
3. 结束语
从CFG桩复合地基的作用机理以及安阳市区的地质情况特点来看,CFG桩复合地基在本地是一种比较适宜的地基处理方法,同时工程造价与桩基础等其它地基处理方法相比经济效果也非常明显。随着CFG桩复合地基的研究深入及工法应用越来越成熟,相信CFG桩复合地基将有更广阔的应用空间及更大的发展。
参考文献
[1] 《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)
[2] 《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)
[文章编号]1006-7619(2010)07-09-642