不同材料或桩体组成的复合地基的区别
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第一章绪论1、定义:如果天然地基很软弱,不能满足建(构)筑物对地基稳定、变形以及渗透方面的要求时,则要对地基进行人工处理后再建造基础,这种地基加固称为地基处理。
2、需要解决的问题(1)地基承载力及稳定性 (2)沉降、水平位移及不均匀沉降(3)渗漏 (4)液化 (5)特殊土不良地基的特性3、软弱土:淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土以及其它高压缩性土。
淤泥和淤泥质土:第四纪后期在冰海、湖泊、河(江)滩、三角洲、冰碛等地质环境下沉积而成,还有部分冲填土和杂填土。
广泛分布于东南沿海地区和内陆江、河、湖泊的周围;由软弱土组成的地基,称之为软弱土地基。
4、软弱土的工程特性(1)物理性质差(2)抗剪强度低(3)压缩性较高(4)渗透性很小(5)结构性明显(6)流变性显著5、地基处理的目的(1)提高地基的抗剪切强度(2)降低地基的压缩性(3)改善地基的透水性(4)改善地基的动力特性(液化) (5)改善特殊土的不良地基特性6、地基处理设计原则各类地基处理方法,均有各自特点和工作机理不同方法具有不同加固机理、对不同问题有不同的效果,但存在局限性,没有万能的根据工程地质条件,工程对地基要求,材料、施工机具和施工条件等,对每一工程,综合考虑,方案比选选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案选择可以是单一地基处理方法,也可以是多种方法综合处理技术第二章复合地基理论1、复合地基由两种刚度不同材料组成共同承受上部荷载并协调变形的人工地基变形协调指桩和土变形一致、共同变形2、复合地基的基本特点加固区由集体和增强体两部分组成,是非均质的、各向异性的在荷载作用下,基体和增强体共同直接承担荷载的作用第一个特点使复合地基区别于均质地基,第二个特点区别于桩基础3、复合地基和桩基础的区别前者属于地基范畴,后者属于基础范畴,但两者都是采用桩的形式处理地基,复合地基中桩体与基础往往不是直接连接的,他们通过垫层来过渡,而桩基中桩体与基础直接连接,两者形成一个整体。
CFG桩复合地基在公路挡墙地基处理中的应用摘要:复合地基指部分土体被增强或被置换,形成由地基土和竖向增强体共同承担荷载的人工地基,复合地基强调桩与桩间土共同承担荷载。
根据桩体材料的不同,可分为两类,其一是有粘结强度的桩,如:CFG桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、夯实水泥土桩;其二是无粘结强度的桩,如:振冲碎石桩和沉管砂石桩、灰土挤密桩和土挤密桩、柱锤冲扩桩等。
关键词:CFG桩;负荷地基;公路挡墙;地基处理;应用;分析引言CFG桩(C指Cement,F指Flyash,G指Grav-el)即水泥粉煤灰碎石桩,一般由碎石、石屑、粉煤灰,掺适量水泥加水拌合而成。
以水泥粉煤灰碎石为主形成的复合地基具有承载力高、沉降值小的特点,在工民建的地基处理中应用较多。
近年来,在工期紧、工程质量要求高的高等级公路建设中的高填方地基处理,特别是桥梁台背处的地基加固处理中广泛应用。
使用该种地基处理方案,可控制地基沉降量和提高承载力,有效解决高填方路基工后沉降过大造成桥头跳车严重的问题。
1.施工工艺1.1施工机械的选择目前CFG桩主要采用振动沉管成桩和长螺旋钻成桩两种施工方法。
振动沉管主要适用于无坚硬土层和密实砂层的地质条件,当遇到坚硬的粘土层时,振动沉管施工会发生困难,同时施工中容易出现缩径甚至断桩现象。
长螺旋钻主要适用于地下水埋藏较深的粘性土,成孔时不会发生塌孔现象,不产生噪音,不产生泥浆污染,适合于城市施工,但不适于沙土层的施工。
1.2施工工艺流程确定桩位、钻机就位、钻孔至设计孔底标高、将混凝土投入混凝土泵料斗中、启动混凝土泵将混凝土通过输送管线泵入钻杆芯管、边泵送混凝土边提钻至地表、钻机就位至下一个桩位、所有桩施工完毕、剔除桩头挖除保护桩长内的桩间土、铺设二灰砂砾垫层。
2.CFG桩设计方法2.1适用性及效果CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩。
桩、桩间土和褥垫层构成复合地基。
就地基土质而言,CFG桩复合地基适用于处理粉土、黏性土、砂土和自重固结已完成的素填土地基。
复合基桩是指
复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。
复合桩基系指按大桩距(一般在5一6倍桩径以上)稀疏布置的低承台摩擦群桩或端承作用较小的端承摩擦桩与承台体共同承载的桩基础。
两者主要的区别:
1、从各自概念上看复合地基是一种人工地基,属于地基的范畴;而复合桩基是一种桩和承台体共同承载的桩基础,属于桩基础的范畴。
2、从复合桩基和复合地基的受力特性看,两者也存在显著的差异。
复合桩基才有了明确的传力路径。
上部荷载首先由承台传给桩,当桩达到极限承载力,发生一定的刺人沉降时,荷载才开始逐渐向桩间土转移,并且最终桩土之间有明确的荷载分担。
复合地基中承台和桩体是通过褥垫层来过渡,故桩间土一开始就承担了较大比例的荷载,在正常使用状态下,上部结构的荷载始终由桩和桩间土共同承担。
3、从利用复台桩基相复台地基的出发点看,两者亦有很大差别(即设计思路不同)。
复合地基主要是对薄弱土层进行改造加固,以增强地基土的承载力。
复合地基的主要受力部位还在加固体内,进行复合地基设计时主要考虑的是地基土。
复合桩基则是将桩的承载力用到极限,然后利用其较大的沉降来使桩间土来承担一部分的荷载,以减少工程桩的使用数量,从而达到节省造价的目的。
所以复合桩基设计主要还是
考虑桩。
4、复合桩基所用桩型常为预制桩或质量可靠的灌注桩,这与常规桩基并无区别。
确定常规桩基承载力的静载荷试验仍然适合于复合桩基。
复合地基虽也形成明确的桩体,但套用静载荷试验的方法确定其承载力并不合适。
根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类,又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。
1、复合地基,不用细说拿刚性桩CFG桩复合地基来说。
其为地基,基础下传力与基础传给天然地基模式相同。
由增强体与桩间土共同作用,顶设散粒褥垫层。
其工作模式是浅基础工作模式。
A!fRpN2、复合桩基:为深基础,工作模式是上部荷载通过桩结点传递给深层土。
一般组成为单一承台与承台下多根桩组成。
桩与承台为刚性连接,考虑群桩折减与承台作用。
所谓刚性桩复合地基就是用钢筋混凝土桩或素混凝土桩这样的刚性桩作为增强体与周围土体共同承担上部荷载而形成的复合地基。
是近几年来涌现出的新的地基处理方式之一。
主要区别是基础通过褥垫层传载给增强体与桩间土,复合桩基是承台直接传载给桩与桩间土。
复合桩基属于复合地基的一部分,复合地基基本是通过加强或置换天然地基来提高地基承载力和减少沉降.设置褥垫层作用是让桩产生刺入变形,并把力协调传给桩和桩间土。
上海地区,土质很软,虽然埋身1.5左右的持力层对多层建筑来说可提供足够的承载力(80kpa),但是为了控制沉降,一般也会打一些长度16m左右的小方桩.我们管这个也叫复合桩基.复合地基与复合桩基相同的地方是两个都利用了浅层土体的承载力。
不同的就是前面提到的,复合地基是对软土本身的加固,在软土中设置了若干加强体,桩体与软土共同承担上部荷载;而复合桩基的桩则是将上部荷载传递到较深较好的土层中。
从荷载传递机理来说,复合地基与复合桩基有很大的区别。
从名字上就很能说明问题,复合地基主要是地基指的是加强体加固后整个地基。
而复合桩基是指桩基,指的是桩基的计算中考虑承台下土的贡献后的桩基。
不考虑与基础的连接,对摩擦型桩与CFG桩在竖向抗压承载理论是一致的!应该从传力路径上区别:复合桩基较复合地基传力更明确。
复合桩基:上部荷载-承台-桩-桩间土。
水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)人工复合地基的特点及应用水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩(简称CFG桩),桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。
水泥粉煤灰碎石桩系高粘结强度桩,需在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层。
保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。
水泥粉煤灰碎石桩与素混凝土桩的区别仅在于桩体材料的构成不同,而在其受力和变形特性方面没有什么区别。
掺粉煤灰后,水化热小,干缩性小,抗裂性好(多用于大体积混凝土、地下及海港混凝土)。
见《土木工程材料》第47页第1行;《西南地区建筑标准设计通用图集05J302》第10页第18行(防水混凝土掺粉煤灰20℅)。
水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有承载力提高幅度大,地基变形小等特点,并具有较大的适用范围。
就基础形式而言,既可适用于条基、独立基础,也可适用于箱基、筏基;既有工业厂房,也有民用建筑。
就土性而言,适用于处理粘土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。
对淤泥质土应通过现场试验确定其适用性。
水泥粉煤灰碎石桩不仅用于承载力较低的土,对承载力较高(如承载力fak=200kPa)但变形不能满足要求的地基,也可采用水泥粉煤灰碎石桩减少地基变形。
目前已积累的工程实例,用水泥粉煤灰碎石桩处理承载力较低的地基多用于多层住宅和工业厂房。
比如某厂生活区6层住宅楼,原地基土承载力特征值为60kPa的淤泥质土,经处理后复合地基承载力特征值达240kPa,基础形式为条基,建筑物最终沉降多在4cm左右。
对一般粘性土、粉土或砂土,桩端具有好的持力层,经水泥粉煤灰碎石桩处理后可作为高层或超高层建筑地基,如某高层住宅楼,天然地基承载力特征值为fak=200kPa,采用水泥粉煤灰碎石桩处理后建筑物沉降3~4cm。
对可液化地基,可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基,一般先施工碎石桩,然后在碎石桩中间打沉管水泥粉煤灰碎石桩,既可消除地基土的液化,又可获取很高的复合地基承载力。
1.地基处理:在天然地基较弱的情况下,不能够满足地基强度和变形等要求,则预先要经过人工处理以后再建造基础的地基加固方法。
2.复合地基:由两种刚度(或模量)不同的材料(桩体和桩间土)所组成,在相对刚性基础下,两者共同分担上部荷载并协调变形(包括剪切变形)的地基。
3.碎石桩:是一种粗颗粒土桩,具体是指用振动﹑冲击或振动水冲等方式在软弱地基中成孔后,再将碎石挤压土孔中,形成大直径的由碎石所构成的密实桩体。
4.桩土应力比:在外荷载作用下,复合地基中桩体的竖向平均应力与桩间土的竖向平均应力的比值。
它是复合地基中的一个重要设计参数,它关系到复合地基承载力和变形的计算。
5.面积置换率:在外荷载作用下,复合地基中桩身截面面积与影响面积的比值。
6.掺入比:是指掺加水泥浆的重量与被加固软土的重量的百分比。
7.加筋土挡墙:由填土中布置的一定量的带状拉筋以及直立的强面板三部分所组成的一个整体复合结构。
8.土工聚合物:是岩土工程领域的新型建筑材料,是由聚合物形成的纤维制品的总称,而这些材料都是由聚酰胺纤维(尼龙)﹑聚酯纤维(涤纶)﹑聚丙烯腈(腈纶)和聚丙烯纤维(丙纶)等高分子聚合物加工而合成的。
9.托换技术:指解决对原有建筑物的地基需要处理和基础需要加固或改建等问题;解决在原有建筑物基础下需要修建地下工程以及邻近建造新工程而影响原有建筑物的安全等问题的技术总称。
10.土钉:是将拉筋插入土体内部,拉筋尺寸小,全长度与土粘结,并在破面上喷射混凝土,从而形成土体加固区,其加固类似于重力式挡墙,用以提高整个边坡的稳定性,适用于开挖支护和天然边坡的加固治理,是一种实用的原位岩土加筋技术。
1.树根桩:是一种小型钻孔灌注桩,直径为13~30厘米,桩长5~25米。
它是利用小型钻机按设计直径,钻进至设计深度,然后放入钢筋笼,同时放入灌浆管,注入水泥浆或水泥砂浆,结合碎石骨料成桩。
二、叙述题: (80分)1.试述换土垫层的作用、适用的土质条件和质量检验方法。
44科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald随着我国经济建设的不断高速发展,基础设施建设的规模也日益扩大。
为了合理有效的利用土地资源,建设工作者不断的使用各种方法对软弱地基等不利于工程建筑的因素进行改造,以提高地基强度,保证地基的稳定性,减少地基的沉降和不均匀沉降等等。
当天然地基能够满足建筑物建设需求时通常采用浅基础,当天然地基不能满足建筑物的要求时,通常就需要采用人工处理地基形成复合地基或选择深部持力层设计桩基。
1 桩基础和桩体复合地基的发展过程桩基础是一种古老的基础型式。
早在七千余年前的新石器时代,人们曾在湖泊和沼泽地里栽木筑平台,修建居住点来防止猛兽侵犯。
中国最早的桩基是在浙江省河姆渡原始社会遗址中发现的。
桩基技术到宋代已经比较成熟,在《营造法式》中载有临水筑基一节。
到了明、清两代,桩基技术更趋完善。
如清代《工部工程做法》一书对桩基的选料、布置和施工方法等方面都有了规定。
上海市龙华镇龙华塔(建于北宋太平兴国二年)和山西太原市晋祠圣母殿(建于北宋天圣年间),都是中国现存的使用桩基础的古建筑。
桩基础技术经历了几千年的发展直至今日,无论是桩体材料、桩类型、制桩机械或施工方法都有了巨大的发展,已经形成了现代化基础工程体系。
复合地基的概念被提出来是在1960年。
从20世纪70年代起,我国开始利用碎石桩处理地基,在砂土、粉土中消除地基液化和提高地基承载力,效果令人满意。
第二次世界大战以后,美国研制成功一种就地搅拌桩(MIP),这种搅拌桩是从旋转的中空螺旋钻杆端部向周围被搅散的土中喷射水泥浆,然后再由叶片搅拌均匀而形成的桩体。
1953年,日本清水建设株式会社从美国引进这种施工方法,并进一步加以改进,开发出CS L法和MR -D 法,都是通过钻杆供给水泥浆,用钻杆自带的特殊形状的搅拌翼片搅拌土体,形成水泥土桩。
20世纪60年代,日本和瑞典分别开发出深层搅拌法,专用于加固深层软土。
夯实水泥土桩和CFG桩均是复合地基,复合地基是指部分土体被增强或被置换,而形成的地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。
(一)CFG桩1.名词解释(1)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩):由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高黏结强度而形成的加固体,并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。
2.试用范围CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。
3.一般要求(1)CFG桩桩径宜取350-600mm;(2)长螺旋钻孔、管内泵送混合料成桩施工坍落度宜为160-200mm;振动沉管灌注成桩施工坍落度宜为30-50mm;(3)施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m;(4)冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃;4.工艺流程(1)CFG桩主要工艺包括:定位测量、成孔、压灌混凝土、钻机移位等。
(2桩径偏差≤-20㎜;垂直度偏差≤1%;(3)混凝土压灌①钻杆钻至设计深度后须等钻杆中灌满混凝土后再提钻,一边泵送混凝土,一边提钻,保证提升速度与混凝土泵送量相一致,并设专人指挥协调钻机操作手和混凝土泵操作手之间的配合,严禁先提钻后泵送混合料;②成桩过程中,每台机械一天应做一组试块(试块规格150×150×150mm ),标准养护28天,测定其立方体抗压强度;③压灌混合料单桩充盈系数不小于1.0。
(4)桩位要求条基布桩偏差≤0.25倍桩径满堂布桩偏差≤0.4倍桩径单排布桩偏差≤60mm5.施工中遇到的主要问题(1)堵管原因分析:a混合料配合比不合理;b混合料搅拌质量有缺陷;c设备缺陷;d施工操作不当。
采取措施:严格按配比标准进行CFG材料配置,保证坍落度在160-200mm之间。
搅拌好的混合料注入到混凝土储料斗时,用过滤筛过滤,将粗骨料中的大块石或片石滤出。
施工设备经常检修,施工中按操作要求操作。
(2)窜孔原因分析:a被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;b钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;c土体受剪切扰动能量的积累使土体液化,发生窜孔。
第四章CFG桩复合地基设计4.1特点和适用范围CFG桩为桩体中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和,制成一种粘结强度较高的桩体,与桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。
桩,桩间土与基础之间必须设置一定厚度的褥垫层,即褥垫层是高粘结强度桩复合地基的一部分。
CFG桩属高粘结强度桩,与素硷桩的区别仅在于桩体材料的构成不同,在其受力和变形特性方面无什么区别。
复合地基性状和设计计算,对其它高粘结强度桩复合地基都适用。
CFG桩可适用于条形基础、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。
就土性而言,CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土,既可用于挤密效果好的土,又可用于4.2 CFG桩及其复合地基知识概述CFG桩CFG(Cement Flying—ash Gravel pile)桩是在碎石桩桩体中掺加适量的粉煤灰、石屑或砂、水泥及特种添加剂加水拌合,用各种成桩机械制成的一种高黏结强度桩体的简称。
就其功能原理来讲属于地基处理范畴,桩身可在全长范围内受力,和桩基相比,由于CFG桩可以掺人工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力,工程造价一般为桩基的1/3—1/2。
CFG桩施工速度很快,一台设备10—15 d可处理1 000 m 地基。
目前已应用于公路建设的软基处理、桥涵台背处理和结构物基底处理工程等项目中。
CFG桩复合地基CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土及褥垫层三部分构成。
其构造示意图如图4-1所示。
图4-1 CFG桩复合地基示意图其加固机理总体来说就是:褥垫层受上部基础荷载作用产生变形后以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土,使二者共同受力。
同时土体受到桩的挤密而提高承载力,而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能,二者共同工作,形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部传来的荷载。
由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间土表面应力大。
桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少桩间土承担的荷载。
复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。
在荷载作用下,基体和增强体共同承担荷载的作用。
根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类,又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。
1、螺杆桩高强度复合地基简介螺杆桩复合地基是不同长度的桩体组成的桩体复合地基。
在荷载作用下,地基中的附加应力随着深度增加而减少,为了更有效地利用复合地基中桩体的承载潜能,在桩体复合地基中,可以取不同长度的桩体以适应附加应力由上而下减小的特征。
采用一定的组合形式,将桩间土、褥垫层一起形成复合地基,共同分担一部分轴向荷载及水平荷载,共同协调变形。
2、螺杆桩复合地基的优点(1)、螺杆桩复合地基在地基中形成平面及空间合适的刚度梯度,从而获得了高强度的复合地基。
(2)、螺杆桩复合地基中形成了土的三维应力状态,使土的强度高于其自身承载力的基本值,从而使土的参与工作系数大于1,这是任何其它类型复合地基无法实现的。
(3)、螺杆桩复合地基中优化的竖向刚度,使之形成了三层地基,从而减小了复合地基的沉降。
特别是它有效地解决了建筑物或构筑物的不均匀沉降问题。
(4)、螺杆桩复合地基的设计可以有效降低地震力对结构的影响,同时,即使在建筑物过大水平位移情况下,仍可以有效的传递垂直荷载,并由于加固后消除了可液化土层,从而可以广泛地应用于地震区。
(5)、螺杆桩复合地基可以采用国内具有的机械施工,因而具备了设备及工艺的广泛适应性。
(6)、螺杆桩复合地基适合需要人工方法提高其承载力的土层。
如:杂填土、大孔隙土、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、松散状粉砂土,各种陆相、海相沉积或其陆、海相沉积互层。
(7)、螺杆桩复合地基可以大幅度提高地基承载力、改善桩间土性能、减小沉降,因而可以广泛应用于高层建筑物以及机场、堆场、路基工程、桥梁基础、储油罐等工程的地基处理。
不同材料或桩体组成的复合地基的区别碎(砂)石桩:定义:用振动,冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔,然后将碎(砂)石挤压入已成的孔中,形成大直径的碎(砂)石所构成的密实桩体。
适用条件:适用土体:松散砂土,杂填土,素填土,饱和黏土。
适用范围:中小型工业与民用建筑;港湾构筑物:如码头,护岸等;土工构筑物:如土石坝,路基等;材料堆置场:如矿石场,原料场等;其他:如轨道,滑道船坞等。
加固机理:对松散砂土的加固机理:碎石桩和砂桩挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力,减少变形和提高抗液化能力。
碎石桩和砂桩加固砂土地基抗液化机理主要有下列三方面作用:1,挤密作用:由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力,桩管中的砂挤向桩管周围的砂层,使桩管周围砂层孔隙比减小,密实度增大。
2,排水减压作用:碎石桩加固砂土时,桩体内充填碎石等反滤性好的粗颗粒料,在地基中形成渗透性良好的人工竖向排水减压通道,可以有效的消散和防止超孔隙水压力的增加和砂土产生液化,并加快地基的排水固结。
3,砂基预震效应:在一定应力循环下,经过预震的砂土抗液化能力要强很多,所以在振冲施工时,振冲器会对地基土进行预震,这对提高砂土的抗液化能力是极为有利的。
对黏性土的加固机理:对黏性土特别是饱和软土,碎(砂)石桩的作用不是挤密而是置换。
碎石桩置换法是一种换土置换,以良好性能的碎石来置换不良地基土。
由于碎石桩的刚度比周围的黏性土大,而地基中应力按材料变形模量进行重新分配。
所以大部分荷载有碎石桩承担,提高了地基承载力,降低了沉降。
碎石桩在黏土地基中是一个良好的排水通道,他能起到排水砂井的效能,加速了软土的排水固结,使沉降加快。
如果软土厚度不大,桩体可贯穿软土层,直达相对硬层,减少软土层的压力负担,如果软土层厚度大,桩体不可穿过整个软土层,此时加固的复合土层起垫层的作用,将荷载扩散使应力分布趋于均匀。
设计计算:(1)一般设计原则:1,加固范围:大于基底面积,对一般地基,在基础外缘应扩大1-3排;对于液化地基,在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2,且不小于5m.2,桩位布置:对大面积满堂处理,桩位宜用等边三角形布置;对独立或条形基础,桩位宜用矩形,正方形或等腰三角形布置;对圆形,环形或扇形基础,桩位宜用放射形布置。
3,加固深度:(1)对相对硬层的埋藏深度不大时,按相对硬层的埋藏深度确定;(2)当相对硬层埋藏深度较大时,对按变形控制的工程,加固深度应满足碎石桩砂桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形并满足软弱下卧层承载力的要求;(3)对按稳定性控制的工程,加固深度应不小于最危险滑动面以下2m ;(4)在可液化地基中,加固深度应按要求的抗震处理深度确定;(5)桩长不应小于4m 。
4,桩径:碎(砂)石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。
采用30kW 振冲器成桩时,直径一般为0.7—1.0m ;采用沉管法成桩时,直径一般为0.3—0.7m ,对饱和黏土地基宜选用较大直径。
5,材料:桩体材料可以就地取材,一般使用中,粗混合砂,碎石,卵石,砂砾石等,含泥量不大于5%。
碎石桩桩体材料的容许最大粒径于振冲器的外径和功率有关,一般不大于8cm ,常用粒径为2—5cm 。
6,垫层:施工完毕后,基础底面应铺设30—50cm 厚度的碎(砂)石垫层,垫层应分层铺设,用平面振动器振实。
再不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上,应铺设施工用的临时性垫层。
(2)砂性土的设计计算:一,确定桩距:等边三角形布桩: 100195.0e e e d l -+•=ξ正方形布桩: 100189.0e e e d l -+•=ξ修正系数ξ用来考虑振动下沉密实作用,可取1.1—1.2,不考虑振动下沉密实作用时取1.0。
地基挤密后要求达到的孔隙比1e 可按以下公式求得:)(min max max 1e e D e e r --=r D —地基挤密后要求砂土达到的相对密度,可取0.7—0.85。
二,液化判别:在地面下15m 深度范围内,按下式计算:[]c w s cr d d N N ρ3)(1.09.00-+= )15(≤s d 在地面下15—20m 范围内,按下式计算: c s cr d N N ρ3)1.0-4.20(= )2015(≤≤s dcr N —液化判别标准贯入锤击数临界值;0N —液化判别标准贯入锤击数基准值;w d —地下水位深度;(m)s d —饱和土标准贯入点深度;(m)c ρ—黏粒含量百分率,当小于3或为砂土时均采用3。
(3)黏性土的设计计算:一,确定桩距: 等边三角形布桩:e A l08.1= l d e 05.1= 正方形布桩:e A l = l d e 13.1=矩形布桩:2113.1l l d e •= 面积置换率: 22//e e p d d A A m ==m —面积置换率,一般为0.25—0.4;e A —单桩的影响面积;p A —单桩的截面面积;e d —影响面积的等效圆的直径;d —桩径;21,,l l l —分别为桩的间距,纵向间距,横向间距。
二,承载力计算:单桩承载力计算:[]rl p p K P σ•=maxp K —被动土压力系数,)245(tan 2pp K ϕ+= ;p ϕ—碎(砂)石料内摩擦角,可取 35— 45;rl σ—桩体侧向极限应力。
关于侧向极限应力,目前有几种不同的计算公式,但都可以写成一个通式: u h rl Kc +=0σσu c —地基的不排水抗剪强度;K —常数,不同方法不同取值;0h σ—某深度处的初始总侧向应力,随计算方法不同取不同的值。
为统一起见改写为:[]u p p c K K P ’•=max复合地基承载力计算:[]sk spk f n m f )1(1-+=spk f —振冲桩复合地基承载力特征值;pk f —桩体承载力特征值;sk f —处理后桩间土承载力特征值,按当地经验取值,如无经验,取天然地基承载力特征值。
三.沉降变形计算:[]s sp E n m E )1(1-+=sp E —复合土层的压缩模量; s E —桩间土的压缩模量,按当地经验取值,如无经验,取天然地基承载力特征值。
桩土应力比n 在无实测资料时,对黏土取2—4,对粉土取1.5—3,原土强度低时取大值,强度高时取小值。
四,稳定分析:复合地基抗剪切强度为:θϕγμτ2cos tan )()-1(•++•=p p p sp z p m c mc —桩间土粘聚力;z —自地表起的计算深度;p γ—碎(砂)石料的重度;p ϕ—碎(砂)石料的内摩擦角; p μ—应力集中系数,m n n p )1(1-+=μ; m —面积置换率。
施工要点,注意事项:1,对黏土颗粒含量大于20%的砂性土,因为会影响挤密效果,所以包括桩在内的平均地基强度要另外计算。
2,由于成桩挤密时产生的超孔隙水压力在黏土夹层中不可能很快消散,因此对细砂层内有薄黏膜夹层时,在缺点标贯击数时要考虑时间效应,一般要求1个月时间在进行测试。
3,施工时,在表层1—2m内,由于周围土所受约束小,有时不能充分挤密,要通过其他表层压实方法来处理。
石灰桩:定义:用人工或机械在地基中成孔后,灌入生石灰块(粉、浆),经振密(夯压、搅拌、压注)后形成的桩柱体。
适用条件:适宜土层:适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基;用于地下水位以上的上层时,宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量,或采取上层浸水等措施。
应用领域:道路、码头、铁路、软弱地基的加固工程及托还工程和基坑支护工程。
加固机理:桩间土:(1)成孔挤密(2)膨胀挤密(3)脱水挤密(4)胶凝作用。
桩身:排水固结作用,桩身吸水膨胀挤密,桩心容易出现软化现象。
复合地基:桩体作用,桩上产生应力集中。
设计计算:材料:灰桩的材料以生石灰为主,选用现浇的(新鲜)并需过筛,粒径一般为70mm左右,含粉量不得超过总重量的15%,CaO含量不得低于70%,其中夹石不大于5%。
MgO含量小于或等于5%的生石灰称为钙质生石灰,大于5%的称为镁质生石灰。
钙质生石灰水化反应能力大,反应速度快。
石灰桩要求选用新鲜的生石灰,过烧和欠烧的都不能使用,生石灰中可均匀掺入粉煤灰或火山灰等硅质材料,粉煤灰或火山灰与生石灰的重量配合比一般为3:7。
桩径:由施工条件确定,一般为150~400mm。
桩的布置:一般采用正方形或等边三角形。
膨胀前的置换率,正方形布桩:2785.0)(ldm=等边三角形布桩:2907.0)(dm=膨胀后的置换率:m m ε=’ ε—石灰桩膨胀率桩距:宜通过试桩确定,应同时满足地基承载力和变形要求。
桩长:⑴对于变形要求高的建筑物地基,宜达到计算压缩层底部; ⑵对用于地基稳定目的的石灰桩,应穿过可能的滑动面; ⑶满足软弱下卧层承载力,使复合地基沉降控制在容许值之内。
当采用洛阳铲成孔时,不宜超过6m ;当采用机械成孔管外投料 时,不宜超过8m 。
螺旋钻成孔及管内投科时可适当加长。
复合地基承载力计算: []’’sk spk f n m f )1(1-+= spk f —石灰桩复合地基承载力特征值,350—500KPa ;pk f —石灰桩桩体承载力特征值;sk f ’—石灰桩处理后桩间土承载力特征值,取天然地基承载力特征值的1.05—1.20倍,原土软弱或置换率大时取大值。
等边三角形布桩:l d e 05.1= 正方形布桩:l d e 13.1= 矩形布桩: 2113.1l l d e •=(1)桩身强度:现场单桩静荷载试验或静力触探试验确定,可近似区0.1Ps 。
初步设计时a 450300KP f pk —=(2)桩周土的强度:sk e sk f m A d K f μ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=1)1()1(2’复合地基沉降量计算:沉降量可以按照类似的碎石桩和砂桩计算。
一般加固后地基沉降量为未加固天然地基的20~25%。
差异沉降仅为3~5mm 。
沉降速率快,大部分在施工期完成。
施工要点,注意事项:1 进行成桩试验和材料配合比试验,确定合理的成桩参数, 并制定施工组织设计;2. 防止地表水和邻近水源渗透浸入石灰桩身;3. 打桩顺序按“先外排后内排,先周边后中间”的原则,单排采用“先两端后中间”顺序;4. 要严格控制填料量和材料质量,掺和材料严格按配合比与生石灰搅拌均匀;5. 成桩后应立即用粘土或混凝土等材料压实封顶,防止地表水流入桩身和防止石灰桩因水化过分激烈而引起桩孔喷料;6. 基础施工应在石灰桩达到一定强度后进行;7. 注意施工安全,防止石灰桩喷料伤人。
土(或灰土)桩:定义:利用打入刚套管(或振动成管)在地基中成孔,通过挤压作用使地基得到加密,然后在孔中分层填入素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实成桩。