CFG桩在软土地基处理中的应用
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CFG桩在软土地基处理中的应用
摘要：CFG（CementFly-ashGravel）桩被称为水泥粉煤灰碎石桩，是由粉煤灰、碎石、砂、石屑掺水泥后用水进行搅拌，然后通过各种成桩的机械制作而成的可变强度桩。CFG桩是一种介于柔性桩与刚性桩之间的一种桩型，其应用范围甚广，本文主要对CFG桩在软土地基处理中的应用着重进行了分析。
关键词：CFG桩；基础处理；应用
Abstract: CFG (Cement Fly-ash Gravel) pile is called Cement and Fly ash Gravel
pile, is by the Fly ash, crushed stone, sand, stone Cement mixed with water after the
crumbs on mixing, and then through the machinery of a pile is made of a variable
strength of pile. CFG pile is a cross between a flexible pile and the rigid pile between
pile type, its application scope widely, this paper mainly for CFG pile in soft soil
foundation treatment on the application are analyzed.
Keywords: CFG pile; Foundation treatment; application
1、前言
当天然地基不能满足工程建设需求时,就必须采取一定的措施,其中之一就是对地基进行处理加固。地基处理的目的就是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法,对地基土进行加固,用以改良地基土的工程特性,提高地基的抗剪强度、降低地基的压缩性、改善地基的透水特性、改善地基的动力特性、改善特殊土的不良地基特性等。常用的地基处理方法很多,根据加固机理可以分为密实法、置换法、复合地基法、加筋法及灌浆等。各种地基处理方法都有自己的加固原理及适用范围。CFG桩复合地基作为一种高粘结强度桩复合地基,是由CFG桩、桩间土和褥垫层组成的新型复合地基形式,桩、桩间土通过褥垫层与基础相连接保证桩土共同承担荷载,具有适用性广、承载力提高幅度大、施工简便、工期短、造价低廉等技术优点，目前已在全国各地推广应用。
2、加固机理
CFG桩加固软弱地基主要有两种作用：桩体作用和挤密作用。CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基中的CFG桩起到了桩体作用。据有关复合地基荷载试验结果，CFG桩单桩复合地基的桩土应力比n＝24.3-29.4；四桩复合地基桩土应力比n＝31.4-35.2；而碎石桩复合地基的桩土应力比n＝2.2-4.1，可见CFG桩复合地基的桩土应力比明显大于碎石桩复合地基的桩土应力比，亦
即其桩体作用显著。
理论计算和现场试验表明，软土地基经碎石桩加固后，其承载力比天然地基一般可提高50％-100％，提高幅度大，且置换率较大，一般为0.2-0.4。其主要原因是碎石桩桩体由松散材料组成，自身没有粘结强度，依靠周围土体的约束才能承受上部荷载，而CFG桩桩身具有一定的粘结强度，在荷载作用下桩身不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深层地基中，其复合地基承载力提高幅度大。另外，CFG桩复合地基变形小，沉降稳定快。CFG桩一般采用振动沉管法施工，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密。
3、技术参数和设计方案 复合地基设计除满足复合地基承载力和变形条件外，还要考虑以下因素进行综合分析，确定设计参数： 3.1、地基处理目的：设计时必须明确地基处理是为了解决地基承载力问题、变形问题还是液化问题。解决问题的目的不同，采用的工艺、设计方法、布桩形式也不同，要充分考虑到处理的目的来进行设计。 3.2、施工工艺和设备：复合地基设计时需考虑采用何种设备和工艺进行施工。所选设备要考虑其穿透土层能力和最大施工桩长能否满足要求。 3.3、场地土质变化：这一点对复合地基施工工艺的选择和设计参数的确定有紧密的关系，在设计时需要认真阅读勘察报告，仔细分析场地土质特点。通过对土质的了解，对荷载情况、地基处理要求等综合分析，考虑采用何种布桩形式。 CFG桩复合地基设计主要确定5个技术参数：桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层厚度及材料。 桩长：根据工程场地的土质进行参数计算。 桩径：CFG桩径的确定取决于所采用设备，一般设计桩径为350～600mm。 桩间距：一般桩间距s=（3～5）。一般设计要求的承载力大时s取小指，但必须要考虑施工时相邻桩之间的影响。 桩体强度：原则上，桩体配比按桩体强度控制。 褥垫层厚度及材料：褥垫层厚度一般取（0.45～0.50）d，d为CFG桩桩径。 褥垫层材料可采用粗砂、中砂、碎石、级配碎石（最大粒径不大于20mm）。 4、施工技术 4.1、施工特点 ① CFG桩不需要排泥，不污染环境，施工工艺简单，施工速度快。 ② CFG桩复合地基承载力提高幅度大，沉降量小，加固软土地基效果显著，具有广泛的适应性。 ③ 由于粉煤灰不断发生水化反应，使装神混凝土的后期强度增大，这对CFG桩承受上部荷载有了可靠保证。 ④ CFG桩体内不设钢筋笼，可节约大量钢材，从而降低工程造价。 4.2、施工工艺 4.2.1水泥粉煤灰碎石桩施工工艺包括以下三种：
① 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；
②长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩：适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地；
③振动沉管灌注成桩：适用于粘性土、粉土、素填土地基。4.2.2长螺旋钻管内泵压CFG桩工艺施工控制的关键因素如下： ①混合料搅拌质量直接影响成桩的质量和施工速度。当混合料出现搅拌不均匀、离析、泌水等质量问题时容易产生堵管而无法正常施工，这也是这种工艺的自锁“现象”。混合料搅拌要求采用2台500L强制式搅拌机，每盘料搅拌时间不少于60s。 ②控制成桩提拔速度和
保证连续抗干扰。在施工时钻机提拔速度宜控制在2~3.5m/min，根据提拔速度确定混凝土泵的泵送量，施工中严禁出现超拔。 ③保证排气阀正常工作。在混合料连续输送过程中，成桩时若排气装置不能正常工作，将导致混合料存有气泡、桩体空心等现象。在施工过程中，要求每班经常检查，防止排气阀背水泥浆堵塞。
4.3、施工注意事项
4.3.1、长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩、振动沉管灌注成桩施工除应执行国家现行有关规定外，尚应符合下列要求：
① 施工前应按设计要求由实验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料。长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩的坍落度宜为160-200mm，振动沉管灌注成桩的坍落度宜为30-50mm，振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm；
② 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；振动沉管灌注成桩施工拔管速度应均匀控制在1.2-1.5m/min左右，如遇到淤泥或淤泥质土，拔管速度应当适当放慢；
③ 施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m；
④ 成桩过程中，应抽样做混合料试块，每台机械一天应作一组（3块边长150mm）待标准养护后测定其立方体抗压强度。
4.3.2、冬季施工时混合料入孔温度不得低于50c，对桩头和桩间土应采取保温措施。
4.3.3、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。
4.3.4、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，夯填度不得大于0.9。
4.3.5、施工垂直度偏差不应大于1％；对于满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对于条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。
5、质量检验
CFG桩施工结束后，应间隔一定时间方可进行质量检验。一般养护龄期可取28天。
5.1、桩间土检验桩间土质量检验可用标准贯入、静力触探和钻孔取样等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。对砂性土地基可采用标准贯入或动力触探等方法检测挤密程度。
5.2、单桩和复合地基检验可采用单桩载荷试验、单桩或多桩复合地基载荷试验进行处理效果检验。检验点数量可按处理面积大小取2～4点。
6、结束语
CFG桩具有刚性桩的性状特征，具有明显的端承和侧阻作用，适用于多种土层施工。CFG桩作为一种软基处理技术，有着广阔的使用前景，其施工工艺也将日新月异。
