CFG__水泥粉煤灰碎石桩法+计算例题+解析
- 格式：doc
- 大小：291.50 KB
- 文档页数：12
第九章水泥粉煤灰碎石桩法9.1概述水粉煤灰碎石桩，英文名Cement Fly-ash Gravel Pile即CFG桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。
通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。
水粉煤灰碎石桩和桩间土一起，通过褥垫层形成水粉煤灰碎石桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。
水粉煤灰碎石桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。
水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。
对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。
水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。
9.2加固机理CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。
如图9-1所示。
此处的褥垫层不是基础施工时通常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。
由于CFG桩系高粘结强度桩，褥垫层是桩和桩间土形成复合地基的必要条件，亦即褥垫层是CFG桩复合地基不可缺少的一部分。
图9-1 CFG桩复合地基示意图图9-2 σσ/与褥垫厚度关系曲线p s其加固软弱地基主要有三种作用：1)桩体作用；2)挤密作用；3)褥垫层作用。
(1)桩体作用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，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。
据南京造纸厂复合地基载荷试验结果，在无褥垫层情况下，CFG桩单桩复合地基的桩体应力比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=2.2～2.4，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。
(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，其振动和挤压作用使桩间土得到挤密，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，其承载力的提高只是置换作用。
(3)褥垫层作用由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下几种作用：1)保证桩、土共同承担荷载褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。
2)减少基础底面的应力集中在基础底面处桩顶应力σp 与桩间土应力σs之比随褥垫层厚度的变化如图9-2所示。
当褥垫层厚度大于10cm时，桩对基础产生的应力集中已显著降低。
当褥垫层的厚度为30cm时，σp /σs只有1.23。
3)褥垫厚度可以调整桩土荷载分担比表9-3表示6桩复合地基测得的Pp/P总值随荷载水平和褥垫厚度的变化。
由表可见，荷载一定时，褥垫越厚，土承担的荷载越多。
荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。
4)褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比图9-3表示基础承受水平荷载时，不同褥垫厚度、桩顶水平位移U p和水平荷载Q的关系曲线，褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶受的水平荷载越小。
表9-1 桩承担荷载占总荷载百分比图9-3 不同垫层厚度时Q～U曲线p1)垫层厚2cm 2)垫层厚10cm 3)垫层厚20cm 4)垫层厚30cm【例题9-1】CFG桩法适用于处理以下哪些地基土?(A)淤泥 (B)淤泥质土 (C)粘性土 (D)粉土 (E)砂土【正确答案】C D E【解】水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。
对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。
【例题9-2】CFG桩复合地基由以下几个部分组成?(A)CFG桩 (B)桩间土 (C)素混凝土垫层 (D)褥垫层【正确答案】A B D【解】CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。
此处的褥垫层不是基础施工时通常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。
由于CFG桩系高粘结强度桩，褥垫层是桩和桩间土形成复合地基的必要条件，亦即褥垫层是CFG桩复合地基不可缺少的一部分。
【例题9-3】CFG桩褥垫层的作用有:(A)保证桩、土共同承担荷载 (B)减少基础底面的应力集中(C)调整桩土荷载分担比 (D)调整桩、土水平荷载分担比【正确答案】A B C D【解】褥垫层作用机理由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下几种作用：1)保证桩、土共同承担荷载褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。
2)减少基础底面的应力集中3)褥垫厚度可以调整桩土荷载分担比，荷载一定时，褥垫越厚，土承担的荷载越多。
荷载水平越高，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。
4)褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比【例题9-4】下列哪几种说法是正确的?(A)CFG桩处理后的桩间土有明显的挤密作用；(B)CFG桩处理后的桩间土无明显的挤密作用；(C)CFG桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层；(D)CFG桩可以是悬浮桩；(E)褥垫层是CFG桩复合地基不可缺少的一部分。
【正确答案】A C E【解】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，其振动和挤压作用使桩间土得到挤密，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，其承载力的提高只是置换作用。
CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。
此处的褥垫层不是基础施工时通常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。
由于CFG桩系高粘结强度桩，褥垫层是桩和桩间土形成复合地基的必要条件，亦即褥垫层是CFG桩复合地基不可缺少的一部分。
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第9.1.2条，CFG桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。
【例题9-5】CFG桩加固软弱地基主要作用有：(A)桩体作用 (B)挤密作用 (C)排水作用 (D)褥垫层作用【正确答案】A B D【解】CFG桩加固软弱地基主要有三种作用：1)桩体作用；2)挤密作用；3)褥垫层作用。
(1)桩体作用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，复合地基的CFG 桩起到了桩体作用。
(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，其振动和挤压作用使桩间土得到挤密，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，其承载力的提高只是置换作用。
(3)褥垫层作用 由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中起到了很关键的作用。
9.3设计计算(1)桩径 CFG 桩常采用振动沉管法施工，其桩径根据桩管大小而定，一般为350～600mm 。
(2)桩距 桩距的大小取决于设计要求的复合地基承载力、土性与施工机具，可参考表9-2进行选用。
表9-2 CFG 桩桩距选用参考值(3)复合地基承载力 水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式估算：()sk paspk f m A R mf -+=1β （9-1） 式中spk f ——复合地基承载力特征值(kPa)；m ——面积置换率；a R ——单桩竖向承载力特征值(kN)；p A ——桩的截面积(m 2)；β——桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75 ~0.95，天然地基承载力较高时取大值；sk f ——处理后桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。
单桩竖向承载力特征值a R 的取值，应符合下列规定：1)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； 2)当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算：ppini si pa A q l q u R +=∑=1（9-2）式中 p u ——桩的周长(m)；n ——桩长范围内所划分的土层数；si q 、p q ——桩周第i 层土的侧阻力、桩端端阻力特征值(kPa)，可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007有关规定确定；i l ——第i 层土的厚度(m)。
3)桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求：p acu A R f 3≥ （9-3）式中cu f —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(kPa).4)褥垫层 褥垫层厚度一般取150～300mm 为宜，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。
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 。
5)沉降计算 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 50007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：ak spkf f =ζ (9-4)式中 ak f ——基础底面下天然地基承载力特征值(kPa)。
变形计算经验系数s ψ根据当地沉降观测资料及经验确定，也可采用表9-3数值。
表9-3 变形计算经验系数s ψs E ∑∑=siii sE AA E (9-5)式中 i A ——第i 层土附加应力系数沿土层厚度的积分值；si E ——基础底面下第i 层土的压缩模量值(MPa)，桩长范围内的复合土层按复合土层的压缩模量取值。
地基变形计算深度应大于复合土层的厚度，并符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007中地基变形计算深度的有关规定。
【例题9-6】某高层住宅楼，设计地上26～28层，地下2层，设计要求地基承载力特征值（不做深度修正）ak f 为465kPa ，建筑物的绝对沉降量小于等于60mm ，差异沉降量符合国家现行规范要求。
基础底面以下各土层的物理力学指标见表9-4。
地基处理方案采用CFG 桩复合地基，CFG 桩桩径400mm ，桩长16.5m ，正方形布桩，桩距1.55m ，设计桩身强度等级C20。
此外，该工程在基坑开挖结束，验槽时发现,地基土表面有一层软弱土夹层。
补勘得到其相应物理力学指标为：粉质粘土③2层，孔隙比e ＝0.85，液性指数L I ＝0.78，压缩模量s E ＝5.5MPa ，侧阻力特征值18kPa,地基承载力特征值110kPa ，土层厚度1.1m 。
