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CFG桩复合地基各部分的作用

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CFG桩复合地基各部分的作用
CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层3部分构成。

每个部分在受力时发挥了不同的作用：
1．CFG桩的作用
（1）承担基础传来的竖向荷载及小部分水平荷载；
（2）对地基土产生一定的挤密作用，当采用非排土工艺施工时，可使桩间土得到一定程度的挤密，加固后的地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所降低，而土体的密度、压缩模量均有所增加，从而改善土质性能；
（3）排水作用。

在成桩初期，桩孔和周边充填反虑性较好的粗颗粒填料，地基中形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道，可以有效地消散和防止振冲产生的超孔隙水压的增高，从而加速地基的排水固结；
（4）预震作用。

在成桩过程中，振冲器以一定的振动频率和冲击力水平向加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预震，从而增强砂土抗液化的能力；
2．桩间土的作用
（1）承担竖向，水平荷载。

（2）对桩体进行约束，保证桩体正常工作。

3．褥垫层的作用
（1）保证桩与土共同承担荷载。

在CFG桩复合地基中，路基通过一定厚度的垫层与桩间和桩间土相联系，即指路基传来的荷载，首先传给垫层，再通过垫层传给桩与桩间土。

当桩端位于坚硬土层时，路基承受荷载后，桩顶沉降变形很小，绝大部分荷载由桩承担，桩间土承载力很难发挥。

当桩端落在一般粘土层上时，路基承受荷载后，开始绝大部分荷载仍由桩承担，随着时间的增加，路基和桩的沉降不断增加，同时路基下土分担的荷载不断增加，即存在一个桩所承担的荷载逐渐向桩间土转移的过程。

路基和桩之间设置了一定厚度的垫层后，在上部荷载作用下，桩间土的抗压刚度远小于桩的抗压刚度，桩顶出现应力集中，当桩顶压力超过垫层局部抗压强度时，垫层局部(与桩接触部分)会产生压缩量，路基和垫层整体也会产生向下位移压缩桩问土，此时，桩间土承载力开始发挥作用，
并产生沉降直至应力平衡。

由此可见，设置垫层后，可以保证路基通过垫层的塑性调节作用将部分荷载传到桩间土上，从而达到桩间土共同承载荷载的目的。

（2）调整桩与桩之间的分配比例与置换率。

桩类型和垫层厚度有很大关系，其中垫层厚度是最重要的因素。

并在一定条件下，当增加垫层的厚度时，根据前述原理，在桩顶应力不变的情况下，可以使垫层和与桩顶接触的局部产生更大的压缩，路基和垫层整体向下的移动位置和桩间土压缩量便会加大，从而提高了桩间土的荷载分担比例。

若减少垫层的厚度时，则会提高桩的竖向荷载分担比例。

垫层厚度H=0时，桩土应力比很大，此时的受力状态如同桩基。

如H 很大时，则桩土应力比接近于1，此时的受力状态接近于无桩的受力状态。

所以当垫层厚度越小，桩承担的水平荷载的比例就越大，而垫层的厚度赵大，桩间土承担的水平荷载比例也就越大。

设计时应适当调整垫层厚度，以此控制CFG 桩承担的水平荷载，提高桩在水平荷载作用下的安全度。

（3）减少和减缓路基底面的应力集中，提高路基整体的稳定性。

垫层厚度H=0时，桩对路基基底的应力集中很显著。

设计时应考虑桩对路基基底的冲切破坏。

随着厚度的增加，应力集中现象越来越明显，当厚度增加至一定程度，基底反力即为天然地基的反力发布。

桩顶对应的基础底面测得的反力RP σ与桩间土对应的基础底面测得的反
力RS σ之比用β表示（β＝RP σ/RS σ），
β值随着褥垫层厚度H ∆的变化如图1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H ∆为
30cm 时，β值已经很小了。

（4）调整桩、土水平荷载分担比例。

CFG 桩复合地基中，作用在基础上的水平荷载将由3部分力来分担：基底摩阻力、基础两侧面的摩阻力以及荷载反方向的土抗力。

而基底摩阻力与褥垫层的材料性质以及厚度有密切关系。

当褥垫层厚度增大到一定数值时，由于CFG 桩复合地基置换率一般不大于10％ ，作用在图2-4 β值与褥垫层关系曲线Δ
桩顶和桩间土的剪应力p τ和s τ相差不大，桩顶受的剪力p p mA Q τ=(m 为置换率；A 为基础面积；桩顶剪应力p τ)占水平荷载的比例很小。

水平荷载将主要由桩间土承受。

另外，选择不同褥垫层材料，可改变基底与褥垫层之间的摩擦系数，从而影响基底摩阻力大小。

4．褥垫层技术
由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层技术是CFG 桩复合地基的一个核心问题，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ179－2002）要求桩顶和基础之间应设置褥垫层，厚度宜取153～300mm ，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。

工程实践表明，褥垫层合理厚度为100～300mm ，考虑施工时的不均匀性，褥垫层厚度取150～300mm ，当桩径大、桩距大时宜取高值。

材料中的最大粒径不大于30mm 。

由于卵石咬合力差，施工时扰动较大，褥垫层厚度不容易保证均匀。

在前面讨论的褥垫层作用中可知，厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需考虑桩对基础的冲切，这势必导致基础加厚，如果基础受水平荷载作用，可能造成复合地基中桩发生断裂。

由于褥垫层厚度过小，桩间土承载能力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然增加桩的数量或长度，造成经济上的浪费。

唯一的好处是建筑物的沉降量小。

褥垫层厚度大，桩对基础产生的应力集中很小，可不考虑桩对基础的冲切作用，基础受水平荷载的作用，不会发生桩的折断。

同时厚度大时，能够充分发挥桩间土的承载能力。

若其厚度过大，会导致桩、土应力比等于或接近1。

此时桩承担的荷载太小，实际时复合地基中桩的设置已失去了意义。

这样的设计的复合地基承载力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大。

综合以上分析，结合大量的工程实践的总结，考虑到技术上可靠，经济上合理，褥垫层的厚度宜取10～30cm 。

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CFG桩复合地基技术

CFG桩复合地基技术

iii) 减少在窜孔区域打桩推进排数，如将一次打 4 排改 为2排或 1 排。尽快离开已打桩，减少对已打桩扰 动能量的积累。
iv)必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求及时 清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。
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3）钻头阀门打不开
原因一般有以下两个：
i) 钻头构造缺陷，如当钻头阀门盖板采用内嵌式时，有可 能有砂粒、小卵石等卡住，导致阀门无法开启。
①施工前应按设计要求由实验室进行配比试验，严格按 配比要求配制混合料。
长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度 宜为160～200mm。
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；
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，抽样做混合料试块，每台机械一天应做 一组（3块）试块（边长150mm立方体），标准养护，标 准试验测定其抗压强度。
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（ａ）打桩时用的钢筋混凝土预制桩尖 （ｂ）钢制活瓣桩尖
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（5）施工中常见的几个问题
1）施工扰动土的强度降低
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五、CFG桩施工技术
1、基本概念
CFG桩复合地基于1988年提出并用于工程实践，首先选 用的是振动沉管CFG桩施工工艺。
振动沉管CFG桩施工工艺属于挤土成桩工艺，主要适用 于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地 质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。
它具有施工操作简便、施工费用较低、对桩间土的挤 密效应显著等优点。
这两种情况均会影响 CFG 桩的桩端承载力的发挥。
地基处理方法CFG桩法

地基处理方法CFG桩法

2.B超检查：提示胆总管扩张、胆管内有结石。
3.X线检查：口服胆道造影，静脉胆道造影、PTC(经皮肝穿刺胆道造影 术)、ERCP（经内镜逆行胆胰管造影）、电子计算机X线断层扫描。
4.磁共振，CT检查。
5.核素显示：适用于黄疸病人。
治疗原则：
1.胆总管切开取石术 可见切开胆总管取石+T管引流， 或经胆道镜取石。
3.7 水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩法）
3.7.4 CFG桩法的质量检验
（1）施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落 度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块 抗压强度等。 （2）CFG桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地 基载荷试验。 （3）CFG桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时， 并宜在施工结束28d后进行。试验数量宜为总桩数的 0.5%~1%，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。 （4）应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试 验，检测桩身完整性。
3.7 水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩法）
3.7.2 CFG桩法的设计
4.褥垫层材料 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。
3.7 水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩法）
3.7.2 CFG桩法的设计
5.复合地基承载力特征值的确定 CFG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
3.7 水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩法）
3.7.2 CFG桩法的设计
2.桩直径 CFG桩直径宜取350~600mm。桩径过小，施工质 量不容易控制；桩径过大，需加大褥垫层厚度才 能保证桩土共同承担上部结构传来的荷载。
3.7 水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩法）
3.7.2 CFG桩法的设计
水泥粉煤灰碎石桩(CFG)

水泥粉煤灰碎石桩(CFG)

水泥粉煤灰碎石桩复合地基分类：按桩体材料构成、桩体强度和模量、桩置换能力的大小，复合地基分为：1.散体桩复合地基，其桩体由碎石或砂石等散体材料构成。

如振冲碎石桩或干振砂石桩等。

2.低粘结强度桩复合地基。

如石灰桩、灰土桩、水泥土搅拌桩等。

3.中等粘结强度桩复合地基。

如夯实水泥土桩等。

4.高粘结强度桩复合地基。

如CFG桩、素混凝土桩等。

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）：简称CFG桩：由G-Gravel（碎石）、石屑、F-Fly-ash（粉煤灰），掺适量C-Cement（水泥）加水拌合，用各种成桩机具制成的、具有可变粘结强度的桩。

桩体中碎石为粗骨料，石屑为中等粒径骨料，可使级配良好；粉煤灰具有细骨料和低标号水泥的双重作用。

●CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基。

●CFG桩不仅仅用于加固软弱地基。

●CFG桩复合地基的置换率一般不大于10%。

●对挤密效果好的土（如砂土、粉土），CFG桩既有挤密作用，又有置换作用；对不可挤密的土（如塑性指数高的饱和软粘土），CFG桩复合地基承载力的提高只与置换作用有关。

褥垫层：●褥垫层是CFG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。

●工程中，散体桩（如碎石桩）和低粘结强度桩（如石灰桩）复合地基，有时可不设置褥垫层，也能保证桩与桩间土共同承担荷载。

●褥垫层材料：由粒状材料组成的散体垫层，可用碎石（30~50mm）、级配砂石（最大粒径≤30mm）、粗砂或中砂，多采用级配砂石。

●褥垫层厚度：100~300mm。

●褥垫层宽度：大于基础宽度，其宽出部分不小于褥垫层厚度。

●褥垫层施工方法：虚铺后多采用静力压实。

桩间土含水量不大时亦可夯实。

褥垫层的作用：●保证桩与桩间土共同承担荷载：设置褥垫层，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，都可保证基础始终通过褥垫层把一部分荷载传到桩间土上，即桩间土始终参与工作。

●调整桩与桩间土垂直荷载的分担作用（桩土应力比）：CFG桩复合地基中桩土应力比n一般在10~40间变化，在较软的土中可达100左右。

CFG桩复合地基机理与褥垫层的作用

CFG桩复合地基机理与褥垫层的作用

CFG桩复合地基机理与褥垫层的作用【摘要】：水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG桩，作为一种地基加固技术，具有多种优点。

本文就该桩型的基本理论进行探讨，以期为设计施工提供参考。

【关键词】：CFG桩;机理;共同作用;褥垫层Abstract ] : Cement flyash gravel pile, referred to as CFG piles, as a kind of foundation reinforcement technology, has many advantages. In this paper, the basic theory of pile is discussed, in order to provide reference for the design and construction of.[ Key words ]: CFG pile; mechanism; interaction; cushion一、荷载传递机理CFG桩复合地基属于刚性桩复合地基，它和散体材料桩、柔性桩的传力机理不同。

散体材料桩需要桩周土的围压作用才能维持桩体的形状。

散体材料桩在荷载作用下，桩体发生鼓胀变形，依靠桩周土提供的被动土压力维持桩体平衡，承受上部荷载的作用。

柔性桩和刚性桩桩体为粘结材料，在荷载作用下依靠桩周摩擦力和桩端阻力将作用在桩体上的荷载传递给地基土体。

但由于桩体刚度不同，柔性桩和刚性桩的荷载传递也有不同。

研究表明桩体刚度的大小对粘结材料桩的荷载传递规律有较大影响。

柔性桩复合地基存在有效（临界）桩长，这是柔性桩的桩身强度决定的，当柔性状桩长超过其临界桩长后，桩体的承载力增加很小，其桩体侧摩擦力随深度的增加而减少，变化比较大。

随着桩的刚度增大，桩侧摩擦力沿深度变化梯度减少，这是桩体强度影响承载力的主要原因。

对于CFG桩而言，其承载力主要来自全桩长的侧摩擦力和桩端承载力，桩越长则承载力越高。