浅析CFG桩复合地基的应用

时间:2022-08-13 04:37:17

浅析CFG桩复合地基的应用

[摘要]由于软土具有强度较低、压缩性较高等特性,在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求等问题,因而常常需要进行地基处理。处理的目的是要提高软弱地基的强度,保证地基的稳定,降低软弱土的压缩性,减少基础的沉降和避免不均匀沉降。目前针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法,本文对用CFG桩处理软弱地基的问题作一些探讨。

[关键词]CFG桩;复合地基;地基处理技术

中图分类号:TU47文献标识码: A

1.引言:

随着建筑工程的飞速发展,地基处理手段越来越多样化,复合地基由于充分利用桩间土和桩的特有优势和相对低低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。本文简要介绍常用软土地基处理方法应用CFG桩和复合地基充分发挥了CFG桩的高承载力特性,并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载能力。

2.CFG桩复合地基概况:

CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接,无论桩端落在一般土层还是坚硬土层,均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样,由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小,再加上CFG桩不配筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料,大大降低了工程造价。

3.CFG复合地基的效应优点:

(1)置换作用

也称桩体效应,复合地基中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了桩间土承担的荷载。工程实践表明,复合地基置换作用的大小,主要取决于状体材料的组成。散体桩置换作用最小,高粘结强度桩置换作用最大。散体桩增加桩的长度,对复合地基置换作用影响不大;一般粘结强度桩,特别是高粘结强度桩,加大桩长可使复合地基置换作用明显提高。

(2)挤密、振密作用

对松散填土、松散粉细沙、粉土等采用非排土和振动成桩工艺,可使桩间土孔隙比减小、密实度增加,提高桩间土的强度。如振动沉管挤密碎石桩、振冲碎石桩、振动沉管CFG桩。需要指出的是,对饱和的软粘土、硬的粘性土、粉土、密实砂土,振动成桩不仅不能是桩间土挤密,反而使土体结构强度丧失,孔隙比增大、密实度减小、承载力降低。

(3)排水作用与减载作用

复合地基中的桩体,很多有良好的透水性,如碎石桩、砂桩、CFG桩等。桩体的排水作用,有利于孔隙水压力消散、桩间土强度和复合地基承载力提高。

对排土成桩工艺,用轻质材料取代原土成桩,在加固土层范围内,复合土层的有效重度将比原土有明显的降低。

(4)桩对土的约束作用

在群桩复合地基中,桩对桩间土具有阻止土体侧向变形的作用。相同荷载水平条件下,无侧向约束的土的侧向形变大,从而使垂直变形加大;由于桩对土体侧向变形的限制,减少了侧向变形,也就减小了垂直变形,是复合地基抵抗垂直变形的能力有所加强。

4.CFG桩复合地基的优点:

(1)适用性广,承载力提高幅度大

CFG桩复合地基技术适用于非饱和及饱和的粉土、粘性土、填土、砂土、淤泥质土等地质条件,处理后,复合地基的承载力与原地基承载力相比,可提高2-5倍。

(2)施工简便,工期短

CFG桩施工方法一般为长螺旋钻成孔泵送混凝土法,施工时,没有钢筋笼制作等工序,成孔成桩一次完成减少了成桩时间,加快了施工速度。

(3)保护环境

CFG桩施工时,不需泥浆护壁,没有泥浆外运,既节约了资金,又无环境污染。

4.4CFG桩在复合地基中的优势

(1)承载力提高幅度大、可调性强

CFG桩桩体可以从几米到20多米,并且可全桩长发挥桩的侧阻力,桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40%-75%之间变化,使得复合地基承载了提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高是,荷载又不大,可将桩长设计得短一点,荷载大时,桩长可设计得长一点。特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高,用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求,CFG桩复合地基则比较容易实现。

(2)适应范围广

对基础形式而言,CFG桩既可以适用于条形基础、独立基础,也可以用于筏板基础和箱型基础。就土性而言,CFG桩可用于饱和、非饱和粘性土,既可以用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。

(3)桩体的排水作用明显

CFG桩在饱和粉土和沙土中施工时,由于沉管和拔管的振动,会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水性较差的土层时,刚刚施工完得CFG桩将是一个良好的排水通道,孔隙水将沿着桩体向上排出,直到CFG桩体结硬为止。

(4)复合地基变形小

复合地基模量大、建筑物沉降量小事CFG桩复合地基重要特点之一,大量工程实践表明,建筑物沉降量一般可控制在2-4厘米。对于上部和中间有软土层的地基,用CFG桩加固,桩端放在下面好的土层上,可以获得模量很高的复合地基,建筑物的沉降都不大。

4. CFG桩复合地基的变形特性

在相同的地质条件下,当荷载一定时,桩越长,桩间土的荷载分担比越小,其所受荷载越小,桩长范围内土的压缩量越小,下卧层的压缩量越小,总的压缩量越小,桩越短则完全相反。

同一桩长下,加固区的压缩量和下卧层的压缩量占总压缩量的比例随着荷载的增加,几乎没有大的变化。同一荷载下,加固区的压缩量占总压缩量的比例随着桩长的增加而增加,下卧层的压缩量则正好相反。

桩会对桩间土变形产生一定的影响,如下:

(1)由于桩的存在,使得桩间土的变形受到桩的约束,即侧向变形受到限制,最终导致土的垂直变形减小。且桩对桩间土的约束与桩的数量有很大关系,桩数越多,约束作用越大。

(2)由于褥垫层的设置,桩存在一个负摩擦区,在此区内,桩对桩间土产生向上的作用,阻止桩间土的变形。荷载较小时,因主要是桩侧阻力的发挥,导致应力面积的总和为负值,其总体效应使得桩间土的变形减小。荷载较大时,桩端阻力发挥较大,应力面积总和为正值,其总体效应使桩间土变形加大。

6. CFG桩地基变形:

CFG桩地基的变形包括三方面:加固区范围内的压缩变形;桩端下卧层变形;褥垫层的变形,其中,褥垫层的变形较小,可忽略不计。CFG桩复合地基变形的假设:

(1)复合地基的应力分布按半无限空间弹性体计算;

(2)桩间土的变形由桩间土所受的荷载引起;

(3)桩间下卧层的变形由复合地基的总荷载引起。

复合地基的总变形包括两部分:桩长范围内桩间土的变形,下卧层的变形。

7.结论

建筑上遇到的复杂地质情况使基础工程越来越重要,其工程造价占整个工程总投资的比例也越来越大,深基坑支护、地下连续墙、逆作法等工艺先后被采用。现在广泛应用的钻孔灌注桩、振动沉管灌注桩等固有的缺陷十分突出,主要表现在施工速度慢,场地污染严重,成桩质量难以保证,材料浪费大,容易出现各种弊病,而CFG桩表现出较大的优势,桩体材料价格低,施工方便,节省投资,是一种较为理想的地基处理技术,具有显著的经济效益。

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