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CFG桩复合地基在高层建筑中的应用

2015-07-13 510 0

一、CFG桩复合地基原理
　　CFG桩是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩可在全长范围内受力，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基，三者共同工作，充分发挥桩周摩阻力和端承力。
　　CFG桩复合地基的加固机理包括置换作用和挤密作用，其中以置换作用为主。当CFG桩用于挤密效果好的土层时，既有置换作用，又有挤密作用；当用于挤密效果差的土层时，只有置换作用。在CFG桩复合地基中，由桩所承担的荷载处于40%-75%之间，比碎石桩在承载力方面至少提高4倍以上。
　　在CFG桩复合地基中，设置的褥垫层是确保软基处理质量的核心，是始终确保桩间土发挥作用的关键。在荷载作用下，桩体的强度和模量比桩间土大，桩顶应力比桩间土表面应力大。由散体材料构成的褥垫层能够确保桩间土共同参与工作，将承受的荷载向较深的土层中传递，同时相应的减少桩间土承担的荷载比例。可以看出，褥垫层的作用在于确保荷载通过褥垫层作用到桩间土上，确保桩间土与桩共同承担荷载，以此来大幅提高复合地基的承载力，减少复合地基的沉降变形。
　　二、CFG桩复合地基应用
　　1、CFG桩复合地基概况
　　CFG桩复合地基是由CFG桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。需要指出的是CFG桩复合地基中重要的组成部分是褥垫层，是高粘结强度桩形成CFG桩复合地基的必要条件。
　　2、褥垫层的意义
　　在CFG桩复合地基的组成各部分中，褥垫层是其中最为重要的一部分，复合地基中的许多自身特性都是与褥垫层相互关联的。这里所说的是由粒状材料组成的散体垫层。
　　（1）设置褥垫层的必要性
　　CFG桩复合地基有无褥垫层，其主要的区别是桩间土的承载力在使用过程中发挥的不同作用。当设置褥垫层时，桩间土从一开始就会承担相对较大比例的荷载，在正常的使用状态下，建筑物荷载主要是由桩和桩间土共同承担。而不设置褥垫层时，主要荷载是由桩来进行承担，桩间土基本不承担荷载。在正常的使用状态下，建筑物荷载主要由桩来承担。
　　（2）不设置褥垫层的情况
　　取消设置褥垫层，让桩顶直接与基础进行接触，即在正常的使用状态下充分发挥桩的承载能力，使其接近极限，让桩间土强度为作安全储备，这样虽然桩的安全系数K小于2（一般1.1左右），但地基土的安全系数却得到了较大的提高，复合地基总的安全度并不会因此降低，因此并不会影响到工程的整体安全性。
　　3、CFG桩复合地基的优点
　　（1）适用性广，承载力高
　　CFG桩复合地基技术适用于非饱土以及饱和的粉土、填土、砂土、粘性土、淤泥质土等各种地质条件，适用范围非常广泛。在进行处理后，复合地基的承载力可比原地形地基承载力有2-5倍的明显提高。
　　（2）施工简便，工期较短
　　CFG桩施工方法一般采用长螺旋钻成孔泵送混凝土的方法，在施工时，没有制作钢筋笼等工序步骤，因此施工较为简便。并且成孔成桩一次性完成，相对减少了成桩时间，加快了施工进度，节约了施工的工期。
　　4、CFG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，桩承担的荷载可占总荷载的40-75%左右，因此使得复合地基承载力具有较大的可调性。当地基承载力较高，而荷载又不是很大时，就可以将桩长设计得短小一点，而荷载较大时，桩长则可以设计得长一点。
　　（2）适应范围广
　　对于基础的形式而言，CFG桩既可以适用于独立基础、条形基础，也可以用于筏板基础和箱型基础。就土的性能而言，CFG桩即可用于饱和或非饱和的粘性土等挤密效果较好的土，也可用于挤密效果较差的土。
　　（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，刚刚施工完的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，知道CFG桩体结硬为止。
　　三、CFG桩复合地基施工工艺
　　1、桩定位放样
　　用全站仪精确放出CFG桩处理范围边线，中间桩位拉钢尺定位，插竹钉标识。
　　2、钻机就位
　　按照设计路线移动钻机；待钻机就位后，将钻杆垂直对准桩心；在施工现场，可在钻架上挂垂球来确保钻杆的垂直度，并做好记录。在每根桩施工前，都必须检查是否对准桩心及垂直度，确认合格后方可开钻。
　　3、钻进成孔
　　在确定可以开钻后，先关闭钻头阀门，缓慢向下移动钻杆至钻头触地。钻进作业开始后，钻进速度先慢后快，同时注意检查钻孔偏差并及时纠正。在成孔过程中，对于出现的钻杆摇晃或难以钻进等特殊事项，应放缓钻速，以防止出现桩孔偏斜、位移和钻具损坏等情况的发生。记录好开钻时间、速度、不同地质条件下的电流值、成桩瞬间电流值等。钻孔到达设计深度后终孔。
　　4、灌注及拔管
　　灌注前试验人员对混合料进行检验。当钻杆内芯中充满混合料后开始拔管作业。在拔管过程中，应确保混合料泵送量与拔管速度相匹配，不可先拔管后泵料，拔管速度控制在2m/min-3m/min。成桩后，为保证桩长，桩顶标高宜比设计标高高50cm以上，并采用湿性粘土覆盖。在成桩施工中，成桩作业宜连续进行，不得随意停机。当必须停机时，须避开饱和砂土、粉土层。
　　5、桩间土清除及桩头截除、修整
　　成桩施工完毕后，待混合料初凝后，将打桩弃土清出施工现场，再人工清理桩头以下50cm的保护土层。待保护土层清除后，截除桩顶设计标高以上桩头。截桩时采用人工修凿桩头，需将顶端浮浆清除干净，直至露出新鲜的混凝土面。在基槽开挖和截桩头的过程中，如不慎造成桩体断裂至桩顶的设计标高以下位置，则必须接桩至设计的桩顶标高。进行接桩作业时，先将桩顶剔平凿毛，用水冲洗干净后再进行接桩，并超出桩周200mm。记录好桩体的有效直径、桩间距等。
　　结束语
　　复合地基承载力的大小主要取决于桩身强度、桩端承力、桩侧摩擦力以及褥垫层铺设的质量。CFG桩桩体进入较硬实的下层对于提高地基刚度和减少沉降承载力至关重要，因此在施工现场要进行严格的施工控制。铺设褥垫层显著的作用是调整应力分布，减少地基沉降，增强地基稳定性，提高地基承载力。
　　参考文献：
　　[1]高均昭，宋扬等.CFG桩复合地基承载力工程应用分析[J].水文地质工程地质，2011（4）.
　　[2]林静.CFG桩复合地基设计与施工中应注意的问题[J].技术与市场，2011（08）.
　　[3]阎明礼，张东刚，等.CFG桩复合地基技术及工程实践.中国水利水电出版社，2009（3）.

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