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深厚砂层地区CFG桩地基处理初探

2015-07-13 310 0

一、CFG桩处理地基的加固机理
　　CFG桩复合地基由CFG桩体、桩间土和褥垫层三部分组成。
　　当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生沉降变形。桩的变形模量远比土的变形模量大，所以桩比土的变形小，由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层中垫层材料不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。同时土由于桩的挤密作用（指用沉管方法成桩时）而提高了承载力，而桩又由于其周围土侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。
　　当基础和桩之间设置了一定厚度的褥垫层后，基础传来的荷载首先作用在褥垫层上，然后通过褥垫层将荷载传递到桩和桩间土上，然而由于桩间土的抗压刚度远小于桩的抗压刚度，桩顶产生应力集中，桩向上“刺入”，同时褥垫层产生向下的位移，压缩桩间土。因此，桩和桩间土自始至终都参与承担荷载。
　　二、深厚砂层地区CFG桩地基处理
　　在松散砂土中成桩存在的问题：松散砂土由于具有渗透性强、易液化、剪胀、剪缩等特点，在松散砂土中成孔时，常出现钻具钻头出现扰动土层问题；桩头有蜂窝、孔隙现象；提钻速度与泵送速度不协调；有断桩、缩孔、扩孔、塌孔现象。针对这些问题CFG桩在地基处理应做以下方面的控制：
　　1、成孔控制
　　（1）摸清地层的分布情况，通过了解成桩的机械性能，仔细计算每根桩的混凝土泵送量，控制提拔钻杆时间与混凝土泵输送量相配合，保证管内有一定高度的混凝土。如遇到饱和砂土层，不得停泵待料，应按匀速适当放慢。（2）钻进干砂层和砂砾石层时，采用低转速钻进，上钻前上下活动钻具，挤实钻孔，避免混凝土从高处落下时造成振动，防止缩颈。（3）开始钻进或穿过软硬互层交界时（如粉砂层和中砂交界），采取缓慢进尺，保证钻具垂直，并控制钻杆晃动，防止扩径。
　　2、控制钻尖扰动土层
　　长螺旋钻孔活瓣粘尖长度多数在20cm～30cm之间，施工过程中钻尖部位的土无法排出，这样使得钻尖部位土层被扰动，破坏了土的原有结构，降低了桩端土的端阻力，影响了单桩竖向承载力的取值。因此在钻头设计制作过程中缩短钻尖长度，保持在15cm以内，这样就能降低扰动土层的深度，确保工程质量。
　　3、振捣保护桩头
　　采用复合地基处理天然地基土时，桩体均设有一定长度的保护桩头，目的是保证有效桩长的桩身质量。对于长螺旋钻孔泵压混凝土桩而言，桩型为刚性桩，桩体龄期满足后，桩体强度较其他桩型强度高，所以保护桩头应取较小值，一般以30cm～50cm为宜，并在桩头部分进行振捣，避免桩头出现蜂窝、孔隙。
　　4、控制混凝土坍落度
　　根据试验，在松散砂土中成孔时，混凝土坍落度宜为160mm～220mm，一般不低于200mm为宜。坍落度过小，则泵送的过程中常出现堵管现象，致使泵送过程不能连续；坍落度过大，则会出现混凝土离析的现象，这两种情况都会导致桩身破坏。因此，控制好混凝土坍落度大小，保证泵送混凝土不离析、粘塑性好、不堵塞混凝土管道即可。
　　三、CFG桩在深厚砂层地区地基处理中的应用
　　（一）工程概况
　　湖南某住宅小区10#楼，为地下室二层，地上18层住宅楼，建筑总高度56.8m，建筑面积19650m2。采用钢筋混凝土剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅱ类。建筑场地内地下水类型主要为上层滞水及基岩风化裂隙水，无稳定地下水。根据工程地质勘察报告，场地自上而下各土层的主要物理力学性质指标。
　　（二）地基方案选择
　　该住宅楼的层数较多，剪力墙间距适中，根据PKPM结构计算分析，其筏板板底平均反力为480kPa。显然，天然地基的承载力及压缩模量均不能满足上部结构的要求，且其地基土层沉降值也不能满足规范要求。由于该场地属于高承载力的粘性土分布区域，若使用预应力管桩会造成较高的断桩率和挤土效应，而且工程造价也较高，因此不宜用预应力管桩或其它桩基础。
　　为了达到既满足设计要求又经济可行的目的，本工程提出了CFG刚性桩复合地基处理的方案，对③强风化泥质粉砂岩进行了加固处理。CFG桩复合地基可以充分发挥场地土的作用，尤其在地基承载力要求较高，天然地基沉降变形不能满足要求的情况下，复合地基性桩加固效果更显著。考虑到上部结构刚度较大，基础形式采用筏板基础。基底埋深为-7.6m，要求处理后的复合地基承载力特征值大于500kPa。工程最终采用CFG桩复合地基形式。
　　（三）施工技术
　　1、放线布桩
　　根据建筑平面图进行放线，然后根据平面图，测量布桩，桩位用<20mm钢钎打入地面以下200mm，拔出钢钎用生石灰粉灌入作为施工时的桩位点。轴线应经复测闭合，其误差不得大于10mm，桩位误差不大于20mm，钢钎打入的桩位孔应垂直。
　　参考文献：
　　[1]朱方兵.深厚砂层地区 CFG 桩地基处理试验思考[j].地球，2013年11期.
　　[2]张志彬，程杰.米易商会大厦CFG桩地基处理实践[j].四川建筑，2011年6期.

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