CFG桩应用技术

2022-09-10

CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表, 目前多用于高层和超高层建筑中。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, 和桩问土、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, 均可保证桩问土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩问大, 在荷载作用下, 桩顶应力比桩问土表面应力大。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桩不配钢筋, 桩体利用工业废料煤灰作为掺和料, 大大降低了工程造价。

1 工程简介

拦江堤路道路工程南起鹦鹉立交, 道路沿线分别与四新南路、会展南路、会展北路、四新北路相交, 北止于现状江鹦路, 道路全长2507.87米。拦江堤路 (三环路～二环路) 道路工程Ⅱ标分为地面层和下穿层两部分, 该通道设置双向六车道, 主线两侧布置机动车道辅道, 由双孔钢筋混凝土矩形闭合框架结构通道、钢筋砼U型槽和重力式挡土墙结构组成。1+341～1+596为下穿主通道, 长255米;1+596～1+756为北侧引道U形槽, 长160米, 1+756～1+786为北侧引道砼挡土墙, 长30米。

在勘探孔所揭露的深度范围内, 场地地层主要由人工填土、全新统冲湖积相粘性土、淤泥质土及冲积相粉细砂构成。根据野外钻探情况结合室内土工试验成果综合分析, 将工程场地勘探深度范围内地层划分为四大层十个亚层, 见表1。

从地勘资料反映的数据来看, 结构基础落在 (2-1～2-4) 层上, 地基承载力在50kPa至110kPa, 不能满足通道结构对地基基础的要求——120kPa～160kPa。

2 设计方案和技术参数

在框架结构和U形槽部分段面内, 由于土质原因, 采用水泥粉煤灰碎石 (CFG) 桩复合型地基设计桩径φ400mm, 设计桩长1 4 m, 单桩承载力特征值为2 3 0 K N, 桩的横向间距为1.4m, 桩尖的持力层为2～5层亚粘土、3层亚粘土夹粉砂及4层粉细砂。桩体混合体试块 (边长150mm立方体) 28天立方体抗压强度平均值>5.7 M P a。纵向间距和复合地基承载力特征值详见表2。

工程桩施工前应先试桩, 进行单桩承载力、复合地基承载力和桩的完整性检测。单桩承载力、复合地基承载力和桩的完整性合格后方可进行工程桩施工。

应抽取不少于总数10%的桩进行低应变试验, 以检测桩身完整性。

处理地基范围内均采用中粗砂褥垫层, 褥垫层厚30CM。褥垫层铺设采用静力压实法, 褥垫层夯实后的厚度与虚铺厚度的比值不得大于0.9。

当基坑开挖至桩顶标高150cm时, 应施工桩体。施工时应进行深井降水以保证承压水头在桩顶标高下50cm。

冬季施工时, 混合料入孔温度不得低于5℃, 对桩头和桩间土应采取保温措施。施工桩顶标高应高出设计标高的50cm。

3 施工技术

3.1 施工特点

(1) CFG桩不需要排泥, 不污染环境, 施工工艺简单, 施工速度快。

(2) CFG桩灌注的砼具有一定的粘结强度和良好的和易性, 使其在振动沉管中不易离析, 泌水, 从而保证桩身施工质量。

(3) CF G桩复合地基承载力提高幅度大, 沉降量小, 加固软土地基效果显著, 具有广泛的适应性。

(4) 由于粉煤灰不断发生水化反应, 使桩身砼的后期强度增大, 这对CFG桩承受上部荷载有了可靠保证。

(5) CFG桩体内不设钢筋笼, 可节约大量钢材, 从而降低工程造价。

3.2 施工工艺

振动沉管灌注CFG桩按照设计桩基平面布置图, 将预制的钢筋砼桩尖, 准确地埋入地表之下, 桩身垂直套入桩尖, 通过振动挤压将桩管沉入设计高程, 桩尖进入持力层1.0m～1.5m, 再灌注水泥粉煤类碎石砼, 边振动边拔管, 直到桩管全部拔出成桩。

3.3 施工流程

平整场地→测量标高、放线放桩位→桩机就位→放置桩尖、沉管→沉管到设计深度→测记最终贯入度及孔深→边灌注、边振动、边拔管→成桩→清除设计标高以上的→桩间土和桩头→CFG桩检测→验槽→褥垫层施工→CFG桩复合地基验收。

3.4 施工方法

(1) 施工前按设计要求进行桩位测放, 并对测量基线, 水准点及桩位进行复核, 桩基定位桩及施工区附近的水准点, 设置在不受桩基施工影响的地方。

(2) 将钢筋砼预制桩尖, 按测放的桩基点位准确地埋入地表30cm以下处, 桩管垂直套入桩尖, 桩管与桩尖的轴线重合, 桩管内壁保持干净。

(3) 桩管沉入到设计标高, 桩尖进行持力层, 并判定该深度或贯入度是否达到设计高程。符合要求后方可终止沉管。

(4) 终止沉管后尽快灌注砼, 桩管内注满砼后, 先振动5s～10s, 再开始拔管, 边振动边拔管, 每拔0.5m～1.0m, 停拔5s～10s, 但保持振动, 直到桩管全部拔出。

(5) 拔管速度按均匀线速率控制, 一般土层以1.2m/min～1.5m/min, 软土层以0.6m/min～0.8m/min控制。

(6) 为防止出现桩身缩颈和断桩, 除控制拔管速度和高度外, 还可采用短拔 (0.3m～0.5m) 长振 (15s～20s) 法施工。

(7) 在拔管过程中, 桩管内至少保持2m以上高度的砼, 或管内砼高度不低于地面。

(8) 沉管拔出地面, 确认桩的质量符合要求后, 用湿粘土封顶, 然后移动钻机, 继续进行下根桩施工。

(9) 打桩顺序, 采用隔排隔桩跳打法施工。

3.5 技术质量措施

(1) 桩机定位, 管深检测:桩机定位后必须保持平正、稳固, 确保施工中不发生倾斜、位移, 在机架上设置控制沉管深度的标尺, 以便施工中进行观测记录。

(2) 砼施工配合比:施工前, 进行原材料试验检测, 试验室出具设计配合比通知单。

(3) 桩位正确:沉管前, 检查桩位是否正确, 桩管入土时, 桩的平面位置偏差不得大于5cm。

(4) 桩身垂直度。 (1) 桩机就位后, 用水平尺调整机座, 并备以枕木垫于管下, 使桩机前后高差小于2cm, 横向高差小于10cm。 (2) 正侧面用线垂校正桩管, 桩管垂直度不超过1.5%的桩长值。 (3) 桩管沉入过程中, 若发现桩身有偏斜和位移, 则应停止沉管检查, 待纠正后再下沉。

(5) 桩顶标高控制:用水准仪控制桩顶高程, 在桩机上标明尺寸标记, 以便在沉管和终止沉管时, 观测记录桩管的入土深度。

(6) 施工记录:认真填写桩基记录表格, 如实反遇桩基施工情况, 记录最后2个2min的贯入度及最后1m的沉管时间和总沉管时间, 桩管入土深度和成桩时间。打桩时, 每打完一根桩, 在施工图上做好标记, 并校核桩数、桩位、防止漏桩。

3.6 褥垫层

(1) 褥垫层作用。 (1) 使桩顶人为地向上刺入, 使桩间土一开始就分担较大份额的上部荷载, 较好地发挥桩间土的承载力。 (2) 依靠褥垫层材料与基础底面的摩擦, 使CFG桩复合地基具有一定抵抗水平荷载的能力。 (3) 对地基的不均匀沉降, 有一定的补偿作用。

(2) 褥垫层施工。褥垫层位于桩顶和桩间土的上部, 厚度为10cm～30cm的级配碎石砂结构。采用碾压的施工压实, 每层材料摊铺均匀, 一般压实不少于3遍, 压到密实度不松动为止。

4 CFG桩检测

4.1 试验方法与设备

(1) 低应变反射波法试验。 (1) 方法:通过手锤或力棒敲击桩头激发应力波, 应力波沿桩身向下传播, 当桩身存在波阻抗差异时, 应力波产生的反射被安装于桩头的传感器接收并传输到仪器, 运用低应变分析软件, 对反射波进行处理、分析, 得到桩身质量完整性的信息。 (2) 设备:RS-1616KP基桩动测仪、16100传感器, 尼龙锤。

(2) 单桩竖向抗压静载试验。 (1) 加载方式:采用慢速维持荷载法油泵逐级加载, 共分10级加载和5级卸载, 最大加载量按单桩承载力标准值的2.1倍, 每级最大加载量为230×2.1/10=48.3KN。采用桁架、主梁、工字钢搭成的压重平台反力装置, 砂包堆积, 最大加荷量为500KN。第一次加载直接加载二级及9 7 K N, 以后每一级最大加载量48.3KN。 (2) 荷载与沉降观测:荷载值通过压力表测量, 由千斤顶的标定曲线换算给出, 承载板沉降通过对称正向布置于承载板百分表测量。 (3) 设备:VD-2000千斤顶、压力表/压力传杆器、百分表/位移传杆器。

(3) 单桩复合地基承载试验。 (1) 加载方式:最大加载量按复合地基承载力标准值的2.1倍。分为8级加载, 4级卸载。采用1.5m的圆形承压板、板底铺3mm中粗砂找平层, 采用油压千斤顶加载, 工字钢搭设堆载平台, 砂袋堆积提供反力, 最大压重量400KN。 (2) 荷载与沉降观测:荷载值通过压力表测量, 再由千斤顶的标定曲线换算给出, 测试仪自动记录, 沉降通过承压板两边对称架设的机械或百分表测量。 (3) 设备:与单桩竖向抗压静载试验相同。