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CFG桩

水泥粉煤灰碎石桩(cement fly-ash 砾石 pile,简称CFG桩)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,属于刚性桩复合地基,具有承载力提高幅度大地基变形小等特点。CFG桩是一种低强度混凝土桩,可充分利用桩间土的承载力共同作用,并可传递荷载到深层地基中去,具有较好的技术性能和经济效果

CFG桩复合地基成套技术,是在20世纪80年代由中国建研院立题开始试验研究,1992年通过了部级鉴定,1994年被建设部列为中国重点推广项目,1995年被国家科委列为国家级全国重点推广项目。

CFG桩是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和后制成的一种具有一定强度的桩体。其骨料仍为砾石,用掺入石屑来改善颗粒级配;掺入粉煤灰来改善混合料的和易性,并利用其活性减少水泥用量;掺入少量水泥使其具有一定黏结强度。CFG桩适用于黏性土、粉土、砂土、人工填土、砾(碎)石土及风化岩层分布的地基等。

简史

CFG桩复合地基成套技术,是在20世纪80年代由中国建研院立题开始试验研究,1992年通过了部级鉴定,1994年被建设部列为中国重点推广项目,1995年被国家科委列为国家级全国重点推广项目,经过十多年的研究和推广应用,其在中国的基本建设中起到非重要的作用。就掌握的资料,CFG桩可加固从多层建筑到30层以下的高层建筑,从民用建筑到工业厂房均可使用。

分类

常用的施工方法有振动沉管灌注成桩、长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩两种。振动沉管CFG桩施工工艺适用于粉土、黏性土及素填土地基(使用的桩尖采用钢筋混凝土预制桩尖或钢制活瓣桩尖)。长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;长螺旋钻孔管内泵压CFG成桩适用于黏性土、粉土、砂土,以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。

生产工艺

CFG桩是近年来发展迅速、用于处理软弱地基的一种新方法。它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和后制成的一种具有一定强度的桩体。其骨料仍为砾石,用掺入石屑来改善颗粒级配;掺入粉煤灰来改善混合料的和易性,并利用其活性减少水泥用量;掺入少量水泥使其具有一定黏结强度。通过调整水泥的用量及配合比,可使桩体强度等级达C7~C15,具有明显的刚性桩特性。通常在桩顶与基础之间铺设一层150~300mm厚的中砂、粗砂、级配砂石或碎石(称为褥垫层),以便于桩间土发挥承载力,与桩组成复合地基,CFG桩是一种低强度混凝土桩,可充分利用桩间土的承载力共同作用,并可传递荷载到深层地基中去,具有较好的技术性能和经济效果

性能参数

技术参数

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)的规定,按处理后复合地基承载力特征值不小于300kPa,进行设计计算。CFG桩桩体标号C10,桩径采用400mm,以下部砂层为桩尖持力层,桩顶、桩底标高分别为2.1m和一2.3m,进入持力层0.4m。CFG桩采用等边三角形布置,桩心距1.2m,实际共布桩1093根,置换率10%。桩顶与基础间设200mm厚密实级配砂石垫层。

评价指标

CFG桩的刚性桩性状

对于像砂桩和碎石桩那样的散粒材料桩,它们主要是通过有限桩长。一般为传递垂直荷载的,碎石桩在2~3倍桩径范围内为高应力区。当桩长大于某一数值后,桩传递荷载的作用已显著减弱。CEG桩不同于碎石桩,是具有一定黏结强度的桩,在外荷载作用下,桩身不会像碎石桩那样出现鼓胀破坏,并可全桩长发挥侧摩阻力,桩落在好土层上具有明显的端承力,桩承受的荷载通过桩周的摩擦力和端桩阻力传递到深层地基中,其复合地基承载力可大幅度提高。对上部软下部硬的地质条件,碎石桩将荷载向深层传递非常困难,而CFG桩因为具有刚性桩的性状,可全桩长发挥侧摩阻力,并能向深层传递荷载。

单桩承载力的可调性

CFG桩的桩长可根据实际工程要求和地质条件确定,即可从几米到20m。如前所述,CFG桩能像刚性桩那样全桩长发挥桩的侧摩阻力。根统计资料表明,CFG桩承担的荷载占总荷载的百分比可在35%~70%变化,有的工程这个比例更高,使得复合地基承载能力提高幅度大并且具有很大的可调性。这是因为当地基承载力较高时,荷载又不很大,可将桩长设计得短些,荷载大时,桩长可设计得长些;特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高时,用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求,用CFG桩处理时,复合地基承载力比较容易实现。

桩体的排水作用

CFG桩在处理饱和粉土和砂土地基的施工中,由于成桩过程中的沉管和拔管的振动作用(螺旋钻成孔振动作用小一些),会使土体内产生较大的超静孔隙水压力,刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道,特别是在较好透水层上面还有透水性差的土层覆盖时,这种排水作用更加明显,孔隙水沿着刚完工的桩体向上排出,直到CFG桩体结硬为止。这种排水过程可延续几小时。

时间效应

利用振动沉管施工工艺,由于其振动作用,将会对桩间土产生扰动,特别是对于高灵敏度的土,会使其结构强度丧失,强度降低。成桩结束后,随着恢复期的增长、结构强度的逐渐恢复及新的结构强度的形成,桩间土承载能力有所提高。

应用领域

CFG桩适用于以下工艺:(1)泥浆护壁钻孔灌注成桩。适用于黏性土、粉土、砂土、人工填土、砾(碎)石土及风化岩层分布的地基。(2)人工或机械洛阳铲成孔灌注成桩。适用于处理深度不大,地下水位以上的黏性土、粉土和填土地基。

CFG桩适用于多层和高层建筑地基,如砂土、粉土、松散填土、粉质黏土、淤泥质黏土等处理。可加固从多层建筑到30层以下的高层建筑,从民用建筑到工业厂房均可使用。CFG桩与素混凝土柱的区别仅在于桩体材料的构成不同,而在其变形和受力特征方面没有太大的区别。CFG桩既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。当用于挤密效果好的土时,承载力的提高既有挤密作用,又有置换作用;当用于挤密效果差的土时,承载力的提高只与置换作用有关。CFG桩和其他复合地基的桩型相比,它的置换作用很突出,这是CFG桩的一个重要特征。对一般黏性土、粉土或砂土,桩端具有好的持力层,经CFG桩处理后可作为高层或超高层建筑地基。CFG桩不仅用于承载力较低的土,对承载力较高的土,也可采用CFG桩来减少地基变形。

标准规范

根据《铁路工程地基处理技术规程》(TB10106一2010)规定CFG桩处理范围不应小于基底范围,路堤宜处理至填方坡脚,刚性基础则宜适当加宽。

参考资料