cfg桩复合地基的机理与设计计算.doc

CFG桩复合地基机理与设计计算CFG桩复合地基机理与设计计算 摘要：论述了CFG桩复合地基加固机理，明确了CFG桩计算措施和设计参数。 关键词：CFG桩；地基处理；复合地基 中图分类号：S611文献标识码：A文章编号： The mechanism and design of CFG Pile Compound Foundation *Liu Yuanqing Abstract：This article recommends the mechanism of the CFG Pile Compound Foundation,and also the design parameters together with the calculation method. Key words: CFG Pile;Foundation treatment;Composite foundation 一、序言 CFG（Cement Fly-ash Gravel）桩是水泥粉煤灰碎石桩简称，是一种由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用多种成桩机械制成具有可变粘结强度桩。这种处理措施是通过在碎石体中添加以水泥为主胶结材料，以及增强混合料和易性并有低标号水泥作用粉煤灰，同步还加入适量改善级配石屑，从而使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转化为具有某些刚性桩特点高粘结强度桩1。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级可在C5-C30之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间一种桩型。 二、CFG桩复合地基作用机理 CFG桩与桩间土、褥垫层一起形成了复合地基，而CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，褥垫层将上部基础传来基底压力通过合适变形以一定比例分派给桩及桩间土，使两者共同受力。 同步土体受到桩挤密而提高承载力，而桩又由于周围土侧应力增长而改善了受力性能，两者共同工作，形成了一种复合地基受力整体，共同承担上部基础传来荷载2。 CFG桩一般不用计算配筋，桩体运用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大减少了工程造价，同步，由于粉煤灰不停发生水化反应，使桩身混凝土后期强度增大，这对CFG桩承受上部荷载有了可靠保证。桩在复合地基中还起到了排水、预震等作用。 作者简介：*刘元庆（1980-），男，山东济南，本科学历，岩土工程与工程勘察 （E-mail： ） 除了桩体自身强度之外，在基础与桩和桩间土之间设置褥垫层是复合地基一种关键技术3。此褥垫层不是基础施工时素混凝土垫层，而是由一定厚度散体粒状材料所构成散体垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，则桩与桩间土传递竖向荷载与桩基础类似，即当桩端落在坚硬土层上，基础承受荷载后桩顶沉降变形很小，绝大部分荷载由桩来承担而桩间土承载能力很难发挥，便不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土承载力发挥就不单纯依赖于桩沉降，荷载能通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载，减小了基础底面应力集中。 同步，褥垫层也可调整桩与桩间土之间竖向荷载及水平荷载分担比例。当增长褥垫层厚度时，基础和褥垫层整体向下位移量和桩间土压缩量便会加大，从而提高了桩间土荷载分担比例。若减小褥垫层厚度时，则会提高桩竖向荷载分担比例。桩与土荷载分担可用桩土应力比n表达，其中： n= 式中，为桩顶应力（kN/m2），为桩间土应力（kN/m2）。水平荷载在桩与土之间分担比例(ps/Vs) 同样可以通过变化褥垫层厚度调整。 三、CFG桩复合地基设计计算 3.1承载力计算 复合地基承载力不是单桩承载力和天然地基承载力简朴叠加，需要考虑诸多原因，例如：桩对桩间土约束作用使土变形减少；施工时对桩间土所产生扰动和挤密程度，使得桩间土承载力不一样程度地减少或提高；复合地基中桩Q-S曲线呈加工硬化型，高于自由单桩承载力等原因。 综合工程实践，对于CFG桩复合地基承载力有如下某些经验计算公式：吴春林复合地基承载力计算公式4；高润国复合地基承载力计算公式5；牛志荣等改善承载力估算公式6。公布建筑地基处理技术规范也做出了对应规定： CFG桩复合地基承载力原则值可通过现场复合地基载荷试验确定，也可按公式计算。初步设计时可按： 式中，fspk为复合地基承载力特性值；m为桩土面积置换率；Ra为单桩承载力特性值(kPa)；Ap为桩截面面积；为桩间土承载力折减系数，宜取0.750.95；fsk为处理后桩间土承载力特性值(kPa)7。当采用单桩载荷试验时，Ra应将单桩竖向极限承载力除以安全系数2；当无试验资料时，可按： 式中，up为桩周长（m）；n为桩长范围内所划分土层数；qsi、qp为桩周第i层土侧阻力、桩端端阻力特性值（kPa）；li为第i层土厚度（m）。 3.2沉降计算 CFG桩复合地基沉降变形由三部分构成：一是桩长范围内土压缩变形，二是下卧层变形，三是褥垫层压缩变形8。在实际计算中，一般会忽视褥垫层压缩变形，目前国内外对复合地基沉降变形计算重要有如下措施：改善Geddes法、应力修正法(ES法)、数值计算措施和规范法1。按照有关规范规定，计算地基变形时，地基内应力分布可采用各向同性均质线性变形体理论。最终变形量可按下式计算9： 式中，s为地基最终变形量（mm）；s为按分层总和计算法得出地基变形量；为沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可采用文献9表5.3.5数值；n为地基变形计算深度范围内所划分土层数；p0为对应于荷载效应准永久组合时基础底面处附加压力（kPa）；Esi为基础底面下第i层土压缩模量（MPa）应取土自重压力至土自重压力与附加压力之和压力段计算；Zi，Zi-1为基础底面至第 i 层和第 i-1 层土底面距离（m）；，为基础底面计算点至第 i 层和第 i-1 层土底面范围内平均附加应力系数，可按文献9附录K采用。 3.3设计参数确实定 3.3.1桩长L 根据工程地质条件，初步确定CFG桩桩长。桩端最佳落在很好土层上，以很好地发挥CFG桩端承力作用，以进入很好土层1.0m左右为宜。设计时根据工程地质勘察汇报分析各土层，确定桩端持力土层和桩长并计算单桩承载力。 3.3.2桩径d 一般设计桩径d=350 mm600 mm，可用振动沉管打桩机或其他成桩设备制桩。通过优化设计程序按d由350 mm600 mm循环取值可计算出最优化桩距。 3.3.3桩距S 桩间距S一般根据面积置换率m确定，可取桩间距s=(3-5)d，但设计所规定复合地基承载力和所采用施工机具及土性、变形同样影响着桩距取值。若设计规定承载力较大时，在考虑到施工时相邻桩之间影响基础上桩距取小值，故桩距大小应综合考虑。 3.3.4褥垫层厚度 褥垫层厚度会对荷载垂直分布产生影响，一般褥垫层越薄桩承担荷载越高，反之亦然。褥垫层厚度一般取150mm-300mm为宜，当桩间距和桩径过大时，需结合对土层性质考虑可将褥垫层厚度合适加大。褥垫层材料可采用中砂、碎石、粗砂、级配砂石(最大粒径不不小于20mm)。 四、结语 CFG桩是一种高粘结强度桩复合地基，在承载过程中能有效地运用原土地基承载力，并且它施工工艺是一种半挤密性成桩法，能有效将原有土承载力提高10%20%。不过，目前CFG桩复合地基在我国理论和实践发展较不均衡，理论明显落后于工程实践，因此加强复合地基理论研究具有重要现实意义。 参照文献： 1 秦继英.CFG桩复合地基理论及工程应用研究D.郑州：郑州大学，. 2 邓跃光，黄荣.CFG桩复合地基原理和设计J.地质灾害与环境保护，,13（3）：69-72. 3 刘晓英.CFG桩复合地基处理技术探讨J.煤炭技术，,27（1）：153-154. 4 吴春林,阎明礼等.CFG桩复合地基承载力简易计算措施J.岩土工程学报.1993,15(2). 5 牛志荣,李宏等.复合地基处理及其工程实例M.中国建材工业出版社,10. 6 建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）.北京:中国建筑工业出版社. 7 建筑地基处理技术规范（JGJ79-）.北京:中国建筑工业出版社. 8 阎明礼,吴春林等.水泥粉煤灰碎石桩复合地基试验研究J.岩土工程学报,1996,18(2). 9 建筑地基基础设计规范（GB50007-）.北京:中国建筑工业出版社.-最新【精品】范文