CFG桩特点.docx

CFG 桩复合地基施工特点CFG桩是英文Cement Fly-ash Grave的缩写，意为”水泥粉煤灰碎石桩”，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。一、CFG桩-适用范围CFG桩的适用范围很广。在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。二、CFG桩-施工CFG桩的施工， 应根据现场条件选用下列施工工艺：1、长螺旋钻孔灌注成桩， 适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土。2、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩， 适用于粘性土、粉土、砂土， 以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。3、振动沉管灌注成桩， 适用于粉土、粘性土及素填土地基。三、CFG桩-材料要求1、混凝土、混凝土外加剂和掺和料: 缓凝剂、粉煤灰， 均应符合相应标准要求， 其掺量应根据施工要求通过试验室确定。2、严格按照配合比配制混合料。3、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度宜为160200mm， 振动沉管灌注桩成桩施工的坍落度宜为3050mm， 振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。4、长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.21.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢。四、CFG桩-其他注意事项1、冬期施工时混合料人孔温度不得低于5，对桩头和桩间土应采取保温措施。2、施工垂直度偏差不应大于1%；对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0.4倍桩径；对条形基础，桩位偏差不应大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60mm。五、主要技术指标：根据工程实际情况，水泥粉煤灰碎石桩常用的施工工艺包括长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩、振动沉管灌注成桩和长螺旋钻孔灌注成桩。主要技术指标为：六、地基承载力：设计要求；桩 径：宜取350600mm；桩 长；设计要求，桩端持力层应选择承载力相对较高的土层；桩身强度：混凝土强度满足设计要求，通常C15；桩间距： 宜取35倍桩径；桩垂直度：1.5；褥垫层：宜用中砂、粗砂、碎石或级配砂石等，不宜选用卵石，最大粒径不宜大于30mm。厚度150300mm，夯填度0.9。实际工程中；以上参数根据地质条件、基础类型、结构类型、地基承载力和变形要求等条件或现场试验确定。复合地基是在天然地基中设置一定比例的增强体，并由原土和增强体共同承担由基础传的建筑物荷载，这样一种人工地基称为复合地基。增强体是由强度和模量比原土高的材料组成，习惯上将增强体称为桩。根据材料的不同，纵向增强体可分为碎石桩、水泥土桩、 CFG 桩等。根据桩体的强度和模量大小，可分为散体复合地基（如振冲碎石桩复合地基），低粘结强度桩复合地基（如石灰桩、灰土桩），中等粘结强度桩复合地基 ( 如夯实水泥土桩复合地基 ) ，高粘结强度桩复合地基 ( 如 CFG 桩 ) 。 七、CFG 桩复合地基的特点 水泥粉煤灰碎石桩法（简称 CFG 桩），是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。 CFG 桩的骨干材料为碎石，粗骨料；石屑为中等粒径骨料，以改善桩体级配，增强桩体强度；粉煤灰是细骨料，又有低标号水泥的作用，可使桩体具有明显的后期强度。这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点，其一，施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也小；其二，所用材料仅需少量水泥，便于就地取材；节约材料；其三，受力特性与水泥搅拌桩类似。 CFG 桩的掺入料粉煤灰是燃烧发电厂排出的一种工业废料，它是磨至一定细度的粉煤灰在煤粉炉中燃烧（ 1100 1500 ）后，由收尘器收集的细灰，简称干灰。用湿法排灰所得的粉煤灰称为湿灰，由于部分活性先行水化，所以其活性也较干灰为低，粉煤灰的活性是影响混合料强度的主要指标，活性越高，混合料需水量越少，强度越高；活性越低，混合料需水量越多，强度越低。不同的发电厂收集的粉煤灰，由于原煤种类、燃烧条件、煤粉细度、收灰方式的不同，其活性有很大差异，所以对混合料的强度有很大影响。粉煤灰的活性决定于各种粒度 AL 2 O 3 和 SiO 2 的含量， CaO 对粉煤灰的活性也很有利。粉煤灰的粒度组成是影响粉煤灰质量的主要指标，一般粉煤灰越细，球形颗粒越多，水化及接触界面增加，容易发挥粉煤灰的活性。 CFG 桩的骨料碎石，掺入石屑是填充碎石的空隙，使级配良好。接触比表面积增大，提高桩体抗剪强度。 CFG 桩复合地基一般适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基；既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。当 CFG 桩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 CFG 桩用于挤密效果差的土时承载力的提高只与置换作用有关。与其他复合地基的桩型相比， CFG 桩由于桩体材料较轻，置换作用特别明显。就基础形式而言， CFG 桩复合地基既适用于条形基础（有地梁）、独立基础，又适用于筏基、箱型基础。 八、CFG 桩复合地基处理技术现状 CFG 桩复合地基是一种新的地基处理技术， CFG 桩复合地基试验研究是建设部“七五”计划课题 , 于 1988 年立题进行试验研究 , 并应用于工程实践， CFG 桩复合地基试验研究成果于 1992 年由建设部组织鉴定 , 专家们认为：该成果具有国际领先水平； CFG 桩复合地基成套技术， 1994 年被建设部列为全国重点推广项目 ,1997 年被视为国家级工法，并列入国家行业标准建筑地基处理技术规范，目前 , 该技术已在全国 23 个省市推广使用 , 据不完全统计 , 已有 1000 多个工程使用该技术， CFG 桩由于在桩体材料中加入工业废料粉煤灰 , 可以减少环境污染 , 又达到料废物利用的目的 , 具有显著的经济效益和社会效益， CFG 桩桩体不配筋 , 又充分发挥了桩间土的承载力 , 与普通混凝土桩相比 , 所需桩数较少 , 其造价一般只有桩基的 1/3 1/2, 工程造价也低廉 , 值得重点推广。 随着 CFG 桩复合地基在全国范围内推广及应用 , 特别是近几年的发展， CFG 桩复合地基技术在我国的基本建设中起了非常重要的作用，从建筑到道路、煤矿均得到普遍应用。特别是近几年，该技术在北方地区的高层建筑地基处理中得到应用，据不完全统计，已有 300 余栋高层建筑地基处理采用了 CFG 桩加固技术。因此，近年来，对 CFG 桩复合地基各方面的研究也取得了很多成果：（ 1 ）关于 CFG 桩复合地基工程特性的研究作者 阎明礼教授和张东刚高工做了大量的试验工作，总结了其工程特性；（ 2 ）关于 CFG 桩复合地基的设计作者赵其华、李建光提出了沉降量和承载力双重控制的 CFG 桩复合地基的设计思想；（ 3 ）关于 CFG 桩桩体材料特性的试验研究方面作者范云、汪英珍通过对 CFG 桩桩体材料的室内配比试验，获得了不同配比条件下桩体材料强度变化规律，提出了 CFG 桩桩体材料配比是应遵循的某些原则和方法；（ 4 ）关于 CFG 桩复合地基承载性状方面作者张晶、李斌等进行了大量的试验研究，通过对工程上较软弱土层进行复合地基处理后的静载试验结果，分析了 CFG 桩复合地基承载性状，并对单桩、桩土复合、桩间土、等不同的复合地基试验结果进行了分析对比，得出 CFG 桩的后期强度增长幅度较高，对整体桩的性状是有利结论。（ 5 ）关于 CFG 桩复合地基在工程实例中的应用研究作者 阎明礼教授和张东刚高工作了大量的工程实例应用研究，总结了很多工程经验。关于 CFG 桩复合地基的变形、边载条件、力学特性等的研究，很多专家作了大量的研究工作并得出了相应的规律和结果。 每一种地基基础处理方法，都有其使用的地质条件和范围，以及特定的施工方法，在不同的条件下，会遇到不同的问题，都要有不同的处理方法。 CFG 桩复合地基处理技术，具有施工速度快、工期短、质量容易控制及工程造价低廉等特点，因此，目前已成为郑州地区高层建筑中主要的地基处理技术之一；但是，由于郑州地区地质条件差别很大，以及周围环境条件的不同，近几年来施工中遇到很多不同的问题，有些导致了不同程度的经济损失，应引起足够的重视并加以研究，为以后工程提供经验，防患于未然；设计、施工方法的正确与否，关系到工程的安全、造价的高低、工期的长短。总结工程经验，就是为了保证安全、提高质量、缩短工期、节约投资，创建优质工程。 九、CFG桩复合地基在施工中的质量控制CFG桩复合地基是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术。由于CFG桩改善了碎石桩的刚性，使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，同时也能很好地发挥其端阻作用。因此，得以广泛采用，并取得良好的经济和社会效益。为进一步保证CFG桩复合地基的施工质量，应控制好以下几个问题 1、选用合理的施工机械设备。CFG桩多用振动沉管机施工，也可用螺旋钻机。而选用哪一类成桩机和什么型号，要视工程的具体情况而定。对北方大多数地区存在的夹有硬土层地质条件的地区，单纯使用振动沉管机施工，会造成对已打桩形成较大的振动，从而导致桩体被震裂或震断。对于灵敏度和密实度较高的土，振动会造成土的结构强度破坏，密实度减小，引起承载力下降。故不能简单使用振动沉管机。此时宜采用螺旋钻预引孔，然后再用振动沉管机制桩。这样的设备组合避免了已打桩被震坏或扰动桩间土导致桩间土的结构破坏而引起复合地基的强度降低。所以，在施工准备阶段，必须详细了解地质情况，从而合理地选用施工机械。这是确保CFG桩复合地基质量的有效途径。 2、深入了解地质情况，采用合理的施工工艺。在施工过程中，成桩的施工工艺对CFG桩复合地基的质量至关重要，不合理的施工工艺将造成重大的质量问题，甚至导致质量事故，而要选择确定合理的施工工艺必须深入了解地质情况。只有在深入了解地质情况的基础上，才能确定合理的施工工艺，并在施工过程中加强监测，根据具体情况，控制施工工艺，发现特殊情况，做出具体的改变。 （1）、在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，但当采用连打作业时，由于饱和软土的特性，新打桩将挤压已打桩，形成椭圆或不规则形态，产生严重的缩颈和断桩。此时，应采用隔桩跳打施工方案。而在饱和的松散粉土中施工，由于松散粉土振密效果好，先打桩施工完后，土体密度会有显著增加。而且，打的桩越多，土的密度越大。在补打新桩时，一是加大了沉管难度，二是非常容易造成已打桩断桩，此时，隔桩跳打亦不宜采用。当满堂布桩时，不宜从四周转向内推进施工，宜从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工。但仅凭打桩顺序的改变并不能完全避免新打桩的振动对已结硬的已打桩产生影响。此时，应采用螺旋钻引孔的方案，避免新打桩的振动造成已打桩的断桩。 （2）、严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，桩项浮浆过多，桩身强度不足和形成混和料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在1215米分。 （3）、控制好混合料的坍落度。大量工程实践表明，混合料坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在35厘米，和易性好，当拔管速率为1215米分时，一般桩顶浮浆可控制在10厘米左右，成桩质量容易控制。 （4）、设置保护桩长。使桩在加料时，比设计桩长多加05米，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振35秒，提高桩顶混合料密实度。上部用土封项，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。 (5)、拔管过程避免反插。在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量，应避免反插。 3、加强施工过程中的监测。在施工过程中，应加强监测，及时发现问题，以便针对性地采取有效措施，有效控制成桩质量，重点应做好以下几方面的监测： (1)、施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，并注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中则要随时测量地面是否发生降起。因为断桩常和地表隆起相联系。 (2)、已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高的变化，尤其要注意观测桩距最小部位的桩。因为在打新桩时，量测已打桩桩顶的上升量，可估算桩径缩小的数值，以判断是否产生缩径。 (3)、对有怀疑的桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看，并做出必要的处理。(4)、当桩体混凝土达到一定强度一般三到五天可将保护桩头凿除，同时清理桩间土。凿除桩头宜用人工，也可使用风镐清凿。方法为:找出桩顶设计标高，用钢钎从桩的两侧或三个方向同时打击，不可用重锤或重物横向打击桩体。将桩头截断后，用小钢钎把桩顶找平。要求桩顶成为水平面。十、工程范例1、工程概况某工程总建筑面积约23万m2,由四栋高档塔式涉外公寓组成,其中1#楼已施工完毕交付施工,现进行2#楼施工,2#楼总建筑面积62089mm2,地下三层,地上34层。主楼基础为箱形基础,主体结构类型为全现浇剪力墙结构。2#楼工程总高度102m,设计0.00相等于绝对标高38.5m,基底标高为-15.86m、-16.36m、-15.56m,分别相等于绝对高程22.64m、22.14m、21.94m。2、CFG桩设计情况(1)、地质勘测情况:基底持力层为细粉砂层(局部为粘质粉土、粉质粘土层),其地基承载力标准值为220kpa。(2)、CFG桩设计要求:a. 建筑物主楼最终沉降量80mm;b. 建筑物最大倾斜总高度的0.8;c. 不考虑地下室的抗浮问题。d. 地基承载力需615 kpa。(3)、CFG桩设计参数:a桩数988根bc平均桩径420mmd砼强度等级C20e单桩承载力标准值750kNfg褥垫层150mm厚砂石褥垫层(4)、CFG桩复合地基承载力简要验算:ab. 复合地基承载力为:750988/1795.08+220=632.79 kPa615 kPa(设计要求地基承载力)地基承载力符合设计要求。3、施工工艺:(1)、施工准备:a. 主要设备机具准备:长螺旋钻机(45kW2)1台;b混凝土输送泵1台c搅拌机1台d坍落度测筒1个e试块模具2套f配电箱1台g经纬仪1台h水准仪1台(2)、材料准备:a水泥:32.5#普通硅酸盐水泥;b碎石:粒径5-20mm;c砂子:细中砂,含泥量5%;d粉煤灰。（3）. 劳力准备:a施工总指挥1人b技术负责1人c质检员1人d钻机操作6人e钻机记录2人f钻机指挥2人g搅拌机操作3人h上料20人（4）. 现场条件a基槽开挖完毕,预留土层厚度(300mm),并办理好中间验收记录。b总包单位对CFG桩施工单位做好测量交底。(包括基槽的高程、控制轴线网)c CFG桩施工单位测量人员对基槽槽地底标高进行复测,根据总包单位提供的控制轴线定出2个轴线控制点。(5)施工方法:工艺流程:桩位放点搅拌混凝土长螺旋钻机就位、成孔压灌素混凝土边提升钻杆,边压灌素混凝土成桩、桩体养护检测清桩间土及预留桩头铺设砂石褥垫层。a. 桩位放点:按照地基处理图设计的桩位、间距、数量,从已定好的2个轴线控制点引放定出每一个桩的桩位点,并撒白灰作好标识;经监理验线合格后进行下道工序。b. 混凝土搅拌:根据设计好的配合比,(约水泥:砂:碎石:水:粉煤灰=1:2.12:3.48:082:0.28)加入碎石、砂、水泥、水搅拌约120S。保证混凝土的实测坍落度为180220mm。;c. 钻机就位及成孔:将长螺旋钻就位,调整钻机水平并固定,专人检查将钻头锥尖对准桩位中心点;螺旋钻机就位后,司钻人员根据钻机架上的铅锤调节钻机垂直度,确保垂直度偏差H%。全部调整到位后,开始钻孔,在钻机架上预先做好深度标记,利用深度标记进行成孔深度控制,并由电流表的数值判断是否进入卵石层。在施工过程中,采用双控标准控制孔深,既满足有效桩长11.5m,又保证桩端进入卵石层500mm,局部卵石层较薄的场地,控制进入卵石层300m。在大面积施工前,首先进行试桩工作,共试验3根桩,由此取得成桩的必需参数提升速度、混凝土灌注速度、灌注量等),确定出成桩的顺序为:对称、间隔、邻排斜向挑打,严禁从一端开始按顺序逐个施工。d. 拔管、压灌素混凝土成桩:长螺旋钻机钻至设计深度且等钻杆中孔灌满混凝土后,开始提升钻杆、压灌素混凝土。一边泵送素混凝土(C20),一边拔管。设专人指挥协调钻机操作手和混凝土泵操作手保证泵送混凝土和提升钻杆的默契配合,以确保成桩质量。在正常情况下,钻机的提升速度2.5m/min,在含水砂层段内,适当放慢提钻速度,以防流砂造成塌孔、断桩现象。提钻的速率与混合料的泵送速率相协调,保证钻杆孔内混凝土表面高度始终略高于钻杆底出料口。直至压灌到场地地面为止。成桩后,采用振捣绑振捣一遍,振捣深度5m。e. 混凝土输送量控制:桩顶与施工作业面平齐,桩顶浮浆厚度500mm。确保设计桩顶标高内无浮浆。(6). 检测:CFG桩施工完,桩体强度达到设计值后,由检测单位进行选桩、检测。静载荷检测:a选桩:由资质齐全的检测单位现场任意选取5根桩做静载试验;b试验方法:采用慢速加载维持荷载法,确定单桩、桩间土及复合地基的承载力标准值。试验加载装置采用重压平台反力装置。但桩检测的最大荷载加至1320kN;桩间土最大荷载加至600 kpa.c单桩检测的具体步骤如下:试验荷载分十一级,每加一级荷载Q(110kN),在加载前后计压板沉降一次,以后每15min、15min、30min读记一次,稳定标准为每小时沉降0.1mm。d桩间土检测: 具体步骤如下:试验荷载分十级,每加一级荷载Q(60kPa),在加载前后计压板沉降一次,以后每15min、15min、30min读记一次,稳定标准为每小时沉降0.25mm。采用公式法和拟合法计算复合地基承载力检测值和变形模量。2桩身完整性动测:a选桩:由专业检测单位现场任意选取100根桩(10%)做桩身完整性检测。b检测方法:采用反射波法检测桩身混凝土的完整性,推断缺陷类型及位置。c根据检测结果,桩身完整性分为A、B、C、D四类标准。本工程A类桩87根、B类桩13根,无C、D类桩。(7). 清理桩间土和桩头:a检测合格后,人工清除预留的300mm厚土层;b采用钢钎及风镐等工具凿除预留桩头至设计标高。c凿桩头时,钢钎水平放置,禁止竖向劈凿桩头,以防破坏桩身质量。d斜面(集水坑等坡面)按实际坡度剔除预留桩头。e凿除桩头后,及时清运平整到位,保证场地平整度偏差1.5mm。(8). 砂石褥垫层施工:a四方验槽合格后,铺设150厚砂石褥垫层,砂石配比为砂子:碎石=1:2(体积比)。b褥垫层铺设范围为:底板垫层外边缘外扩100mm。c(3)先虚铺配好的砂石料约170mm,用平板振捣器振实23遍,振实后厚度为150mm。(四)、质量控制:1. 材料试验:水泥:以同一水泥厂、同品牌、同强度等级、同以出场编号,每200t为一验收批;砂子:同一产地、同规格每600t为一验收批;石子:同一产地、同规格每600t为一验收批;粉煤灰:以连续供应相同等级的200t为一验收批;混凝土:每一工作台班、每100m3,为一验收批,取样不得少于一组(三块);其中见证试验数量不得少于30%。坍落度检测:每工作台班不的少于两次,并作好记录。按照规范(GB50204-92)要求进行混凝土强度统计评定。2. 质量标准在施工过程中,设专人对孔径、孔深、桩(孔)垂直度、桩位偏差、原材料配比、提升速度、成桩长度及桩径等参数进行检查,并填写CFG桩施工质量检查记录表;保证各项指标均符合设计和规范要求。允许偏差项目:桩垂直度误差:桩长的1%;桩径误差:10mm;桩位偏差:1/2桩径。(五)、沉降观测:1. 由北京市勘测设计研究院负责工程的沉降观测。2. 在基础底板施工施工时埋设沉降观测点。3. 等地下室结构施工完2层(地下室共3层)开始观测,以后每月2次,竣工后半年一次。做好沉降观测记录。