CFG桩复合地基在南阳高层建筑地基处理中的应用.doc

1、-1-CFG 桩 复 合 地 基 在 南 阳 高 层 建 筑 地 基 处 理 中 的 应 用作 者 ：白 华 民（ 河 南 华 兴 地 质 工 程 有 限 公 司 ， 河 南 南 阳 473000）一 、 前 言CFG 桩 复 合 地 基 以 其 承 载 力 提 高 幅 度 大 、 沉 降 量 小 、 适 用 范 围 广 、施 工 速 度 快 、 质 量 容 易 控 制 、 对 环 境 无 污 染 及 工 程 造 价 低 等 特 点 ， 已 被全 国 各 地 广 泛 推 广 应 用 ， 现 已 成 为 应 用 最 普 遍 的 地 基 加 固 处 理 技 术 之 一 。近 年 来 随 着 我 国

2、 工 程 建 设 的 快 速 发 展 ， 高 层 和 超 高 层 建 筑 不 断 增 多 ， 天然 地 基 持 力 层 承 载 力 特 征 值 很 难 满 足 上 部 荷 载 要 求 ， CFG 桩 以 其 自身 优 势 被 广 泛 应 用 于 高 层 和 超 高 层 建 筑 的 地 基 加 固 处 理 中 。 现 以 南 阳 市大 昌 房 地 产 开 发 有 限 公 司 开 发 的 “金 昌 国 际 公 寓 ”应 用 CFG 桩 地 基加 固 处 理 技 术 为 例 ， 介 绍 CFG 桩 在 南 阳 高 层 建 筑 中 的 应 用 效 果 和 推 广价 值 。二 、 工 程 概 况 和 工

3、 程 地 质 条 件该 拟 建 建 筑 场 地 位 于 南 阳 市 长 江 路 与 伏 牛 路 交 叉 口 东 南 角 ， 北 距 长江 路 道 缘 50.0 米 ， 东 距 被 单 厂 12.0 米 ， 南 距 南 阳 电 台 10.0 米 ，西 距 伏 牛 路 道 缘 35.0 米 ， 拟 建 的 金 昌 国 际 公 寓 主 楼 楼 高 33 层 ， 裙楼 楼 高 2 层 ， 均 设 一 层 地 下 室 ， 框 架 剪 力 墙 结 构 ， 基 础 埋 深 为 5.7米 。 该 场 地 工 程 地 质 条 件 见 表 1。场 地 工 程 地 质 条 件 表 1土 层岩 性层 厚(m)平 均层

4、 厚(m)承 载 力特 征 值 fak(KPa)压 缩 模 量ES 值(MPa)桩 侧 土 的 侧 阻力 特 征 值qsia（ kPa）桩 的 端 阻 力特 征 值qPa（ kPa） 粉 质 粘 土 1.11.6 1.4 140 5.21 25 细 砂 3.94.3 4.1 100 4.17 10 中 粗 砂 3.23.4 3.3 150 8.34 20 砾 砂 4.75.0 4.8 180 15.78 50 粉 质 粘 土 1.72.4 2.0 160 6.34 30 砾 砂 2.43.2 2.9 200 16.67 55 1600 含 卵 砾 砂 8.49.5 9.1 240 19.17

5、60 2000-2- 粉 质 粘 土 4.3-4.9 4.6 190 15.58 砾 砂 3.1-3.9 3.5 230 18.61 粘 土 未 揭 穿 290 19.05三 、 地 基 处 理 方 案1、 地 基 处 理 方 案 的 选 择根 据 该 场 地 的 工 程 地 质 条 件 ， 若 采 用 预 应 力 管 桩 ， 桩 端 应 进 入 含 卵 砾 砂 层 中 ， 由 于 该 场 地 砾 砂 、 砾 砂 分 布 较 厚 ， 且 较 密 实 ，桩 侧 阻 力 特 征 值 和 桩 端 阻 力 特 征 值 都 较 大 ， 施 工 难 度 大 ， 故 桩 端 难 以 进入 含 卵 砾 砂 层

6、 中 ， 质 量 难 以 保 证 ； 若 采 用 钻 孔 灌 注 桩 ， 工 期 长 ， 造 价高 ， 且 对 环 境 有 污 染 。 经 多 种 方 案 的 技 术 和 经 济 分 析 对 比 ， 结 合 本 地 区的 工 程 实 践 经 验 ， 决 定 采 用 CFG 桩 复 合 地 基 进 行 地 基 加 固 处 理 。2、 CFG 桩 复 合 地 基 设 计该 工 程 设 计 要 求 处 理 后 的 复 合 地 基 承 载 力 特 征 值 不 小 于530Kpa， 单 桩 承 载 力 特 征 值 不 小 于 850Kpa。（ 1） 桩 径CFG 桩 桩 径 宜 取 350-600mm，

7、 桩 径 过 小 ， 施 工 质 量 不 宜 控 制 ； 桩径 过 大 ， 需 加 大 褥 垫 层 厚 度 才 能 保 证 桩 土 共 同 承 担 上 部 结 构 传 来 的 荷 载 。根 据 本 地 区 工 程 施 工 经 验 ， 确 定 本 工 程 桩 径 为 400mm。（ 2） 桩 长根 据 该 场 地 的 工 程 地 质 条 件 ， 第 层 含 卵 砾 砂 工 程 性 质 良 好 ， 承载 力 高 ， 分 布 稳 定 ， 厚 度 大 ， 埋 深 适 宜 ， 可 做 为 桩 端 持 力 层 ， 有 效 桩 长为 13.7 米 。（ 3） 桩 距根 据 设 计 要 求 的 复 合 地 基

8、 承 载 力 、 场 地 地 基 土 的 性 质 和 施 工 工 艺 ，综 合 确 定 桩 间 距 为 1.4 米 。（ 4） 褥 垫 层桩 顶 和 基 础 之 间 应 设 置 褥 垫 层 ， 厚 度 为 300mm， 材 料 宜 用 3： 7级 配 砂 石 ， 碎 石 粒 径 最 大 不 大 于 30mm。（ 5） 单 桩 竖 向 承 载 力 特 征 值 Ra根 据 建 筑 地 基 处 理 技 术 规 范 （ JGJ79-2002） ， 当 无 单 桩 载 荷-3-试 验 资 料 时 ， 可 按 下 式 计 算 ：Ra=up qsili+qpApni1式 中 up桩 的 周 长 （ 1.25

9、6m） ；n桩 长 范 围 内 所 划 分 的 土 层 数 ；qsi、 qp桩 周 第 i 层 土 的 侧 阻 力 、 端 阻 力 特 征 值 （ kPa） 见 表 1；li第 i 层 土 的 厚 度 （ m） ;Ap桩 横 截 面 积 （ 0.1256m2） ；该 工 程 以 ZK2 为 例 进 行 计 算 ， 结 果 为 Ra=977.8KN。（ 6） 复 合 地 基 的 承 载 力 特 征 值 fspk复 合 地 基 的 承 载 力 特 征 值 根 据 以 下 公 式 计 算 ：fspk=m（ Ra/Ap） + （ 1-m） fsk式 中 fspk复 合 地 基 承 载 力 特 征 值

10、（ kPa） ；m面 积 置 换 率 ， m=d2/de2=0.42/(1.131.4） 2=0.064；Ra单 桩 竖 向 承 载 力 特 征 值 （ KN） ；Ap桩 的 截 面 积 （ 0.1256m2） ; 桩 间 土 承 载 力 折 减 系 数 ， 取 0.8；fsk处 理 后 桩 间 土 承 载 力 特 征 值 （ 取 天 然 地 基 承 载 力 特 征 值150kPa） 。经 计 算 fspk=610.6kPa（ 7） 桩 体 设 计 强 度桩 体 试 块 抗 压 强 度 平 均 值 应 满 足 下 式 要 求fcu 3 Ra/ Ap=23.4MPa故 桩 的 设 计 抗 压 强

11、 度 应 不 小 于 25MPa。4、 CFG 桩 复 合 地 基 的 变 形 验 算CFG 桩 复 合 地 基 若 只 按 承 载 力 控 制 进 行 设 计 ， 将 会 出 现 变 形 过 大或 严 重 不 均 匀 ， 发 生 建 筑 物 倾 斜 、 开 裂 等 事 故 ， 影 响 建 筑 物 正 常 使 用 。因 此 CFG 桩 设 计 时 应 进 行 地 基 变 形 验 算 。复 合 地 基 的 分 层 与 天 然 地 基 分 层 相 同 ， 各 复 合 土 层 的 压 缩 模 量 可-4-按 该 层 天 然 地 基 压 缩 模 量 的 倍 计 算 ， 即 ESP= . ES = fs

12、pk/ fak=4.07fak天 然 地 基 承 载 力 特 征 值 （ 150kPa） 。计 算 结 果 见 表 2CFG 桩 复 合 土 层 压 缩 模 量 表 表 2层 号 压 缩 模量ESP（MPa）33.94 64.22 25.80 67.84 78.02地 基 处 理 后 的 变 形 计 算 应 按 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 （ GB50007-2002） 中 的 有 关 规 定 计 算 ， 即 ： 1 211010ni ni iisiiisps ZEPZEPS 式 中 n1、 n2加 固 区 范 围 内 土 层 的 分 层 数 、 沉 降 计 算 深 度 范 围内

13、土 层 的 分 层 数 ；P0对 应 于 荷 载 效 应 准 永 久 组 合 时 的 基 础 底 面 处 的 附 加 压 力 （ kPa） ；Esi、 、 Esp加 固 区 以 下 第 i 层 土 的 压 缩 模 量 （ MPa） 、 复 合 土层 的 压 缩 模 量 （ MPa） ；Zi、 Zi-1基 础 底 面 至 第 i 层 土 、 第 i-1 层 土 底 面 的 距 离 （ m） ； i、 i-1基 础 底 面 计 算 点 至 第 i 层 土 、 第 i-1 层 土 底 面范 围 内 平 均 附 加 应 力 系 数 ， 按 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 附 录K 取 值 ；

14、s沉 降 计 算 经 验 系 数 ， 可 采 用 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 表 5.3.5 数 值 。计 算 深 度 应 大 于 复 合 土 层 的 厚 度 ， 并 满 足 Sn 0.025 Sini1 Si 在 计 算 深 度 范 围 内 ， 第 i 层 土 的 计 算 变 形 值 ；-5- Sn 在 由 计 算 深 度 向 上 取 厚 度 为 Z 的 土 层 计 算 变 形 值 。计 算 结 果 最 大 值 为 16.36 mm， 小 于 沉 降 量 允 许 值 200mm， 整 体 倾斜 均 小 于 允 许 值 0.0025， 满 足 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范

15、 （ GB50007-2002） 第 5.3.4 条 允 许 值 的 要 求 。四 、 CFG 桩 的 施 工 与 质 量 控 制 措 施根 据 该 场 地 地 基 土 的 性 质 、 地 下 水 位 埋 深 及 场 地 周 边 环 境 条 件 等 因素 ， 选 用 长 螺 旋 钻 孔 、 管 内 泵 压 混 合 料 灌 注 成 桩 施 工 工 艺 。1、 施 工 前 应 按 设 计 要 求 由 试 验 室 进 行 配 合 比 试 验 ， 施 工 时 严 格 按 配合 比 配 制 混 合 料 。 石 料 粒 径 一 般 为 0.5-2.0cm， 针 、 片 状 颗 粒 含 量 不超 过 10%

16、， 坍 落 度 控 制 在 18-22 cm 之 间 。2、 成 桩 施 工 应 准 确 掌 握 提 拔 钻 杆 时 间 ， 钻 孔 进 入 土 层 预 定 标 高 后 ，开 始 泵 送 混 合 料 ， 待 钻 杆 内 管 及 输 送 软 、 硬 管 内 混 合 料 连 续 提 钻 。 若 提钻 时 间 较 晚 ， 在 泵 送 压 力 下 钻 头 处 的 水 泥 浆 液 被 挤 出 ， 容 易 造 成 管 路 堵塞 。 杜 绝 在 泵 送 混 合 料 前 提 钻 ， 以 免 造 成 桩 端 处 存 在 虚 土 或 桩 端 混 合 料离 析 、 端 阻 力 减 小 。3、 提 拔 钻 杆 中 应

17、 连 续 泵 料 ， 不 得 停 泵 待 料 ， 避 免 造 成 混 合 料 离 析 、桩 身 缩 径 和 断 桩 。4、 泵 料 应 高 出 桩 顶 设 计 标 高 0.5m， 作 为 保 护 桩 长 ， 以 确 保 桩 头 砼强 度 满 足 设 计 要 求 。5、 由 于 该 场 地 多 为 砂 质 地 层 ， 且 含 较 多 卵 砾 石 ， 钻 进 中 钻 头 磨 损 较快 ， 因 此 每 施 工 20-30 根 桩 ， 需 对 钻 头 直 径 进 行 校 核 ， 以 保 证 桩 径 满足 设 计 要 求 。6、 由 于 施 工 时 弃 土 较 多 ， 找 到 已 定 桩 位 的 标 志

18、 比 较 困 难 ， 故 采 用 远距 离 参 照 定 位 ， 即 在 弃 土 外 找 到 与 施 工 桩 位 在 同 一 直 线 上 的 两 个 定 位 点 ，来 确 定 桩 位 ， 认 真 对 照 桩 位 布 置 图 ， 确 定 施 工 桩 的 位 置 及 编 号 ， 做 好 施工 记 录 。7、 采 用 人 工 开 挖 桩 间 土 ， 钢 锯 或 电 钻 截 桩 头 ， 成 桩 后 在 桩 体 尚 未 达到 一 定 强 度 时 ， 尽 量 避 免 桩 体 附 近 的 机 械 行 走 ， 以 防 止 浅 部 桩 体 裂 缝 和断 桩 。-6-五 、 CFG 桩 的 质 量 检 验 和 检

19、测1、 质 量 检 验 施 工 原 始 记 录 ： 详 细 、 完 善 、 准 确 。 开 挖 检 验 ： 经 开 挖 检 验 ， 桩 体 混 凝 土 密 实 均 匀 ， 无 包 砂 裹 土“结 核 ”现 象 ， 桩 径 控 制 在 400mm 之 间 ， 桩 位 偏 差 在 5-16cm 范 围 之内 ， 桩 顶 标 高 同 设 计 标 高 相 符 ， 符 合 规 范 要 求 。2、 CFG 桩 的 检 测 及 沉 降 结 果该 工 程 施 工 结 束 28 天 后 ， 建 设 单 位 委 托 具 备 相 应 资 质 的 专 业 检 测单 位 进 行 了 单 桩 竖 向 静 载 荷 试 验

20、4 个 点 、 单 桩 复 合 地 基 静 载 荷 试 验 4个 点 和 低 应 变 动 力 测 试 255 根 。 其 检 测 结 果 见 表 3：CFG 桩 复 合 地 基 检 测 结 果 表 3单 桩 竖 向 承载 力 特 征 值（ KN）最 大沉 降 量（ mm）单 桩 复 合 地基 承 载 力 特征 值 （ KN）最 大沉 降 量（ mm）低 应 变 动 力 检 测850 18.42 530 21.95 类 桩 246 根 桩 ， 占96% 类 桩 9 根 桩 ， 占 4%从 以 上 检 测 结 果 可 知 ， 单 桩 竖 向 承 载 力 特 征 值 和 单 桩 复 合 地 基 承载

21、 力 特 征 值 均 满 足 设 计 要 求 ； 沉 降 量 和 低 应 变 动 力 检 测 结 果 ， 均 满 足 工程 要 求 。六 、 结 语工 程 实 践 证 明 ， CFG 桩 通 过 改 变 桩 长 、 桩 径 、 桩 距 等 设 计 参 数 可 使承 载 力 在 较 大 范 围 内 调 整 ， 承 载 力 提 高 幅 度 在 250%400%； 且 沉 降量 小 ， 变 形 稳 定 快 ； 操 作 简 便 ， 工 艺 性 好 ； 成 桩 速 度 快 ， 缩 短 工 期 ； 特别 是 CFG 桩 中 由 于 粉 煤 灰 的 使 用 ， 使 桩 体 材 料 具 有 良 好 的 流 动

22、 性 与 和易 性 ， 灌 筑 方 便 ， 施 工 质 量 容 易 控 制 ， 可 以 节 约 水 泥 ， 废 物 利 用 保 护 生态 环 境 ， 降 低 工 程 成 本 ， 经 比 较 分 析 与 灌 注 桩 相 比 可 以 节 约 投 资40%左 右 。 CFG 桩 不 仅 适 用 于 多 层 建 筑 ， 还 适 用 于 高 层 和 超 高 层 建 筑 ，且 适 用 的 地 层 范 围 广 ， 如 ： 填 土 、 粉 土 、 粉 质 粘 土 、 淤 泥 质 粉 质 粘 土 、粘 土 、 砂 土 等 地 基 加 固 处 理 。综 上 所 述 ， CFG 桩 具 有 可 靠 的 技 术 性 能 和 经 济 效 果 ， 在 高 层 和 超 高层 地 基 处 理 中 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 和 推 广 价 值 。-7-二 OO 九 年 五 月