微型CF桩复合地基及其应用__墨水学术,论文发表,发表论文,职称论

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:268

副标题#e#摘要：CF桩复合地基是指原土层经注入由水泥和粉煤灰调成的浆液处理后所形成的由柱状结石体、板状结石脉和其间挤密土组成的复合持力层。适用于多层建筑复合地基。传统的CF桩复合地基的施工流程为钻机成孔插管注浆。改用振动沉管注浆施工流程可以取得更好的效果。不同土层中CF桩复合地基的加固机理不同。CF桩复合地基具有均匀性、施工无扰民、机动灵活、节约造价等优点。
　　关键词：CF桩；结石脉；复合持力层；振动沉管注浆
　　
　　
　　1、CF桩复合地基概念
　　“注浆法”又叫“灌浆法”(Grouting)，由法国工程师创造与1802年。于20世纪80年代在我国推广。本方法是通过向软弱土层中注入预调好的可固化浆液，提高地基土承载力，以满足建筑物对地基的要求。
　　“压密注浆法”属注浆法的一种，其加固原理为：在软弱土层中高压注入适当稠度的浆液时，在注浆管底部形成逐渐扩张的“浆球”。根据液压，气压原理，在压力作用下“浆球”挤走周围土体中的水分和空气，并有部分浆液形成劈裂，充填到土层中，进而增加土体的密实度并提高土体的刚度。
　　CF桩复合地基是指原土层经注入由水泥（Cement）和粉煤灰(Flyash)调成的浆液处理后所形成的柱状结石体(桩)、板状结石脉和其间挤密土组成的复合持力层。适用于小城镇多层建筑。
　　2、    CF桩复合地基施工工艺流程
　　2.1钻机成孔插管注浆：
　　钻机成孔插管工艺流程：放样→钻机成孔→插注浆花管→封孔→压浆。(图1)
　　在此工艺中，钻机成孔后下放注浆管的缺点在于注浆管外壁与钻孔壁之间存在缝隙，密封不严，必须封孔，且只能封堵浅部。在压浆时极易“冒浆”。
　　2.2振动沉管注浆：
　　2.2.1工艺简介
　　采用加压振动沉管法施工的压密注浆工艺，是在压力和振动的共同作用下，将注浆钢管插入土层后，利用注浆泵将预调好的浆液均匀地注入土层中。在挤密土体的同时，浆液凝固形成桩、脉，最终形成满足设计承载力要求的复合持力层。
　　加压振动沉管工艺流程：放样→加压振动沉管→注浆。(图2)
　　
　　
　　图1
　　
　　图2
　　沉管施工方法：注浆管选用优质钢管(Ф25.4mm)，下管口装活络锥形塞，直接竖立于注浆点位，将振动器置于注浆管上端，人工施加一定压力，在压力和振动的共同作用下，将注浆管插入土层中。
　　2.2.2沉管设备
　　只需振动设备，利用小型平板振动器即可，也可用以空压机为动力的空压枪。
　　2.2.3加压振动沉管工艺的优点
　　(1)插入的注浆管具挤土效应，其外壁与周围土体接触紧密，封闭效果好，减少了封孔工序。
　　(2)插管速度快。在一般土层(R≤100Kpa)中的人工加压插管速度。(如表1)
　　表1人工加压插管速度
　　插管深度(m)    疏松土层    2-5    12-15
　　插管速度(cm/s)    20-40    6    2
　　(3)简化了施工程序：较钻机成孔插管工艺减少了钻机就位和封孔工序。
　　(4)压密效果好：插管法为自然全孔封闭，可抵抗较大的注浆上反压力。在深2米处注浆，注浆压力为1.2Mpa时不至于冒浆。
　　(5)成本降低：无需钻机投入成本，减少了工时投入。
　　3、CF桩复合地基作用原理
　　3.1挤密作用
　　在软弱土层中高压注入较稠的浆液时，于注浆管的出浆口出形成“浆球”，随着“浆球”不断扩张，形成一作用于周围土体的应力场。在此应力场的作用下，土体中的空气和水分被挤走，部分浆液渗透、填充到土层中，从而增加原土密实度，提高土体承载力和刚度，减小沉降量。
　　注浆孔按一定网度均匀布置，各注浆孔内按一定间距布置注浆点，各注浆点控制相同的注浆压力，使整个软弱地基范围内形#p#副标题#e#成一个均匀的侧限挤压系统。在压应力作用下，促使土体空隙率降低、体积缩小(一般缩小20%)。
　　3.2桩体作用
　　3.2.1桩体的形态
　　当注浆孔自下而上按一定间距注浆时，各注浆点处形成的“浆球”互相连通，形成“糖葫芦”状CF桩体。不同的注浆点间距所形成的桩体形态各不相同，在均匀土体中，当注浆点间距L=500mm时，桩体最小直径(葫芦颈处)约为150mm。当注浆点间距L=300mm时，桩体最小直径约为200mm。注浆时加大底部注浆量，可使桩底端直径增加到400-500mm。
　　在不均匀土层中，或产生劈裂时，桩体不规则，可采取相应措施(如二次注浆等)，保证桩体形成并达到设计要求。
　　3.2.2桩体结石的抗压强度及单桩承载力
　　据立方体试块实验室测试结果，不同材料配合比条件下，其桩结石的抗压强度值区别较大。(见表2)
　　表2不同配合比结石的抗压强度
　　材料配合比
　　养护天数    1.2:1:1    1.8:1:2
　　7d    9.9    6.6
　　28d    16.95    11.3
　　90d    27.48    25.81
　　表中水泥(c)采用425”普通硅酸盐水泥，粉煤灰(f)采用Ⅱ级磨细灰。根据水泥粉煤灰结石的性质，龄期90d以后其强度有较大提高。
　　CF桩单桩承载力估算，可按端承摩擦桩考虑，计算公式（4-1）
　　
　　
　　
　　式中—单桩承载力
　　、—单桩极限侧阻力、极限端阻力
　　、—侧阻、端阻安全系数
　　土层极限侧阻力值取挤密后桩间土的经验值，极限端阻力取桩底下卧层值的下限。一般情况下，CF桩体侧阻力大于端阻力。
　　3.2.3桩体的应力集中现象
　　荷载作用下，地基中的应力按材料模量分布。CF桩与桩间土的模量比(Ep/Es)大于10，在一定荷载水平下，桩体上将产生应力集中现象。桩体单位面积承载的荷载远大于桩间土单位面积所承担的荷载。桩体承担的总荷载小于桩间土承担的总荷载。这也是用轻便触探法测试CF桩复合地基的桩间土承载力时应注意的问题。
　　3.3加筋作用
　　除CF桩体相当于竖向加筋外，由于土体的不均匀性，注浆时部分浆液在压力作用下沿土体结构的薄弱带产生劈裂、穿插，形成竖直或水平板状结石脉，即相当于横向加筋。从而增强了地基的抗剪性能。
　　4、    不同土层中CF桩复合地基的加固机理
　　杂填土：一般杂填土中含灰渣及建筑垃圾等，结构松散，成分复杂。在此类层位注浆时，除在注浆孔中形成不规则桩体外，大量浆液被挤入周围孔隙中。在挤密松散土体的同时，将灰渣、建筑垃圾等胶结在一起，形成类似素混凝土结构。处理后的地基其承载力大幅度提高。为避免局部过硬，可在该区调整浆液配合比，增加粉煤灰含量，以使地基硬度均匀。
　　粉土：粉土孔隙率较低，浆液中的颗粒组分难以渗透到孔隙中，主要形成“糖葫芦”状桩体。并伴有一定量劈裂形成的结石脉，与桩体形成立体“骨架”。骨架间为挤密的土体，即为较典型的CF桩复合地基。
　　粘土：在压力作用下，粘土中的水分和空气向外扩散的速度较慢，达到压力平衡的时间较长。注浆时，增长间隔注浆的时间，减少孔内注浆点间距，调小流量，增加水泥比例，促使增加桩径和桩体强度，以调整粘土层中的桩土应力比。并注意提高下卧层的承载力。
　　5、    CF桩复合地基承载力估算和设计参数
　　5.1承载力估算
　　CF桩可视为刚性桩。按桩位布置网度(每平方米1根桩)取1平方米面积考虑。CF桩复合地基承载力可用以下公式估算。（6-1）
　　式中fsp—复合地基承载力估算值
　　、—单桩、桩间土承载力标准值
　　—桩土置换率
　　—承载力折减系数
　　桩间土#p#副标题#e#承载力标准值取挤密后桩间土承载力经验值，也可参考同类土的相应值。桩土置换率一般取15%，承载力折减系数取0.8。
　　5.2设计参数的确定
　　CF桩设计、施工中涉及的参数包括：注浆压力、流量、注浆量、浆液配合比、桩位分布、桩长及注浆点间距等，各参数间存在一定的制约关系，需要根据具体情况酌情处理。
　　对于杂填土层，因其突出的特点是孔隙率高，孔隙大，所以首要参数是终止注浆压力下限，压力值根据设计要求的地基承载力值确定。浆液配合比应适当加大粉煤灰的比例，采用较大的注浆量。
　　对粉土层，根据设计地基承载力值确定相应的参数。如：设计地基承载力值为120Kpa，则各参数为：注浆压力0.2-0.6Mpa，流量10L/min，注浆量0.2m3/m3土，
　　浆液配合比水泥：粉煤灰=1：2~1，水灰比0.5~0.6，布桩网度1×1米，注浆点纵向间距0.5米。
　　对粘土层，则采取较小的注浆压力和流量，增加水泥的含量严格控制注浆量，减小孔内注浆点纵向间距等。
　　由于地基土组成与结构的复杂性，设计参数要针对具体情况研究确定，并通过现场实验验证。
　　当出现劈裂时，应适当延长注浆时间，修正注浆量参数，确保终止注浆压力。必要时采取二次注浆措施。以确保桩径和土体密实度。
　　6、    CF桩复合地基的优点
　　a、    均匀性
　　CF桩施工中，注浆压力和注浆量是非常重要的参数，掌握好这两个参数，就能使得同一层位中各桩具有相近的形态，并使桩间土达到相近的密实度。加之桩位分布呈均匀的网点状，处理后的地基各处宏观上都是均匀的。
　　b、    在表层潜水水位较高地区施工的建筑物，开挖基坑时，大部分需采取降水措施，不仅降水费用较高，对邻近建筑物地基会产生不良影响。采用CF桩复合地基，只要潜水位标高低于建筑物基础底板标高不小于0.5米，则不需要降水。
　　c、    在城区施工时，有些方法存在环境污染或扰民因素(如噪音等)或发生基坑围护费用。CF桩施工时，机械无噪音，施工前无需开挖，施工后开挖基坑一般较浅，无需支护。
　　d、    机动灵活
　　CF桩施工机具简单，所需空间(2m×2m×2m)，并可在室内或刚性基础下施工(托换纠偏)。可作为其他施工事故的补救措施，也可在任何方法施工的基础上进行二次加固。
　　e、    节约造价。与回填碾压法对比，若加固层埋深大于1.5米，CF桩复合地基的造价明显偏低。反之，则略高。
　　7、    工程实例
　　某信用联社2#住宅楼位于旧城改造区，设计六层及地下室，条形基础，砖混结构。地质条件为表层杂填土厚3.7米，承载力60-80Kpa。其下为粉土夹粉质粘土层，厚0.0~2.2米，承载力100Kpa。
　　设计要求地基承载力值≥120Kpa。采用CF桩复合地基。采用振动沉管工艺施工。投入设备：SBY50/50型液压泵一台，2.2KW平板振动器一台，搅拌机、潜水泵各一台，注浆管120米。
　　注浆目的层位自标高-1.7米~-4.2米之软弱层，桩长2.3米，基本排孔距1*1米，注浆点纵向间距为0.5米，每点注浆量0.1立方米，浆液配合比水泥：粉煤灰为1：2，水灰比为0.6，注浆压力为0.20~1.0Mpa。
　　承载力估算(取经验值)如下：
　　计算桩径：0.15米，桩底直径0.40米。
　　据轻便触探测试结果，加固后桩间土承载力值为110kpa，取fs=110Kpa；桩间土极限侧阻力取60Kpa，桩端土极限端阻力取550Kpa，Ks=1.4，Kp=4.5。
　　据式(4-1)，估算单桩承载力为61.78KN。
　　又据式(6-1)，估算CF桩复合地基承载力伟124.22Kpa。
　　施工工期20天，工程总造价9.6万元。较钻机成孔插管工艺节约造价3万元，减少工期15填左右。
　　竣工后30天，经静载荷法、轻便触探#p#副标题#e#法测试，报出结果为123Kpa。
　　该楼使用两年后，沉降量观测结果显示总体均匀沉降15mm。仅个别沉降17mm，此点在施工时因相邻建筑物影响减少了边缘两排桩(计10根)。
　　综上所述，利用压密注浆法施工时，采用加压振动沉管工艺，CF桩复合地基与其他工艺对比具有独到的优越性，应加以推广。
　　
　　参考文献：
　　[1]叶书麟，韩杰，叶观宝主编.地基处理与托换技术.中国建筑工业出版社，1995.
　　[2]刘金砺编著.桩基础设计与计算.中国建筑工业出版社，1990.