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地基基礎(chǔ)和地下空間工程技術(shù) 第一章樁基新技術(shù) 第一節(jié)水泥粉煤灰碎石樁CFG柳法 1.1概述 水泥粉煤灰碎石樁又稱CFG樁(C e m ent }lyash }ravelpile，是由水泥,、粉煤灰,、 碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁,，樁體和樁間土,、褥墊層一起組 成水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基，如圖1 -1 -1所示,。 我國從20世紀(jì)70年代起就開始利用碎石樁加固地基,，在砂土,、粉土中消除地基液 化和提高地基承載力方面取得了令人滿意的效果。后來逐漸把碎石樁的應(yīng)用范圍擴(kuò)大,， 用到塑性指數(shù)較大,、擠密效果不明顯的粘性土中，以期提高地基的承載能力,。然而大量 的工程實(shí)踐表明:對這類土采用碎石樁加固,，承載力提高幅度不大。其根本原因在于: 碎石樁屬散體材料樁,，本身沒有粘結(jié)強(qiáng)度,，主要靠周圍土的約束來抵抗基礎(chǔ)傳來的豎向 荷載。土體越軟,，對樁的約束作用越差,，樁傳遞豎向荷載的能力越弱。 根據(jù)試驗(yàn)及理論分析可知,，通常距樁頂2 -}-3倍樁徑的范圍為高應(yīng)力區(qū);當(dāng)大于6 -}-10倍樁徑后,，軸向力的傳遞收斂很快;當(dāng)樁長大于2. 5倍基礎(chǔ)寬度后，即使樁端落 在好土層上,，樁的端阻作用也很小,。在諸多種類的復(fù)合地基的增強(qiáng)體中，碎石樁作為散 體材料,，置換作用最差,。 CFG樁是針對碎石樁承載特性的上述不足加以改進(jìn)繼而發(fā)展起來的。其機(jī)理在于: 在碎石樁中摻加適量的石屑,、粉煤灰和水泥,，加水拌和形成一種粘結(jié)強(qiáng)度較高的樁體， 使之具有剛性樁的某些性狀;一般情況下不僅可以全樁長發(fā)揮樁的側(cè)阻作用,，當(dāng)樁端落 在好土層時(shí)也能很好地發(fā)揮端阻作用,，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的剛性樁性狀，復(fù)合地基的承載 力得到較大提高,。 將CFG樁樁體材料制成三軸試驗(yàn)的圓柱體試件,，在三軸儀中做不同圍壓情況下的 三軸壓縮試驗(yàn),，可以得到如圖1 -1一所示的應(yīng)力一應(yīng)變曲線,。可以看到,，不同圍壓下 的應(yīng)力一應(yīng)變曲線基本重合,，破壞前基本為一直線。試驗(yàn)曲線表明:圍壓對于樁體強(qiáng)度 和樁體模量的影響不大,。這一點(diǎn)充分說明CFG樁與碎石樁等散體材料樁的應(yīng)力應(yīng)變特 性明顯不同,，己具有剛性樁的受力性狀,。 ‘’l“·2“二__ 群’‘’一?！?/span>P“ Rz,。二8 MPa 0，曰J龜6 800翻才啥月七80 8. 7. 6. 5. 4.4. 3.2.L0. .山芝,、,、心 褥墊層 土層 4 8 }2 }6 2} 亡/(%) 圖1 -1 -1 CFG樁復(fù)合地基示意圖 圖1 -1 2 樁體應(yīng)力一應(yīng)變曲線 CFG樁的骨干材料為碎石，系粗骨料;石屑為中等粒徑骨料,，當(dāng)樁體強(qiáng)度小于 5 M Pa時(shí),，石屑的摻人可使樁體級配良好，對保證樁體強(qiáng)度起到重要作用,。有關(guān)試驗(yàn)表 明:相同的碎石和水泥摻量條件下,，摻入石屑可比不摻入石屑強(qiáng)度增加50%左右;粉 煤灰既是細(xì)骨料，又有低標(biāo)號水泥的作用,，可使樁體具有明顯的后期強(qiáng)度;水泥則為粘 結(jié)劑,，主要起膠結(jié)作用。 CFG樁屬高粘結(jié)強(qiáng)度樁,，它與素混凝土樁的區(qū)別僅僅在于樁體材料的構(gòu)成不同,，而 在受力和變形特性方面沒有什么區(qū)別。它在樁體材料配合比上比素混凝土樁更追求經(jīng)濟(jì) 效益,，在有條件的地方應(yīng)盡量利用工業(yè)廢料作為摻和料,。 CFG樁復(fù)合地基試驗(yàn)研究是建設(shè)部“七五”計(jì)劃課題，于1988年立項(xiàng)進(jìn)行試驗(yàn)研 究,，并開始應(yīng)用于工程實(shí)踐,。1992年，建設(shè)部組織鑒定了CFG樁復(fù)合地基試驗(yàn)研究成 果,，專家們一致認(rèn)為,，該成果具有國際領(lǐng)先水平，推廣意義很大,。1994年,，CFG樁復(fù) 合地基成套技術(shù)被建設(shè)部列為全國重點(diǎn)推廣項(xiàng)口，被國家科委列為國家級全國重點(diǎn)推廣 項(xiàng)口;1997年,，被列為國家級工法,，并制定了中國建筑科學(xué)研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)己列 入國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)健筑地基處理技術(shù)規(guī)澎JGJ79 -2002,。為了進(jìn)一步推廣這項(xiàng)新技術(shù),， 國家投資對施工設(shè)備和施工工藝進(jìn)行了專門研究，并列入“九五”國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)口,， 1999年12月通過國家驗(yàn)收,。 隨著CFG樁設(shè)計(jì)施工技術(shù)的成熟和推廣,，該項(xiàng)成果在工程實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng) 用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),，該技術(shù)己在全國23個(gè)省,、市的數(shù)千個(gè)工程中推廣使用。和樁基礎(chǔ) 相比,，由于CFG樁樁體材料可以摻人工業(yè)廢料粉煤灰,，不配鋼筋以及充分發(fā)揮樁間土 的承載能力，工程造價(jià)一般為樁基礎(chǔ)的1啟-}-1龍,，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著,。由 于該項(xiàng)技術(shù)在施下212藝上具有施工速度快、工期短,、質(zhì)量容易控制,、工程造價(jià)低的特 點(diǎn)，口前己經(jīng)成為許多地區(qū)應(yīng)用最普遍的地基處理技術(shù)之一,。 CFG樁由于自身的特點(diǎn)及加固機(jī)理,，主要適用于處理粘性土、粉土,、砂土和己自重
一2 固結(jié)的素填土等地基,，對淤泥質(zhì)土，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性,。同 時(shí),，CFG樁復(fù)合地基屬于剛性樁復(fù)合地基，具有承載力提高幅度大,、地基變形小等優(yōu) 點(diǎn),，可適用于多種基礎(chǔ)型式，如條形基礎(chǔ),、獨(dú)立基礎(chǔ),、箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)等。 1.2豎向荷載作用下復(fù)合地基性狀 CFG樁,、樁間土和褥墊層一起形成了復(fù)合地基,，屬地基范疇。而樁基是樁基礎(chǔ)的簡 稱,，是一種深基礎(chǔ),。盡管有時(shí)CFG樁樁體強(qiáng)度等級與樁基中的樁的強(qiáng)度等級相同，但 由于在CFG樁和基礎(chǔ)之間設(shè)置了褥墊層,，在豎向荷載作用下,，樁基中的樁、土受力和 CFG樁復(fù)合地基中的樁,、土受力有著明顯的不同,。 1 .2 .1 1.樁 樁、土受力特性 土受力時(shí)程曲線 為了說明樁基和CFG樁復(fù)合地基在豎向荷載作用下樁,、土受力特性的區(qū)別,，圖1一 1一分別給出了由摩擦樁構(gòu)成的樁基和CFG樁復(fù)合地基的受力時(shí)程曲線。 對于樁基,，荷載一定時(shí),，隨著時(shí)間的增長，承臺和樁的沉降不斷增加,，承臺下土分 擔(dān)的荷載也不斷增加,，而樁承擔(dān)的荷載則隨時(shí)間的增加而減少，也就是說,，樁承擔(dān)的荷 載有一個(gè)逐漸向承臺下的土轉(zhuǎn)移的過程,，如圖1 -1一幼所示。 P 褥墊層 P二150 kPa ap 目山曇\b 樁土 幾一P. 幾 一土 t/min 玉\心.戍,。日日,、. 圖1 -1 3樁基和復(fù)合地基樁、土受力時(shí)程曲線 么)樁基;b)CFG樁復(fù)合地基
一3
對于CFG樁復(fù)合地基,，當(dāng)基礎(chǔ)承受豎向荷載時(shí),，樁和樁間土都要發(fā)生沉降變形。 樁的模量遠(yuǎn)比土的模量大,，故樁比土的變形小;由于基礎(chǔ)下面設(shè)置了一定厚度的褥墊 層,，樁可以向上刺入。伴隨這一變化過程,，墊層材料不斷調(diào)整補(bǔ)充到樁間土上,，以保證 在任一荷載作用下樁和樁間土始終參與工作。圖1 -1 -3)是給定荷載作用下樁,、 土受力的時(shí)程曲線,。可以看到,，由于褥墊層的設(shè)置,，隨著時(shí)間的變化，樁間土表面的變 形不斷增加,，但樁和土的荷載分擔(dān)均為一常值,，它不隨時(shí)間的變化而改變。 2.樁土荷載分擔(dān) 同樣,，為了比較樁基和CFG樁復(fù)合地基在豎向荷載作用下樁,、 載水平的變化情況， 荷載水平的變化曲線 圖1 -1一分別給出了兩者在豎向荷載作用下樁 土荷載分擔(dān)比隨荷 ,、土荷載分擔(dān)比隨 對于由摩擦樁構(gòu)成的樁基而言,，如圖1 -1 -4幼所示,，可以看出，隨著荷載的 增加,，土承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比P S /P逐漸增加,，而樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百 分比P p /P則逐漸減小。 CFG樁復(fù)合地基與樁基正好相反,，如圖1 -1 -4)所示,，隨著荷載的增加，樁 承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比P p /P逐漸增加,，土承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比PS護(hù)逐 漸減小,。 褥墊層 pplPt%) .助..，口...~~..樁 P.IP(})一土 PlkPa (a) 久,、久.氣,、公 氣、久,，久\公 P/kFa 圖1 -1 }樁基,、CFG樁復(fù)合地基樁土荷載分擔(dān)示意圖 么)樁基，b)CFG樁復(fù)合地基 表1 -1 -1和圖1 -1一給出了剛性基礎(chǔ)下不同樁長CFG樁復(fù)合地基中樁,、土荷載 分擔(dān)比隨荷載水平的變化,。 一4 |
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