低強度混凝土樁復合地基法

1、第七章 低強度混凝土樁復合地基法第一節(jié) 概述凡復合地基中豎向增強體是由低強度混凝土形成的復合地基。統(tǒng)稱為低強度混凝土樁復合地基。低強度混凝土常用水泥、石子及其他摻和料（如砂、粉煤灰、石灰等）制成，強度一般處在515Mpa范圍內(nèi)。低強度混凝土樁介于碎石樁和鋼筋混凝土樁之間。與碎石樁相比，低強度混凝土樁樁身具有一定的剛度，不屬于散體材料樁。其樁體承載力取決于樁側(cè)摩擦力和樁端端承力之和或樁體材料強度。當樁間土不能提供較大側(cè)限力時，低強度混凝土樁復合地基承載力高于碎石樁復合地基。與鋼筋混凝土樁相比，樁體強度和剛度比一般混凝土樁小得多。這樣有利于充分發(fā)揮樁體材料的潛力，降低地基處理費用。低強度混凝土樁常

2、采用地方材料，因地制宜配制低強度混凝土。如中國建筑科學院地基所開發(fā)的水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復合地基、浙江省建筑科研所等單位開發(fā)的低強度水泥砂石樁復合地基、浙江大學巖土工程所開發(fā)的二灰混凝土樁地基等，均屬于低強度混凝土樁復合地基法。水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）是由碎石、石屑 、砂石和粉煤灰、水泥和水按一定配合比攪拌均勻，利用振動打樁機擊沉直徑為300400mm的樁管，在管內(nèi)邊填料，邊振動，填滿料后振動拔管，并分三次振動反插，直至拌和料表面出漿為止。亦即這種處理方法是通過在碎石樁體中添加以水泥為主的膠結材料，添加粉煤灰是為增加混合料的和易性并有低標號水泥的作用，同時還添加適量的石屑以改善級配

3、，使樁體獲得膠結強度并從散體材料樁轉(zhuǎn)化為具有某些柔性樁特點的高粘結強度樁。低強度混凝土樁復合地基法可以較充分發(fā)揮樁體材料的潛力，又可充分利用天然地基承載力，并能因地制宜，利用地方材料，因此具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。低強度混凝土樁復合地基法具有良好的發(fā)展前景。與一般的碎石樁相比，碎石樁系散體材料樁，樁本身沒有粘結強度，主要靠周圍土的約束形成樁體強度，并和樁間土組成復合地基共同承擔上部建筑的垂直荷載。土越軟對樁的約束作用越差，樁體強度越小，樁傳遞垂直荷載的能力越差，碎石樁和CFG樁加固效果見表7·1·1所示。 碎石樁和CFG樁的對比 表7·1·1 樁型對

4、比碎石樁CFG樁單樁承載力樁的承載力主要靠樁頂以下有限范圍內(nèi)樁周土的側(cè)向約束，當樁長大于有效樁長時增加樁長對承載力的提高作用不大。以置換率10%計，樁承擔荷載占總荷載的百分比為15%30%。樁的承載力主要來自全樁長的摩阻力及樁端承載力，樁越長則承載力越高。以置換率10%計，樁承擔荷載占總荷載的百分比為40%75%。復合地基承載力加固粘性土復合地基承載力的提高幅度較小，一般為0.51.0倍。承載力的提高幅度有較大的可調(diào)性，可提高4倍或更高。變形減小地基變形的幅度較小，總的變形較大。增加樁長可有效的減小變形，總的變形量小。三軸應力應變曲線應力應變曲線不是直線關系，增加圍壓，破壞主應力差增大。應力應

5、變曲線是直線關系，圍壓對應力應變曲線沒有多大的影響。適用范圍多層建筑地基多層和高層建筑地基通常在碎石樁樁頂23倍樁直徑范圍為高應力區(qū)，4倍直徑為碎石樁的臨界樁長，當樁長超過其臨界樁長，大于610倍樁徑后，軸向力的傳遞收斂很快，當樁長大于2.5倍基礎寬度后，即便樁端落在較好的土層上，樁的端阻力也很小。剛性樁與散體材料樁不同，一般情況下，不僅可全樁長發(fā)揮樁的側(cè)摩阻力，樁端落在好的土層上也可較好的發(fā)揮端阻作用，若將碎石樁加以改進，使其具有剛性樁的某些性狀，則樁的作用大大增強。復合地基承載力會大大增加。這樣就在碎石樁體中，摻加適量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成一種粘結強度較高的樁，所形成的樁的剛度遠

6、大于碎石樁的剛度，但和剛性樁相比剛度相差較大，它是一種具由高粘結強度的柔性樁。CFG樁、樁間土和褥墊層一起構成柔性樁復合地基。如圖7·1·1所示，如圖7·1·1所示，CFG樁與素混凝土樁的區(qū)別僅在于樁體材料的構成不同，而在其變形和受力特性方面沒有太大的區(qū)別。 圖7·1·1 CFG樁復合地基示意圖第二節(jié) 加固機理CFG樁加固軟弱地基主要有兩種作用：樁體作用和擠密作用。CFG樁不同于碎石樁，是具有一定粘結強度的樁，在外荷載作用下，樁身不會向碎石樁那樣出現(xiàn)鼓漲破壞，并可全樁長發(fā)揮側(cè)摩阻力，樁落在好土層上具有明顯的端承力，樁承受的荷載通過樁周

7、的摩阻力和樁端阻力傳到深層地基中，其復合地基承載力可大幅提高。圖7·2·1曲線1時裝長15.5m、樁端仍在淤泥質(zhì)土層中的單樁復合地基試驗結果，曲線2是相同樁長、樁端落在較好的土層上單樁復合地基試驗結果，前者復合地基承載力為205kpa, 后者承載力可達315kpa，由此可見，CFG樁沒有向碎石樁那樣的臨界樁長，它可以像剛性樁一樣把荷載傳到深層地基。 圖7·2·1復合地基 S曲線還有許多碎石樁和CFG樁的對比試驗資料。如南京造紙廠地基處理，碎石樁和CFG樁樁徑均為350mm，樁長10m，CFG樁樁頂以下6倍直徑范圍內(nèi)樁體強度等級為C12，余下樁體強度等級為

8、C8,試樁施工完畢后28d進行荷載試驗。根據(jù)ps曲線，對碎石樁復合地基，按s/b=0.01取值，其承載力為130kpa，對CFG樁復合地基，按s/b=0.01取值，其承載力為220kpa，原天然地基承載力為87kpa，可見CFG樁復合承載力提高幅度大，加固效果顯著。另外，CFG樁復合地基變形小，沉降穩(wěn)定快。根據(jù)南京5個CFG樁荷載實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)CFG樁復合地基10級荷載加荷的總時間不超過24h，這時的總沉降在20mm左右，且每級荷載加荷后第一小時的沉降量均占本級荷載總沉降量的90%以上。而同一場地一組碎石樁復合地基10級荷載加荷的總時間為59h，這時的沉降量為69mm。二、樁體的排水作

9、用CFG樁在處理飽和粉土和砂土地基的施工中，由于成樁過程中的沉降和拔管的震動作用（螺旋轉(zhuǎn)成孔震動作用小些），會使土體內(nèi)產(chǎn)生較大的超靜孔隙水壓力。剛剛施工完的CFG樁將是一個良好的排水通道，特別是在較好透水層上面還有透水性差的土層覆蓋時，這種排水作用更加明顯，孔隙水沿著剛完工的樁體向上排出，直至CFG樁體結硬為止。這種排水過程可延續(xù)幾小時。這樣的排水現(xiàn)象不會影響樁體的強度，反而對減小因孔壓消散太慢引起地面隆起和增加樁間土的密實度大為有利。三、震動擠密作用CFG樁施工利用震動沉管法施工，由于其震動作用，將會對樁間土產(chǎn)生擾動和擠密，特別是對高靈度土，會使其結構強度喪失，強度降低。成樁結束后，隨著恢復

10、期的增長，結構強度逐漸恢復，新的結構強度的形成，樁間土的承載力有所提高。以南京造船廠地基采用CFG樁加固，加固前后取土進行物理力學指標試驗，由表7·2·1可見，經(jīng)加固后地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有所減小，重度、壓縮模量均有所增加，說明經(jīng)加固后樁間土已擠密。 加固前后土的力學指標對比 表7·2·1類別土層名稱含水量（%）重量（kg）干密度(t/m3)孔隙比壓縮系數(shù)(MPa-1)壓縮模量(MPa)加固前淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土41.817.81.251.1780.803.00淤泥質(zhì)粉土37.818.11.321.0690.374.00加固后淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土36.

11、018.41.351.0100.603.11淤泥質(zhì)粘土25.019.81.581.7100.189.27第三節(jié) 設計計算一、樁身材料及配比設計（一）樁身材料CFG樁是將水泥、粉煤灰、碎石、石屑加水拌和形成的混合料灌注而成，他們各自成分含量的多少對混合料的強度、和易性都有很大的影響。CFG樁中的骨干材料為碎石，系粗骨料，石屑為中等粒徑骨料，在水泥摻量不高的混合料中，摻加石屑是配比試驗中的重要環(huán)節(jié)。若不摻加中等粒徑的石屑，粗骨料碎石間多數(shù)為點接觸，接觸比表面積小，聯(lián)結強度一旦達到極限，樁體就會破壞，摻加石屑后，石屑用來填充碎石間的空隙，使樁體混合料級配良好，比表面積增大，樁體的抗剪、抗壓強度均得到

12、提高。有資料說，在碎石含量和水泥摻量不變的情況下，摻入石屑可比不摻入石屑強度增加50%。粉煤灰既是細骨料，又有低標號水泥的作用，可是樁體具有明顯的后期強度。水泥一般采用425號普通硅酸鹽水泥。一般不選用礦渣硅酸鹽水和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。水泥的質(zhì)量應符合GB175-92要求。碎石的粒徑一般采用2050mm。表7·3·1為某項工程中材料配比試驗中的碎石、石屑的物理性能指標。 碎石、石屑的物理性能指標 表7·3·1指標材料粒徑(mm)比重松散密度(kN/m3)含水量（%）碎石20502.7013.900.96石屑2.5102.7014.701.05注：混合料的

13、密度一般為21.022.0kN/m3 （二）混合料的物理化學性能粉煤灰是燃煤發(fā)電廠排出的一種工業(yè)廢料，它是磨至一定細度的粉煤灰在粉爐中燃燒(100015000C)后，由收塵器收集的細灰，亦稱干灰。用濕法排灰所得粉煤灰稱濕灰，由于部分活性組成先行水化，所以其活性也較干灰為低。由于煤的種類、煤粉細度以及燃燒條件的不同，粉煤灰的化學成分有較大的波動，其主要化學成分有SiO2、 Al2O3、 Fe2O3、CaO和MgO等，見表7·3·2，其中粉煤灰的活性取決于 Al2O3和 SiO2的含量，Cao對粉煤灰的活性也較為有利。 全國粉煤灰的化學成分平均值 （%） 表7·3&#

14、183;2項目SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3燒失量全國電廠平均406020304102.570.50.750.11.5330粉煤灰的粒度成分是影響粉煤灰質(zhì)量的主要指標，其中各種粒度的相對比例，由于原煤種類、煤粉細度以及燃燒條件不同，產(chǎn)生較大的差異。由于球形顆粒在水泥將中起潤滑作用，所以粉煤灰中如果圓滑的球形顆粒占多數(shù)，就具有需水量少、活性高的特點。一般粉煤灰越細，球形顆粒越多，因而水化及接觸界面增多，容易發(fā)揮粉煤灰的活性。粉煤灰中未燃盡的含量、通常用燒失量表示。燒失量過大，說明燃燒不充分，影響粉煤灰質(zhì)量。含碳量大的粉煤灰在摻入混合料中往往增加蓄水量，從而降低混合料的強度。不同發(fā)

15、電廠收集的粉煤灰，由于原煤種類、燃燒條件、煤粉細度、收灰方式不同，其活性有較大的差異。由于粉煤灰的性質(zhì)有所差異，對混合料的強度有較大影響，我們選擇粉煤灰時要Al2O3和 SiO2越多越好，燒失量越低越好。（三）樁體配比1、樁體配比設計CFG樁與素混凝土樁不同就在于樁體配比更經(jīng)濟。在有條件的地方應盡量利用工業(yè)廢料作為拌和料，但不同地域，石屑粒徑的大小，顆粒的形狀及含粉量不同。如前所述，粉煤灰的質(zhì)量也容易因外界因素的不同而性能各易，所以很難給出一個統(tǒng)一的、精度很高的配比，下面介紹的配比方法曾在實際工程中使用過的，加固效果較好?；旌狭现?，石屑與碎石（一般粒徑為35cm）的組成比例用石屑率表示：= （

16、7·3·1）式中 石屑率 G1單方混合料中石屑用料（kg/m3）G2單方混合料中碎石用量（kg/m3）根據(jù)試驗研究結果，取0.250.33為合理石屑率?；旌狭?8d強度與水泥標號和灰水比有如下關系：R28=0.366(-0.071) (7·3·2)式中：R28混合料中28d強度(kpa)Rcb水泥標號(kpa)C單方水泥用量(kg/m3)W單方用水量(kg/m3)混合料坍落度按3Cm控制，水灰比W/C和粉灰比F/C（F：單方粉煤灰用量）由如下關系W/C=0.187+0.791F/C (7·3·3)混合料密度一般為2123kN/m3。利

17、用以上的關系式，參考混凝土配比的用水量并加大2%5%,就可進行配比設計。下面通過控制坍落度為3cm，混合料28d強度為10MPa的配比，對配比設計步驟做以說明。用水量W參照混凝土控制坍落度3cm時，單方用水量W=189kg。水泥用量C選用 Rcb=42.5Mpa的普通水泥，由式（7·3·2）計算單方水泥用量。 R28=0.366 (-0.071) C=(+0.071)W=(+0.071)×189=134.9kg單方粉煤灰用量F根據(jù)（7·3·3）有F=(-0.187)=(-0.187)=207.1kg單方石屑用量G1和碎石用量G2混合料密度一般按

18、2.2kg/cm3，則單方混合料中碎石和石屑總量為：G1+G2=2200-134.9-207.1-189=1669kg取=0.28則石屑用量G1=( G1+G2)=467.3kg碎石總量G2=1669-467.3=1201.7kg這樣可按上述配比試配，并按坍落度3cm調(diào)整用水量。在實際工程中，樁體配合比也要根據(jù)當?shù)夭牧蟻碓炊?，對缺少粉煤灰的地區(qū)，可以少用和不用粉煤灰，改用砂取代也可。2、樁體配比試驗不同石屑摻量的配比試驗通過此項試驗可確定混合料的坍落度與石屑率的關系，以及混合料強度與石屑率的關系。從而確定最佳石屑率。石屑率的定義為式（7·3·1）中的。圖7·3&

19、#183;1為不同石屑率對坍落度影響的試驗結果?？梢娤嗤乃冶龋╓/C）和粉煤灰/水泥比（F/C），由于石屑率的變化引起的坍落度的變化使一個反向的繞曲曲線。從圖7·3·1中可以看到石屑率在25%33%的范圍內(nèi)時，混合料的坍落度出現(xiàn)峰值，表明流動性最好，這個值可成為最佳石屑率。如果石屑率過大，骨料的總表面積和孔隙率都增大，在相同用水量的情況下，混合料得干稠，流動性小，則塌落度就小，石屑率過小，則石屑漿不足，也降低了混合料的流動性，并引起混合料的離析和泌水，同樣混合料的和易性差。 圖7·3·1坍落度T與石屑率的關系曲線在水灰比（W/C）和二灰比（F/C）相

20、同的情況下，只改變石屑率進行試驗，根據(jù)不同石屑摻量對強度影響的試驗結果可繪制成混合料的立方抗壓強度R28與石屑率的關系曲線圖7·3·2所示。從圖中可看出石屑率同樣存在著一個最佳值，在這個最佳石屑率范圍內(nèi)，抗壓強度 R28達最大值，可見石屑率過低或過高，強度都有下降的趨勢。圖7·3·2抗壓強度R28與石屑率的關系曲線不同水泥、粉煤灰摻量的配比試驗圖7·3·3示根據(jù)某一石屑率，不同水泥、粉煤灰摻量的配比試驗，得到的混合料的立方抗壓強度R28的和灰水比C/W的關系曲線。圖7.3.3 R28/RC/W關系曲線石屑摻量使石屑率控制在最佳石屑率范

21、圍內(nèi)，混合料的摻水量按坍落度為3cm控制的情況下，根據(jù)不同的水泥摻量，粉煤灰摻量的配合比，可得到如圖7·3·4所示的關系曲線。從圖中可得出，在相同水泥摻量的情況下，隨著二灰比（F/C）的減小，水灰比（W/C）也相應減小，以及粉煤灰摻量減小，混合料的需水量在保證坍落度3cm的情況下相應有所減小。圖7.3.4 W/C與F/C的關系曲線養(yǎng)護條件和齡期的配比試驗圖7·3·5和圖7·3·6是根據(jù)相同配比在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護和水中養(yǎng)護，在不同齡期的試驗結果，得到的混合料抗壓強度R28（標準養(yǎng)護強度R汽和水中養(yǎng)護強度R水）與齡期T的關系曲。從圖中可

22、以看到，混合料的強度增長有一個過程，4個月齡期的抗壓強度是28d齡期抗壓強度的1.71倍，而普通混凝土4個月齡期的抗壓強度僅是28D齡期強度的1.44倍。另外就養(yǎng)護條件而言，水中養(yǎng)護的混合料圖7·3·5抗壓強度R28與 圖7·3·6養(yǎng)護條件對試塊強度的影響齡期T的關系曲線 R汽標準養(yǎng)護條件 R水水中養(yǎng)護條件強度與標準養(yǎng)護條件下混合料強度相比，齡期較短時（<52d），水中養(yǎng)護試樣強度比標準養(yǎng)護條件下試樣的抗壓強度低，當超過這個齡期后，水中養(yǎng)護的強度高于標準養(yǎng)護條件下的抗壓強度。無論是水中養(yǎng)護還是標準養(yǎng)護，混合料的后期強度仍有較大增長，齡期超過半年，后

23、期強度還在增長，這是因為粉煤灰經(jīng)過一定時間在水中溶解并能較好的發(fā)揮其活性的原因。（四）樁體強度和承載力關系當樁體強度大于某一數(shù)值時，提高樁體標號對復合地基承載力沒有影響，如圖7·3·7所示。因此復合地基設計時，不必把樁體標號取得很高，一般取樁頂應力的3倍即可，這是由復合地基的受力特性決定的。圖7·3·7不同標號相同樁長pS曲線二、復合地基承載力設計復合地基承載力是由樁間土和樁共同承擔荷載。CFG樁復合地基承載力取決于樁距、樁徑、樁長、上部土層和樁尖下臥層土體的物理力學指標以及樁間土內(nèi)外面積的比值等因素。CFG樁復合地基的承載力取值應以能夠較充分地發(fā)揮樁和

24、樁間土的承載力為原則，按此原則可取比例界限荷載值為復合地基承載力。此時，樁達到承載力，樁間土內(nèi)外應力的面積平均值達到天然地基承載力的80%以上。復合地基承載力可按下式確定：fSP= (7·3·4)式中 fSPCFG樁復合地基承載力標準值 (kpa)；n基礎下樁數(shù)；fp單樁承載力標準值(kN)；fk天然地基承載力標準值(kPa)；As基礎下樁間土面積(m2)；A基礎面積(m2)；樁間土承載力折減系數(shù)，一般取=0.81.0； 也可采用下式計算地基承載力標準值，fsp=1+m(n-1)fk (7·3·5)式中 樁間土承載力折減系數(shù)，一般取0.8；n樁土應力比，

25、一般取1014；m面積置換率。其他符號意義同前目前復合地基承載力計算公式較多，下面再介紹兩種常用的公式，其一是樁間土承載力和單樁承載力進行合理組合疊加；其二是將復合地基承載力擴大一個倍數(shù)來表示，與式（7·3·4）和式（7·3·5）類似。需要特別指出的是，復合地基承載力不是天然承載力和單樁承載力的簡單疊加，需要對下面一些因素予以考慮：1、施工時是否對樁間土產(chǎn)生擾動或擠密，樁間土的承載力在加固后與加固前比較是否有降低或提高。2、樁對樁間土有約束作用，使土的變形減小，在垂直方向上荷載水平不太大時，對土起阻礙變形的作用，使土沉降減小，荷載水平高時起增大變形的作用

26、。3、復合地基中的樁pps曲線呈加工硬化型，比自由單樁的承載力要高。4、樁與樁間土承載力的發(fā)揮都與變形有關，變形小，樁與樁間土承載力的發(fā)揮都不充分。5、復合地基樁間土承載力的發(fā)揮與褥墊層厚度有關?？紤]上述因素，結合工程實踐經(jīng)驗的總結，CFG樁復合地基承載力可用下面公式進行估算：fsp=m (7·3·6)或fsp= (7·3·7)式中 AP樁的橫斷面面積(m2)；fk天然地基承載力標準值(kpa)；樁間土強度發(fā)揮度，一般工程=0.90.95，對重要或變形要求高的建筑物=0.750.9。自由單樁承載力標準值(kN)；表示樁間土的強度提高系數(shù)，可根據(jù)經(jīng)驗預估或

27、實測給定，沒有經(jīng)驗并無實測資料時，對一般粘性土取=1.0，對靈敏度較高的土和結構性土產(chǎn)生擾動的施工工藝且施工進度很快時，宜小于一的數(shù)值，。fsk加固后樁間土的承載力標準值(kpa)Rk可按下式計算，并取小者Rk= (7·3·8)Rk=(UPqsihi+qpAp)/k (7·3·9)式中 取0.30.33R28樁體28d立方體試塊強度(15cm×15cm×15cm)UP樁的周長qsi第層土與土性和施工工藝相關的極限側(cè)摩阻力，按(JGJ9494)的有關規(guī)定取值。qP與土性和施工工藝相關的極限端阻力，按(JGJ9494)的有關規(guī)定取值。hi

28、第土層的厚度k安全系數(shù)，k=1.51.75當用單樁靜荷載試驗求得單樁極限承載力RU后，Rk可按下式計算：Rk= RU/k (7·3·10)對重要工程和基礎下樁數(shù)較少時，k值取高值，一般工程和基礎下樁數(shù)較多時k值取低值。k值的取值比建筑地基基礎設計規(guī)范(GBJ789)中規(guī)定的k=2降低了12.5%25%，這是根據(jù)工程反算并綜合考慮復合地基中樁的承載力與單樁承載力的差異、樁的負摩擦作用、樁間土受力后樁的承載力會有提高等一系列因素確定的。三、復合地基沉降計算目前復合地基在荷載作用下應力場和位移的實測資料不多。就測試手段而言。測定復合地基位移場要比測定應力場容易些。有些學者試圖以測

29、定的位移場為基礎，再通過樁間土應力、樁頂應力和樁的軸力沿樁長的變化，利用土的本構關系的研究成果，用有限元計算應力場，將其計算結果與測定的有限的樁間土應力和樁頂應力進行比較，對計算結果不斷進行修正，以期得到復合實際的復合地基應力場，為建立合理的復合地基沉降計算模式提供依據(jù)。在進行沉降計算時，一般以土為計算對象，荷載將是樁間土應力和樁荷載 Pp。通常又可將Pp 用樁側(cè)阻力Ppr和樁端阻力 ppd替代。這樣，土體受到的荷載為三項，即、 PPr、 ppd。由他們產(chǎn)生的附加應力分布計算地基土的沉降。顯然，這一思路是合理的，但還需進一步作工作。目前比較統(tǒng)一的另一個認識是把總沉降量分為加固區(qū)的沉降 S1和下

30、臥層的沉降S2，分別計算再求和。（一） 分層總合法計算S1可以把加固區(qū)的樁間土作為計算對象，也可把樁作為計算對象。當以樁作為計算對象時，要求樁頂和樁端不產(chǎn)生上、下刺入變形，即樁的壓縮變形和加固區(qū)的土的壓縮變形相等。 CFG樁總的沉降量小，L/B越大，樁數(shù)越小，下臥層的壓縮量占總沉降量的百分比越少，起控制作用的是加固區(qū)的S1。對單、雙排布樁的條形基礎和樁數(shù)較少的獨立基礎，用荷載p0(p0=p-)，p為基底應力，為基底處原有的自重應力， D為基礎的埋置深度)在基底樁間土產(chǎn)生的附加應力作為荷載計算加固區(qū)的壓縮變形s1，用荷載 P0在下臥層產(chǎn)生的附加應力計算下臥層壓縮量s2，計算值與實測值不會產(chǎn)生大的

31、誤差，置換率越低，樁數(shù)越少，兩者的差異就越小。當荷載不超過復合地基承載力時，可按下式計算復合地基沉降：S=S1+S2=) (7·3·11)n1加固區(qū)土分層數(shù)；n2下臥層土分層數(shù)；樁間土應力在加固區(qū)第層土產(chǎn)生平均附加應力 (kpa)；荷載在下臥層第j層土產(chǎn)生的平均附加應力(kpa)；ESi加固區(qū)第層的壓縮模量(kpa)ESj下臥區(qū)第j層土的壓縮模量(kpa)；hi、hj分別為加固區(qū)和下臥區(qū)第層和第j層的分層厚度(m)。沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，參照建筑地基基礎設計規(guī)范(GBJ7-89)中的表5·2·5取值。（二） 復合模量法下面介紹第二種沉降計算方法，也可稱為復合

32、模量法。假定加固區(qū)的復合土體為與天然地基分層相同的若干層均質(zhì)地基，不同的是壓縮模量都相應擴大倍。這樣加固區(qū)和下臥層均按分層總合法進行沉降計算。當荷載P0不大于復合地基承載力時，總沉降量S為：S=S1+S2= (7·3·12)式中 n1 加固區(qū)的分層數(shù)；n2 總的分層數(shù)； 荷載p0在第層土產(chǎn)生的平均附加應力(kpa)Esi 第層土的壓縮模量(kpa) 第層土分層厚度(m) 模量提高系數(shù)，其中m為面積置換率，n為樁土應力比，為樁間土強度提高系數(shù)； 沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，與式（7·3·11）相同。當用式（7·3·11）和式（7·3&#

33、183;12）進行沉降計算時，需要知道某一荷載時基礎地面的附加應力，式（7·3·12）要用到樁、土應力比，根據(jù)可以很容易求得。在用式(7·3·12)進行沉降計算時，計算深度一定要大于加固區(qū)的深度，即必須計算到下臥層的某一深度。例如圖7·3·8所示的9樁復合地基，基礎為 1.575m×1.575m的剛性基礎，面積置換率m=0.064，荷載p=300kPa時的樁、土應力比n=24.7，土層壓縮模量如圖7·3·8所示。不計褥墊層的變形，試按式(7·3·12)計算復合地基沉降量，樁間土強度系數(shù)

34、取1。按式(7·3·12)計算s=33.47（加權平均值）=0.452S=S=0.452×33.47=15.2mm實測基礎沉降量為15.75mm，誤差為3.5%。四、CFG樁復合地基設計參數(shù)CFG樁處理軟弱地基，應以提高地基承載力和減少地基沉降量為主要加固目的。其途徑是發(fā)揮CFG樁的樁體作用。對松散砂性土地基，可考慮施工時的擠密效應，但若以擠密松散砂土為其主要加固目的，則采用CFG樁是不經(jīng)濟的。CFG樁復合地基的設計參數(shù)共6個，分別為樁徑、樁距、樁長、樁體強度、褥墊層的設計以及樁的布置。（一） 樁徑dCFG樁常采用振動沉管法施工，其樁徑d應根據(jù)樁管大小而定，常用的

35、振動沉管打樁機的管徑為mm，一般樁徑設計為350400mm。（二） 樁距樁距的大小取決于設計要求的復合地基承載力、土性和施工機具，所以選用樁距需考慮承載力的提高幅度應能滿足設計要求、施工方便、樁作用的發(fā)揮、場地地質(zhì)條件以及造價等因素。試驗表明，其他條件相同，樁距越小復合地基承載力越大，當樁距小于4倍樁徑后，隨著樁距的減小，復合地基承載力的增長明顯下降，從樁、土作用的發(fā)揮考慮，樁距大于4倍樁徑為宜。施工過程中，無論是振動沉管還是振動拔管，都將對周圍土體產(chǎn)生擾動和擠密，振動的影響與土的性質(zhì)密切相關，振動效果的土、施工時振動可使土體密度增加，場地發(fā)生下沉，不可擠密的土則要發(fā)生地表隆起，樁距越小隆起越

36、大，以致于導致已打的樁產(chǎn)生縮頸或斷裂。樁距越大，施工質(zhì)量越容易控制，但應針對不同的土性分別加以考慮?；A形式也是值得注意的一個因素。下面介紹選用樁距的原則，供設計時參考。1、設計要求承載力提高幅度大時，樁距應小些，但必須考慮施工時新打樁對已打樁的影響，就施工而言，希望采用打樁距大樁長，樁距過小，會發(fā)生新打樁將已打樁擠裂甚至擠斜、擠斷的情況，因此選用樁距時應考慮到這一點。2、對擠密性好的土，如砂土、粉土和松散填土等，樁距應取得小些。3、對單、雙排布樁的條形基礎和面積不大的獨立基礎等，樁距可取得小些，反之滿堂布樁的筏基、箱基以及多排布樁的條形基礎、設備基礎，樁距應適當放大些。4、地下水位高，地下水

37、豐富的建筑場地，樁距也應當適當放大。樁距的選擇應綜合多種因素進行設計，一般樁距=34d或參考表7·3·3。表7·3·3給出是振動沉管機施工樁距的選用表，供設計時參考。樁距選用表 表7·3·3土質(zhì)樁距布樁形式擠密性好的土、如砂土、粉土、松散填土等可擠密性土、如粉質(zhì)粘土、非飽和型粘土等不可擠密性土如飽和粘土、淤泥質(zhì)土等單、雙排布樁的條基34d3.55d45d含9根以下的獨立基礎36d3.56d46d滿堂布樁46d46d4.57d注：d為樁徑，實際樁徑（三） 樁長L由式(7·3·6)可解得Rk= (7.3.13)在進行復

38、合地基設計時，天然地基承載力fk是已知的，設計要求的復合地基承載力fsp也為已知的。樁徑d和樁距l(xiāng)設定后，置換率m和樁的斷面積AP均為已知。樁間土強度提高系數(shù)和樁間土強度發(fā)揮度的取值同式(7·3·6)。將以上各數(shù)值代入(7·3·13)式后，則可求得Rk。再將 Rk值代入式(7·3·9)，根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范(JGJ9494)中的qsi和qp就能算出所需的樁長L。也可用式(7·3·7)解得樁間土強度發(fā)揮度為式的樁土應力比n為： (7·3·14)設計時復合地基承載力fsp和原天然地基承載力fk是已知

39、的，樁徑d和樁距確定以后，置換率m也是已知的，樁間土強度提高系數(shù)，有經(jīng)驗時可按實際預估，無經(jīng)驗時按式(7·3·6)確定，樁間土強度發(fā)揮度可根據(jù)建筑物的重要性按式(7·3·7)確定。這樣，由式(7·3·14)就可得到n值。這時，樁頂應力為： (7·3·15) 樁頂受的集中力為Pp= (7·3·16) 式中 AP樁斷面面積(m2)由式（7·3·16）求得的Pp和地基土的性質(zhì)，參照與施工土方法相關的樁周側(cè)摩阻力qsi和樁端阻力qp利用式（7·3·9）即可預估單樁

40、承載力PP時的樁長L。（四） 樁體強度由RK和樁斷面面積AP，可計算樁頂應力為： (7·3·17) 根據(jù)樁體強度和承載力的關系分析可知，樁體強度一般取3倍樁頂應力即可。R28 (7·3·18)（五） 褥墊層的設計1、褥墊層材料褥墊層的材料多用碎石、級配砂石（限制最大粒徑一般不超過3cm）、粗砂、中砂等。2、褥墊層的鋪設范圍褥墊層的加固范圍要比基底面積大，其四周寬出基底的部分不宜小于褥墊的厚度。3、褥墊層的厚度若褥墊層厚度過小，樁對基礎將產(chǎn)生很顯著的應力集中，需考慮樁對基礎的沖切，勢必導致基礎加厚。如果基礎承受水平荷載作用，可能造成復合地基中樁發(fā)生斷裂。由

41、于褥墊層厚度過小，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，要達到實際要求的承載力，必然要增加樁的數(shù)量或樁的長度，造成經(jīng)濟上的浪費。唯一帶來的好處是建筑物的沉降量小。褥墊層厚度大，樁對基礎產(chǎn)生的應力集中很小，可不考慮樁對基礎的沖切作用，基礎受水平荷載作用，不會發(fā)生樁的斷裂。褥墊層厚度大，能夠充分發(fā)揮樁間土的承載能力。若褥墊層的厚度過大，會導致樁、土應力比等于或接近于1，此時樁承擔的荷載太少，實際上，復合地基中樁的設置已失去了意義。這樣設計的復合地基承載力不會比天然地基有較大的提高，而且建筑物的變形也大。經(jīng)過大量的工程實踐，既考慮到技術上的可靠又考慮到經(jīng)濟上的合理，褥墊層的厚度取1030cm為宜（六） 樁的布

42、置 對可液化地基或有必要時，可在基礎外某一范圍設置護樁，通常情況下，樁都布置在基礎范圍內(nèi)。樁的數(shù)量按下是確定： (7·3·19)式中 m面積置換率；A基礎面積(m2)；AP樁斷面面積(m2)；np面積為A時的理論布樁數(shù)。實際布樁時受基礎尺寸大小及形狀等影響，布樁數(shù)會有一定的增減。對獨立基礎、箱型基礎、筏基，基礎邊緣到樁的中心距一般為樁徑或基礎邊緣的最小距離不小于150mm，對條形基礎不小于75mm。布樁時要考慮樁受力的合理性，盡量利用樁間土應力s產(chǎn)生的附加應力對樁側(cè)阻力的增大作用。通常s越大，作用在樁上的水平力越大，樁的側(cè)阻力也越大。此外，對樁端有堅硬土層，樁又不太長時可考

43、慮采用夯擴樁，即利用CFG樁樁體材料，夯成一個擴大頭，以獲得較大的端承阻力。在較軟土地區(qū)，當樁長范圍內(nèi)，樁端有可能落在好的土層上時，也可采用比通常用的更大一些的預制樁尖，其樁尖的直徑增大到沉管外徑的1.52.0倍，通常稱之為大頭樁尖。樁尖沉到較好的土層中便停止沉管，大頭樁尖通過軟土層時，軟土會很快回彈，拔出沉管后投料量基本不變，但承載力有了提高。在軟土地區(qū)采用CFG樁復合地基方案時，樁端一般應落在好的土層上。第四節(jié) 施工工藝在進行CFG樁復合地基設計時，必須同時考慮CFG樁的施工，并要了解施工可能出現(xiàn)的問題，以及如何防止這些問題的發(fā)生與施工時采用什么樣的設備和施工工藝。要根據(jù)場地土的性質(zhì)、設計

44、要求的承載力、變形以及擬建場地周圍環(huán)境等情況綜合考慮施工設備及施工工藝和控制施工質(zhì)量措施。一、 施工設備目前常用的施工設備及施工方法有：（一）振動沉管灌注成樁就目前國內(nèi)情況，振動沉管灌注成樁用的比較多，這主要是由于振動打樁機施工效率高，造價相對較低。這種施工方法是用于無堅硬土層和密實砂層的地層條件，以及對振動噪音限制不嚴格的場地。當遇到堅硬粘土層時，振動沉管會發(fā)生困難，此時可考慮用長螺旋鉆預引孔，再用振動沉管機成孔制樁。（二）長螺旋鉆孔灌注成樁這種施工方法是用于地下水位埋藏較深的粘性土、粉土、填土等，成孔時不會發(fā)生坍孔現(xiàn)象，并適用于對周圍環(huán)境要求如噪音、泥漿污染比較嚴格的場地。（三）泥漿護壁鉆

45、孔灌注成樁 這種成樁方法適用于有砂層的地質(zhì)條件，以防砂層塌孔并適用于對振動噪音要求嚴格的場地。（四）長螺旋鉆孔泵壓混合料成樁這種方法適用于分布有砂層的地質(zhì)條件，以及對噪音和泥漿污染要求嚴格的場地。這種成樁方法在施工時，首先用長螺旋鉆孔到達設計的預定深度，然后提升鉆桿，同時用高壓泵將樁體混合料通過高壓管路的長螺旋鉆桿的內(nèi)管壓到孔內(nèi)成樁。這一工藝具有低噪音、無泥漿污染的優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前途的施工方法。CFG樁多用振動沉管機施工，也可用螺旋鉆機，有時是振動沉管和螺旋鉆機聯(lián)合使用。圖7·4·1是振動沉管機的示意圖。圖7·4·1振動沉管機示意圖1滑輪組2振動錘

46、3漏料斗4樁管5前拉索6遮棚7滾筒8枕木9架頂10加身頂段 11鋼絲繩12架中段13吊斗14架身下段15導向滑輪16后拉索17架底18卷揚機 19加壓滑輪20活瓣樁尖圖7·4·2(a)和(b)分別為打樁時用的鋼筋混凝土預制樁尖和鋼制活瓣樁尖。圖7·4·3是螺旋鉆孔示意圖。國產(chǎn)振動沉管機被使用比較多的是浙江瑞安建筑機械廠和蘭州建筑通用機械廠生產(chǎn)的設備。表7·4·1和表7·4·2給出了浙江瑞安建筑機械廠生產(chǎn)的錘頭的主要技術指標，其中DZ系列為普通錘頭，DZKS系列又名中空錘，這一系列設備除具有普通DZ系列的功能外，中間

47、有500mm的通孔，可以配合重錘或內(nèi)夯進行夯擴樁施工，DZJ系列可通過液壓遙控調(diào)整偏心力距，可在運轉(zhuǎn)條件下，實現(xiàn)偏心力距的調(diào)整。 DZ系列振動打樁錘主要技術參數(shù) 表7·4·1項目DZ11DZ22DZ30DZ40DZ45DZ55DZ60電機功率（kw）11223040455560偏心軸轉(zhuǎn)速（r/min）11509501050900115011509009001150偏心力距（N·m）50140150250180196310300230激振力（kN）74140185230260290280276345空載振幅（mm）5.08.07.510.47.59.09.59.57

48、.2允許拔樁力（kN）60120120120150150150允許加壓力（kN）608080120120120120重量（kg）630255029203380310048004840電源（100m內(nèi),kVA）5075100125150175175外形尺寸720×300×15301015×1302×17601053×1347×18411091×1450×19751500×1120×19601240×1580×19751240×1580×2140 DZKS、D

49、ZJ系列振動錘主要技術參數(shù)表 7·4·2項目DZ45KSDZ60KSDZJ37DZJ60電機功率（kw）22×230×23760偏心軸轉(zhuǎn)速（r/min）11001100920900偏心力距（N·m）20027002780500激振力（kN）27136002520453空載振幅（mm）8.17.6010012允許拔樁力（kN）130200120200允許加壓力（kN）10012090100重量（kg）3684451236605100電源（100m內(nèi),kVA）150175125175外形尺寸(mm)1900×1240×17452

50、054×1250×18501466×1149×19361500×1250×2100表7·4·3是蘭州通用機械總廠生產(chǎn)的低噪音振動錘頭的技術指標。 選用哪一類型樁機和什么型號，要視工程具體情況而定。遠離城區(qū)的場地多采用振動沉管機，在城區(qū)對噪音污染嚴格限制的地方可用螺旋鉆成孔制樁，對夾有硬土層地段條件的場地，可選用螺旋鉆預引孔，然后再用振動沉管機制樁，以避免振動沉管制樁時對以打的樁引起較大的振動，導致樁被振裂或振斷。 25普通型振動打樁錘主要技術參數(shù) 表7·4·3項目型 號DZ90VM2-5000E

51、DZ120VM2-7000EDZ150VM4-10000ADZ90KM2-1200M DZ120KM2- 17000ADZ150VM2-25000A參 數(shù)電機功率(kw)9012012015090120150偏心距（N·m）300400500600600710600800100012001700150020002500激振力（kN）405541677669644763812108213544525966458601075偏心軸轉(zhuǎn)速（r/min）110010009801100580560620空載振幅（mm）5.47.29.07.18.610.18.010.613.321.826.21

52、7.623.529.4允許拔樁力（kN）300400350500300400500樁錘重量（kg）57648820690093406950850010250導向中心距（mm）300外形尺寸(mm)高 H2686321128036600566955355417長 L1523235017201370116014681722寬 B1413115011301320119912961425土質(zhì)較硬時，多用60kw電機的垂頭，土質(zhì)較軟時，多采用40kw的電機錘頭。二、施工程序?qū)嶋H工程振動沉管機成樁用的比較多，這里將振動沉管機施工做一介紹。（一）施工準備1、設計布樁圖及說明。2、場地地下結構物及障礙物等調(diào)查

53、資料。3、具備“三通一平”條件。4、確定施工機具及配套設備。5、材料供應計劃，標明所用材料的規(guī)格、技術要求和數(shù)量。6、試成孔應不少于兩個，以復核地質(zhì)資料以及設備、工藝是否適宜，核定選用的技術參數(shù)。7、復核測量基線，水準點及樁位、CFG樁得軸線定位點，檢查施工場地所設的水準點是否回收施工影響。（二）施工前的工藝試驗施工前的工藝試驗主要是考查設計的施打順序和樁距能否保證樁身質(zhì)量。工藝試驗也可結合工程樁施工進行，需要作如下兩種觀測：1、新打樁對未結硬的已打樁的影響 在已打樁樁頂表面埋設標桿，在施打新樁時兩側(cè)已打樁樁頂?shù)纳仙?，以估算樁徑縮小的數(shù)值，待已打樁結硬后開挖檢查其樁身質(zhì)量并量測樁徑。2、新打

54、樁對結硬的已打樁的影響在已打樁尚未結硬時，將標桿埋置在樁頂部的混合料中，待樁體結硬后，觀測打新樁時已打樁樁頂?shù)奈灰魄闆r。對擠密效果好的土，比如飽和松散的粉土，打樁振動會引起地表的下沉，樁頂一般不會上升，斷樁可能性少，當發(fā)現(xiàn)樁頂向上的位移過大時，樁可能發(fā)生斷開。若向上的位移不超過1cm，斷樁的可能性很小。（三）CFG樁施工1、樁機進入現(xiàn)場，根據(jù)設計樁長、沉管入土深度確定機架高度和沉管長度，并進行設備組裝。2、樁及就位，調(diào)整沉管與地面垂直，確保垂直度偏差不大于1%。3、啟動馬達沉管到預定標高，停機。4、沉管過程中做好記錄，每沉1m記錄電流表的電流一次，并對土層變化予以說明。5、停機后立即向管內(nèi)投料

55、，直到混合料與進料口齊平?；旌狭习丛O計配比經(jīng)攪拌機加水拌和，拌和時間不得少于1min，如粉煤灰用量較多，攪拌時間還要適當放長。加水量按坍落35cm控制，成樁后浮漿厚度已不超過20cm為宜。6、啟動馬達，留振510s開始拔管，拔管速率一般為1.21.5m/min（拔管速度為線速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥質(zhì)土，拔管速率還可放慢。拔管過程中不允許反插。如上料不足，需在拔管過程中空中投料，以保證成樁后樁頂標高達到要求。成樁后樁頂標高應考慮計入保護樁長。7、沉管拔出地面，確認成樁復合要求后，用粒狀材料或濕粘性土封頂，然后移機進行下一根的施工。8、施工過程中，抽樣做混合料試驗，一般一個臺班做一組（3塊），試塊尺寸為15cm×15cm×