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岩土研究院

CFG桩复合地基设计参数

669 2022-03-10 09:43:05

CFG桩处理软弱地基,应以提高地基承载力和减少地基沉降为其主要加固目的,其途径是发挥 CFG桩的桩体作用。对松散砂性土地基,可考虑其施工时的挤密效应,但若以挤密松散砂土为其主要加固目的,则采用CFG桩是不经济的。

CFG桩复合地基的设计参数共6个,分别为桩径、桩距、桩长、桩体强度、褥垫层的设计以及桩的布置。

1.桩径d

CFG桩桩径 d 宜取350~600rnmn,桩径过小,施工质量不容易控制;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。常用的振动沉管打桩机的管径为φ377mm,一般桩径设计为350~400mm。

2.桩距s

桩距s的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形量、土性及施工机具,所以选用桩距需考虑承载力的提高幅度应能满足设计要求、施工方便、桩作用的发挥、场地地质条件以及造价等因素。试验表明,其他条件相同,桩距越小复合地基承载力越大,当桩距小于3倍桩径后,随着桩距的减小,复合地基承载力的增长率明显下降,从桩、土作用的发挥考虑,桩距宜取3~5倍桩径为宜。

施工过程中,无论是振动沉管还是振动拔管,都将对周围土体产生扰动或挤密,振动的影响与土的性质密切相关,振密效果好的土,施工时振动可使土体密度增加,场地发生下沉;不可挤密的土则要发生地表隆起,桩距越小隆起量越大,以致于导致已打的桩产生缩颈或断裂。桩距越大,施工质量越容易控制,但应针对不同的土性分别加以考虑。

下面介绍桩距选用的原则,供设计时参考;

设计的桩距首先要满足承载力和变形的要求。从施工角度考虑,尽量选用较大的桩距以防止新打桩对已打桩的不良影响。

基础型式也是值得注意的一个因素。对单、双排布桩的条形基础和面积不大的独立基础,桩距可小些;反之,满堂布桩的筏基、箱基以及多排布桩的条形基础、设备基础,桩距可活当放大些。地下水位高、地下水丰富的建筑场地,桩距也应适当放大。就土的挤密(或振密)性而言,可将土分为三类∶

(1)挤(振)密效果好的土,如松散粉细砂、粉土、人工填土等;

(2)可挤(振)密土,如不太密实的粉质粘土等;

(3)不可挤(振)密土,如饱和软粘土或密实度很高的粘性土、砂土等。就施工工艺可分为两大类∶

(1)对桩间土产生扰动或挤密的施工工艺,如振动沉管打桩机成孔制桩,属挤土成桩工艺。

(2)对桩间土不产生扰动或挤整的施工工艺。如长螺旋钻孔灌注成拼,属非挤土成桩工步;对挤土成桩工艺和不可挤密土。宜采用较大的桩距。

在满足承载力和变形要求的前提下,可以通过调整桩长来调整桩距,桩越长,桩间距可以越大;综上所述,桩距的设计应综合多种因素,一般桩距s=(3~5)d 或参考表8.3.5。表8.3.5给出的是振动沉管机施工桩距的选用表,供设计时参考,并结合8.3.2中所述复合地基承载力计算中要求的面积置换率m确定桩距。

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褥垫层的材料宜用中砂、粗砂级配砂石或碎石等,最大粒径一般不宜大于 30mm。不宜采用卵石,由于卵石咬合力差。施工时扰动较大,使褥垫层厚度不容易保证均匀。

(2)褥垫层的铺设范围

褥垫层的加固范围要比基底面积大,其四周宽出基底的部分不宜小于褥垫层的厚度。

(3)褥垫层的厚度

由前面的讨论可知,若褥垫层厚度过小,桩对基础将产生很显著的应力集中,需考虑桩对基础的冲切,势必导致基础加厚。如果基础承受水平荷载作用,可能造成复合地基中桩发生断裂。

由于褥垫层厚度过小,桩间土承载能力不能充分发挥,要达到设计要求的承载力,必然要增加桩的数量或桩的长度,造成经济上的浪费。惟一带来的好处是建筑物的沉降量小。

褥垫层厚度大,桩对基础产生的应力集中很小,可不考虑桩对基础的冲切作用,基础受水平荷载的作用,不会发生桩的断裂;褥垫层厚度大,能够充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫层厚度过大,会导致桩土应力比等于或接近于1,此时桩承担的荷载太少,实际上,复合地基中桩的设置已失去了意义。这样设计的复合地基承载力不会比天然地基有较大的提高,面目建筑物的变形也大。

综合以上分析,并结合大量的工程实践和总结,既考虑到技术上可靠又考虑到经济上合理,褥垫层厚度取150~300mm为宜。当桩径大、桩距大时宜取高值。

6.桩的布置

CFG桩可只在基础范围内布桩。对可液化地基,基础内可采用振动沉管 CFG 桩、振动沉管碎石桩间作的加固方案,可在基础外某一范围设置护桩(可液化地基一般用碎石桩做护桩),通常情况下,桩都布在基础范围内。桩的数量可按下式确定

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对独立基础、箱形基础、筏基,基础边缘到桩的中心距一般为桩径或基础边缘到桩边缘的最小距离不小于150mm,对条形基础不小于75mm。

布桩时要考虑桩受力的合理性,尽量利用桩间土应力 a。产生的附加应力对桩侧阻力的增大作用。通常a。越大,作用在桩上的水平力越大,桩的侧阻力也越大。如图8.3.10(a),桩均在基础内,桩的受力是比较合理的;图8.3.10(b),除5号桩外,其他各桩只有基础下的少部分有a。的作用,桩受到的侧向约束显然比5号桩小,则侧阻力也小,显然,这样的布桩型式是不合理的。

此外,对桩端有坚硬土层,且桩又不太长时可考虑采用夯扩桩,即利用CFG桩桩体材料,夯成一个扩大头,以获得较大的端承阻力。

在软土地区,当桩长范围内,桩端有可能落在好的土层上时,也可采用比通常用的更大一些的预制桩尖,其桩尖的直径增大到沉管外径的1.5~2.0倍,通常称之为大头桩尖。

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桩尖沉到较好的土层中便停止沉管,大头桩尖通过软土层时,软土会很快回弹,拨出沉管后投料量基本不变,但承载能力有了提高。

 

在软土地区采用CFG桩复合地基方案时,桩端一般应落在好的土层上。