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岩土研究院

CFG桩加固水泥生产线软弱地基

341 2022-04-18 09:34:03

1. 工程地质概况

山东省德州市第二建統厂位于黄河冲积平原地貌单元上,地勢平坦。厂区内自上而下各土层及其物理力学指标见表3 -11・8。1992年在厂内建造的水泥生产线二期工程要求地基承载力大于250kP.,远远超过了天然地基的承戢力,为此必须进行地基加固处理。

2. 地基处理方案的选择

根据当地的工程地质状况,复合地基的承载力设计要求和施工机械设备状况、施工经验,分别对多种地基处理方案进行了分析比较。

(1) 排水固靖法方案

排水固结法方案是通过逐步向地表地筑砂土,使地基中的固结压力逐渐増加,孔隙中的水慢慢排出,孔隙体积慢慢诚小,地基发生固结压缩;伴随着地基中題静水压力的逐渐消散,有效应力逐渐提高,地基土的强度逐渐增长到设:计的承载要求。排水固结法施工方便,机具简单,可靠易行,但皎压周期较长,需数月时间.为工期所不允许,因此该方案不能采用。

(2) 碎石被加固方案

根据LK.Mitchefl (1981)在第十届国际土力学及基础工程会议的报告,当土体小于74冲的颗粒含量超过20%-25%时.挤密效果就很差,而本场地中主要受力层的

颗粒成份中0.05- 0.005mm的细颗粒含量占70%以上,因此,碎石桩的主要作用是置换加筋。由于碎石桩是由散体材料组成的,桩体材料本身没有粘结强度,桩身的强度主婴靠桩周土体的约束和桩身材料的摩擦角维持,而饱和粘性土的抗剪强度都较小,它所能提供的侧限约束作用一般不会太大,因此.经碎石桩加固后饱和粘性土地基的承载力提高一般在20% ~ 60%左右,很难由llOkPa增加到250LP阳此外,竖向荷载作用下碎石桩桩体的主要受力区集中在桩顶附近4倍左右的桩径范围内,径向荷载主要集中在桩

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顶段2-3倍桩径蔻圏内。由于土体的侧向约束较小,桩体在2-3倍桩径处发生较大的膨胺,造成碎石桩复合地基承载居发生较大的沉降变形°如水泥生产线一期工程的地基在1986年果用振冲癖石桩加固后.在上部结构施工期间就发生了较大的地基沉降,经历时连续3年的規测至建筑物沉降趋于稳定时,沉降巳达286mnu所以第二期工程不宜采用碎石桩加固方案。

(3) 强夯加固方案

强夯加固施工设备简单,施床期短,投资少,在杂填土、砂性土和塑性指数不大于8的非饱和粘性土中具有良好的技术和经济效益.但强夸加固深度有限,特别对于饱和粘性土,由于其滲透荼数极低,水的排出速度缓慢而且与排水距离有关a即便设置了砂井,对粘性土中的水来说,排水路径仍是很长的。此外,粘性土一般都具有较强的结将性,一且被强夯所破坏,其强度必将受到很大的削弱,造成地基承觥力的大幅降低。如超孔隙水不能较快的消散,可能形成“椽皮土”,造成地基加固的失败。强夯法加固饱和软土地基,即使设董了砂井,也有失败的先例,因此出于慎重,也不宣釆用。

(4) CFG桩加固方案

CFG桩由于具有一定的粘结强度和桩体强度,因而有较长的临界桩长,可通过延长桩长发揮粧佩摩阻力和桩端承力提高桩的承载力、减小变形。同时由于桩体的刚度远大于土体的刚度,受荷时荷载向桩体轴移,在桩身发生应力集中,实测桩土应力比达20-50.远高于碎石桩等散体材料桩和低粘结强度桩,具有较高的置换加筋作用,因而地基承载力提高幅度也较大。根据中国建筑科学研究院在南京造纸广和南京浦镇车辆厂置换率分别为6.3%和10.47%的CFG桩复合地基的静载试脸结果,CFC桩其合地基承载力分别由原饱和软粘土地基的SOkPa和70kPa提高到230kPa和190kPai増长率分别达288%和271%0因此,可认为采用CFG桩加固本场地是可行的,能筋达到设计要求的承载力,最终决定釆用CFG桩加固方案。

3.地基的加固设计

CFG桩复合地基的设计采用了双层地基的计算模式。其设计计算步彝如下:

(1)单桩要向承莪力的计算

根据工程地质勘探报吿.第四层粉土层地基承载力达280LP-,是较好的持力层,有利于桩端效应的发择。初步设计选定第四层作为桃端持力食,设计桩尖入诙层5Dcm.有效桩长为H.5m,则单桩承栽力设计值可通过下式计算

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(2)鬼合地基承載力*r

本工程采用DZ-40型振动锤打桩成孔,沉管直径取377mm X 10mm的无錄钢管,桩距取为3.S倍的桩身直径.选用1.2-L5m;平面布置成等边三角形或等腰三角形,置换率控制在0.074左右。取桩土共同作用系數为。.8,则复合地基承载力可由下式计算得

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可满足地基设计 要求。

婆于上邂伊,在二期水泥生产鏡的立窑车间(基础底面积上部荷重5290kN)、原料库(6个高20.5m,宜径为5.&m的钢筋抿凝土简仓组成)等共布设CFG 桩 660 根。

4.CFG桩的施工

为了保证桩体的旅工M量,施工中分别采取了如下的措施和掺数。

(1) 混合料的质量控制

CFG桩的桩身强度按C10的强度等级控制设计,坍落度控制在6cm,碎石粒径不得超过痴叫以保证混合料的流动性和桩体的密实性。

(2) 混合料灌入量的控制

CFG桩混合科的灌入量按桩体体积的1.15-1.30倍*褸足,不足时应从沉管上端进料口补足。若当沉管拔出孔口发现投料量不足时,严禁再向桩孔内第二次投料,以避免同囿土体落至桩顶面形成隔离层。桩体不足部分要待打基础前清除掉在桩顶和桩周围上端的土.蜚出新茬.用模具接館

(3) 打桩工艺

为避免连续打桩,对土体的挤压而造成土体位移使相邻新灌人的桩身受挤后造成縮颈和断桩等质量冋题,施工釆用隔行隔桩跳打工艺,以保证桩身宜径保持在365 ~410mm左右。

(4) 拔管速率的控制

拔管时,拔管速率过快,混凝土遂未流出管外,周国土体的迅速回缩易形成断桩.缩颈、因此拔管时要求拔管速率不得过快,一皺控倒在且每上拔侦留振

5盹等沉管拔至离地表2m时,应再慢一半.并留振10s左右。拔管速率要均匀,要先振后拔,沉管下端没露出地面前不得停振。振动拔管分二次振动反插,直至混合料表面出浆为止.

(5) 沉管最后2min的贯入度控制

抗管最后2min的贯入度,关系到桩的承莪力報桩的质量,若贯入度达不到要求,则桩端尚未进入持力层内,在沉管激振力和桩身混痍土自重的影响下,可能造成桩孔内混褰土再度下沉。可使孔内混擬土特别是桩上端的混凌土脱节。桩周土体挤进脱节的空隙部分,造成墙颈断桩。

5.加固戒果

二期水泥生产线工程地基处理从1992年12月起至1993年1月20日完工,全部工期共31夭,制桩660根,进尺深度计7590延长米。在地基加固完工后一个月对地基进行了原位静载试翫试验分别第683号和686号桩位进行。模拟昼合地基的等代面积,试板尺寸取为1200mm x 1000mm,复舍地基承载力基本取沉降,与荷载板寛度B之比值軌/8 =。,01时的载荷值,根据单粧复合地基静载试验p “曲銭,见图3-11-33,复合地基承载力均大于250kP«,变形模量为20.02MPa,滴足了设计要求。

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6.沉降观测

从二期水泥生产线立窑和原料库基础建造起至上部结构蛟工结束后地基沉降稳定为止的连续沉降观测表明,立窑和原料库沉降十分平缓,且收敛很快,至沉降穢定,实测沉降值仪为25 - 30mm,大大低于碎石桩加固地段建筑物沉降值。

7.经济分折

釆用CFG桩方案与采用碎石桩方案相比,不仅能大大缩短工期,减少投资,而且大童利用的工业废料,具有比碎石桩更为良好的社会和经济效益°

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