浅谈水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工应注意的问题

2015-04-07易修建

四川水泥 2015年10期

关键词：散体桩间褥垫

易修建

(广东省水电集团有限公司，广东增城 511340）

浅谈水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工应注意的问题

易修建

(广东省水电集团有限公司，广东增城 511340）

随着城镇化建设进度的加快，新的建筑地基处理方式不断出现，CFG桩以其广泛的适用性和较低的施工难度成为现阶段应用最多的地基处理方式。本文结合CFG桩的特点及其施工工艺，分析其在工程实际中的应注意的关键问题。

CFG桩；复合地基；关键问题

CFG桩具有较强的适用性，技术成熟、施工难度低、质量好，在现阶段城市复合地基建设中得到了广泛的应用。在实际施工中，施工人员对其施工工序不够了解，且变形问题是复合地基施工中应注意的重点，其中又涉及到地基沉降，使得工程施工更加复杂。

1. CFG桩复合地基介绍

水泥粉煤灰碎石桩((Cement Fly-ash Gravel)简称为CFG桩，是由碎石、石屑、粉煤灰、水泥、加水拌合制成，是具有一定粘结强度的桩，通过在基础与加固区之间设置由散体材料构成的褥垫层来分配桩土荷载，保证桩土协同工作，形成复合地基[1]。

CFG桩复合地基结构包括CFG桩、桩间土和褥垫层，在褥垫层上施加上部荷载的全过程中，可作出如下动态分析：在开始的一段时间，上部荷载均匀施加到褥垫层上，在后来的一段时间，荷载的压力施加到CFG桩和桩间土上，荷载增加的过程中，CFG桩顶的应力会集中。随着上部荷载逐步增加，由于褥垫层是由碎石散体颗粒组成，散体可以在上部荷载的作用下，产生相对滑移并形成流动补偿的趋势，经过一系列的变化后可以分析出，CFG桩顶的应力受到横向调节，桩顶应力横向调节的同时，CFG桩顶的应力也分散开，桩顶的应力一旦分散，上部荷载施加的压力逐渐由CFG桩转移到桩间土。压力施加到桩间土后，桩间土发生沉降，在此过程中垫层材料发挥了一定的补偿作用，结果便是CFG桩顶陷入褥垫层中，CFG桩和桩间土在褥垫层的调节作用下共同承载上部荷载。此时整体结构达到相对稳定状态，随着后期荷载的继续增加，褥垫层的调节作用大打折扣，当上部荷载加大到一定程度时，荷载主要由CFG桩来承担，CFG桩在摩擦阻力的作用下将载荷施加的压力传给深部地层，上部荷载继续增加时，桩的承受力发挥到极限，桩头破碎，桩身下沉[2]。

2、 CFG桩布设要求

2.1 桩体形式选择

建筑桩分为刚性桩和柔性桩，桩的刚柔特点主要与桩的土模量比和长细比有关，《复合地基技术规范》中用K值表示桩土相对刚度，K可用下式表示：

（见《复合地基技术规范》2.1.4公式（1））

其中EP表示状体压缩模量，单位MPa；GS表示桩间土剪切模量，单位MPa；r为桩体半径，单位m；l为桩体长度，单位m。当K＞1时，桩为刚性，K＜1时，桩为柔性，CFG桩属于刚性桩范畴[3]。复合地基的选用需遵循以下原则：

A.针对不同的具体施工工程，秉持因地制宜原则，结合实际施工环境、地质条件、工程类型、使用要求，综合分析后合理选用地方材料，选择合适的地基形式。

B.若桩体设置过程，桩间土强度可以得到较大的提高，桩间土可以振密挤密，则可以选用散体材料桩复合地基。针对饱和软黏土地基，若利用散体材料桩加固复合地基，将无法提高桩的承载力，严重时导致工后沉降。

C.针对深厚软土地基，可以适当将桩体加长，以减小复合地基的沉降量和土层的压缩量，或者利用刚度较大的桩体制成复合地基，也可采用长—短桩形成复合地基[4]。

2.2 复合地基承载力计算

为了明确桩体实际竖向抗压承载力与自由单桩竖向抗压承载力的关系，用kp表示两者之间的差异，kp与实际施工工艺、复合地基的置换率、桩体类型等有关，一般情况下取kp=1.0，用ks表示复合地基桩间土地基实际承载力与天然地基承载力之间的差异，ks一般大于1.0。

针对单根桩分担的地基处理面积，可用de表示等效圆直径，则具体计算方法如下：

若实际工程中三角形布桩，de=1.05s，实际工程中正方形布桩，de=1.13s，实际工程中矩形布桩，，其中s表示桩间距，s1表示纵向间距，s2表示横向间距。

2.3 复合地基的沉降计算

若复合地基加固区下卧土层的压缩量较大，将导致复合地基出现沉降。当加固区下卧土层存在压缩量时，下卧层顶部的附加压力较难计算，必须根基不同的材料桩选择不同的计算方式。针对散体材料桩宜选用压力扩散法计算，如图1。

结合公式N=LBp0及公式计算附加压力；针对刚性桩复合地基宜选用等效实体法计算，如图2。

式中pz=表示利用荷载效应标准组合时，下卧层顶面的附加压力，单位kPa；L表示矩形基础底边的长度，单位m；B表示矩形或条形基础的底边宽度，单位m；p0表示复合地基加固区顶部的附加压力，单位kPa；h表示复合地基加固部分的深度，单位m；a0表示基础长度方向桩的外包尺寸，单位m；b0表示基础宽度方向桩的外包尺寸，单位m；θ表示压力扩散角，单位（°）；f表示复合地基加固区桩侧摩擦力，单位N。

3、 CFG桩施工中的质量控制要点

在混合料配置中，应严格遵循设计标准，控制混合料的坍落度和搅拌机的搅拌速度，振动沉管灌注成桩的坍落度在30-50mm，管内泵压混合料成桩施工的坍落度在160-200mm，振动沉管灌注成桩后桩顶的浮浆厚度在200mm以下。

若是长螺旋钻孔，掌握提拔钻杆的时间，在钻至设计深度后，混合料的泵送量与拔管速率配合，保证管内有一定量的混合料。施工中遇到混合泵送量或饱和粉土层时，不得停泵待料，按均匀线速度控制拔管速度，一般情况下将拔管速度控制在1.2-1.5m/min，若遇到淤泥情况，应适当将速度减慢，桩顶标高至少超出设计标高的0.5m。

复合地基的基坑可采用人机联合开挖，按照相关资料预留开挖厚度，桩间土不宜扰动。采用静力压实法铺设褥垫层，若基础底面下的桩间土含水量较小，也可采用动力压实法施工，褥垫夯实后的厚度应小于虚铺厚度。在施工结束14-28天对复合地基进行检测，保证桩体强度满足载荷试验的相关参数。

复合地基承载力应用单桩复合地基的载荷试验进行确定，试验数量不少于3个试验点，进行低应变动力检测桩身结构的完整性。施工过程中允许桩径偏差20mm一下，垂直度偏差控制在1%以内，桩位偏差控制在0.5倍桩径以内。针对条形基础，垂直于轴线方向的桩位偏差在0.25倍桩径内，顺轴线方向允许偏差在0.3倍桩径以内。