冲夯CFG桩复合地基技术规定Word文件下载.docx
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考虑到施工的基本工艺、使用的地质条件等因素,冲夯CFG桩的性状,采用林宗元主编的《岩土工程治理手册》CFG桩的性状为柔性桩。
并在本标准中按柔性桩制订相关的设计、标准、要求。
本标准与JGJ79-2002中定性CFG桩为刚性桩有原则区别。
四川地区在一些CFG桩地基处理设计中,桩身混凝土强度等级设计为≥C10,按这样要求施工的冲夯CFG桩,其桩的性状实际为刚性桩,这种情况是不符合本标准要求的。
冲夯CFG桩适用于可塑-硬塑状粘性土、粉土、砂质土、碎石土的地基处理工作。
对于素填土、淤泥质土、流-软塑状粘性土应按地区经验或经试验确定其有效性后使用。
冲夯CFG桩用于可塑-硬塑状粘性土、粉土、砂质土、碎石土的地基处理工作,已被证明是完全可行的方法。
冲夯CFG桩用于素填土、淤泥质土、流-软塑状粘性土的地基处理却屡屡发生工程事故。
究其原因、主要与此种土质中采用冲夯CFG桩时成桩的质量与土中水的应力消散、时滞效应等有关。
故本标准特别规定在此类地层中使用冲夯CFG桩进行地基处理,按地区经验或经试验确定其有效性后使用。
四川地区地基土在许多地区为大块碎石土,这与地基基础处理规范中,CFG桩进行地基处理适用于“碎石土”的规定是不完全一致的。
事实上、在四川地区大块碎石土地层中,是不宜采用CFG桩进行地基处理工作的。
1.3.1条规定见1.1条解释。
1.3.5、1.3.6条规定,是因为按我国最新混凝土分类,干硬性混凝土标准有所变化。
所列为最新标准。
1.4.1采用冲夯进行CFG桩施工,应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层;
采用冲夯进行CFG桩施工,因其为柔性桩、一般情况下,其破坏模式为鼓胀性破坏。
桩端持力层是否存在
承载力相对较高的土层,并不起决定性作用。
但是,工程实际经验表明,桩端是否存在承载力相对较高的土层,往往对建筑物沉降起着决定性作用。
复合地基承载力达到设计要求,但沉降不能满足要求,往往是因桩端是否存在承载力相对较高的土层所造成。
故采用冲夯法进行CFG桩施工,应尽可能选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。
1.4.2采用冲夯进行CFG桩施工,其桩长一般不宜超过10.00m。
本规定是针对采用CK-15型施工设备所规定的。
1.4.3采用冲夯进行CFG桩施工,其成桩使用的混凝土一般应为干硬性混凝土。
混凝土强度等级<C10;
采用冲夯进行CFG桩施工,其成桩使用的混凝土一般应为干硬性混凝土。
规定混凝土强度等级为<C10,是因为国内通常认为当桩身混凝土强度等级<C10为柔性桩。
而桩身混凝土强度等级≥C10为刚性桩。
柔性桩、刚性桩工作机理是完全不同的。
规定混凝土强度等级为<C10,还因为冲夯法CFG桩进行地基处理时,有时施工现场不允许使用地基处理设计所规定的强度等级混凝土。
但改变设计规定的混凝土强度等级,在地基处理工作中往往意味着整个地基处理工作改变性质。
在冲夯法CFG桩中可能桩由柔性桩变为刚性桩。
原设计是否可行就应重新考虑。
这一点往往被人们所忽略,故作此规定。
1.4.4冲夯CFG桩进行地基处理,应由专门检测机构采用复合地基静力载荷试验进行检测
《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002中规定CFG桩的质量检测,除采用复合地基静力载荷试验进行检测外,还应进行一定数量的低应变检测。
本标准则只规定采用复合地基静力载荷试验进行检测。
这是因为冲夯CFG桩为柔性桩,使用低应变检测不能正确反应桩的实际质量。
1.4.7当粉煤灰缺乏,使用冲夯法密实由水泥、砂、卵石(碎石)、水拌合灌注的混凝土,形成的具有一定粘结强度的素混凝土桩。
这类方法亦为冲夯CFG桩地基处理;
CFG桩本为水泥、粉煤灰、碎石桩的简称。
从严格意义上说三者缺一,都不能称为CFG桩。
但混凝土中使用粉煤灰的根本作用是替代水泥用量,它对混凝土强度不起决定性影响。
只要混凝土具有的粘结强度达到设计要求,就不会影响桩的承载力。
因混凝土不含粉煤灰,故此时的CFG桩应为素混凝土桩。
混凝土不含粉煤灰时,其配合比中粉煤灰的含量决不能用砂来代替。
此时素混凝土的配合比必须重新确定。
1.4.4冲夯法CFG桩地基处理,应由专门检测机构采用单桩复合地基静力载荷试验进行检测;
1.4.5施工中应注意观察地层变化、施工异常等情况,进行记录,并制订相应措施;
1.4.6选择冲夯CFG桩法进行地基处理,一般应在干作业条件下进行。
当地下水位高于处理范围时,应在采取降水、截水或其它有效的施工措施后,才可进行该法的地基处理施工;
这类方法亦属冲夯法CFG桩地基处理;
1.4.8选择冲夯法进行CFG桩地基处理,施工前应在现场进行试验性工作。
并确认该方法对于本场地的适用性和施工工艺参数;
2.1.2冲夯CFG桩桩长不得小于4倍设计桩径;
冲夯CFG桩既为桩,就必须满足一定的长径比。
本标准参照四川建筑第22卷第2期《成都地区人工挖孔
大直径灌注桩墩设计探讨》一文意见,规定桩长为4倍设计桩径。
2.1.4冲夯CFG桩桩径一般为300-600mm。
冲夯CFG桩设计桩径为平均桩径;
其桩径偏差为-20mm;
冲夯CFG桩桩径往往为机械设备能力所决定,一般为300-600mm。
冲夯CFG桩桩径还应视不同性质地层而定。
在同一性质地层中,因土的不同物性指标,桩径也有差异。
因此冲夯CFG桩设计桩径为平均桩径;
但最大与最小桩径的差别不能过于悬殊。
桩径的偏差只允许个别断面为-20mm,而不能各个部位的桩径均为-20mm;
2.1.5冲夯CFG桩设计桩距,应根据计算的最小置换率结合基础的实际尺寸进行计算。
桩间距宜为3-5倍桩径;
冲夯CFG桩设计中都是按单桩承载力进行设计计算。
若实际布桩时桩间距小于3--5倍桩径,则为群桩。
而群桩中的单桩承载力小于单桩承载力。
故实际布桩时除应满足最小置换率外,还必须满足3--5倍桩径的规定。
但因实际布桩时,实际条件的限制,本标准规定宜为3--5倍桩径。
实际执行时,不宜小于3倍桩径。
2.2.1冲夯CFG桩设计应按下列程序进行:
⑵计算单桩竖向承载力特征值Ra:
②当无单桩载荷试验资料时,可按2.1.1式计算单桩竖向承载力特征值;
n
Ra=up∑qsili+qpAp2.1.1
i=1
③按2.1.1式计算的单桩竖向承载力特征值,尚应满足2.1.2式计算所得单桩竖向承载力特征值。
Ra=ηfcuAp2.1.2
设计中应取以上两式所得的小值为计算的单桩竖向承载力特征值;
2.1.2此式与2.1.1同是单桩竖向承载力的计算式。
其实质是单桩截面强度承载力。
因此、设计中应取以上两式所得的小值为计算的单桩竖向承载力特征值,实际是按2.1.1式计算所得承载力任何时候必须小于2.1.2式计算所得承载力。
⑶计算最小置换率m0:
m0=(fSPK1-βfSK)/(Ra/Ap-βfSK)2.1.3
2.1.3式是由复合地基承载力计算式变换而来的计算式。
按此式计算所得的置换率是满足设计复
合地基承载力要求的最小置换率。
⑷计算实际置换率m:
根据基础实际形式、尺寸布置CFG桩,确定实际桩距,计算实际置换率m。
实际置换率在任何情况下不
得小于最小置换率(即m﹥m0))。
m=FU/B·
L2.1.4
FU:
:
单桩影响面积(m2);
B:
基础宽度(m);
L:
基础长度(m);
根据基础实际形式、尺寸布置CFG桩时,布置结果往往与理论计算值有相当大的差距。
故规定实际置换
率在任何情况下不得小于最小置换率(m﹥m0))。
⑸计算复合地基承载力特征值fSPK:
依实际置换率计算复合地基承载力特征值。
fSPK=mRa/Ap+β(1-m)fSK2.1.5
根据基础实际形式、尺寸布置CFG桩时,实际置换率往往与理论计算值有相当大的差距。
故根据实际置换率计算的复合地基承载力与理论计算的复合地基承载力亦有相当大的差距。
故必须进行复合地基承载力的复核。
⑹计算复合地基土压缩模量ESPK:
ESPK=ζES2.1.6
ζ=fSPK/fSK2.1.7
ESPK:
复合地基土压缩模量(MPa);
ES:
桩间土压缩模量(MPa);
复合地基土的压缩模量应采用根据实际置换率计算的复合地基承载力进行计算。
⑺复合地基褥垫层
褥垫层厚度设计方法,至今无统一规定。
JGJ79-2002规定褥垫层厚度为150-300mm,其中300mm是许多工程的研究结果.当褥垫层厚度为150mm时,桩对基础底面的应力为5;
当褥垫层厚度为300mm时,桩对基础底面的应力为1.23;
此时桩对基础底面的应力集中已经很小.故作为褥垫层其厚度不宜超过300mm.超过300mm时,褥垫层应视为一天然地基土层.
有文献报道,褥垫层厚度设计可采用ΔH=ηaSao计算.式中ηa由材料级配和压实系数确定,一般为25°
--
5°
;
Sao为两桩之间的净距.实际工作中可为参考;
本标准参照《西南岩土》总第98期“褥垫层在CFG桩复合地基中机理的探讨”意见,采用《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002有关规定。
2.2.2冲夯CFG桩复合地基设计审查:
⑴设计基本资料
CFG桩复合地基进行设计时所需的设计基本资料、基本程序、设计内容、审查内容等,各个规范都没有做统一规定,对实际布桩的合理性没有要求,设计往往只进行理论计算而不对实际设计情况进行校核,凡此种种、不利于设计、审查工作的标准化,故本标准规定了上述内容。
2.3短螺旋CFG桩复合地基设计
短螺旋CFG桩复合地基设计同于冲夯CFG桩设计。
短螺旋CFG桩复合地基与冲夯CFG桩复合地基的主要区别在于其成孔方法。
故作此规定。
夯扩载体CFG桩目前是由上部CFG桩与下部碎石桩两部分所组成的一种实散体组合桩型。
就其破坏形式而论,上部CFG桩属柔性破坏,而下部碎石桩属散粒体桩破坏。
因整体桩破坏主要为下部碎石桩破坏所决定。
故整体桩的承载力也由下部碎石桩承载力所决定。
夯扩载体CFG桩复合地基设计亦可参考《复合载体夯扩桩设计规程》JGJ/T135-2001进行。
2.4.1夯扩载体部分承载力设计:
夯扩载体CFG桩的夯扩载体系散体桩,其承载力可采用Brauns法进行计算:
ƒPK=20.75Cu/K2.4.1
式中ƒPK:
夯扩载体承载力(kPa);
Cu:
桩间土不排水抗剪强度;
K:
安全系数(1~3);
夯扩载体CFG桩的夯扩载体部分系散体桩,其单桩承载力计算方法有许多。
国内许多学者提出其极限承载力为ƒPK=20Cu、ƒPK=20αCu;
由侧向极限应力法得ƒPK=20αCuKp、ƒPK=(14-15)Cu;
由园筒扩张法得ƒPK=4CuKp、ƒPK=16.8Cu;
由Hughes-Withers法得ƒPK=6CuKp、ƒPK=25.2Cu;
Bell得ƒPK=2CuKp、ƒPK=8.4Cu;
由于夯扩载体系对桩端夯实、桩侧挤密从而实质上改变土体性质,提高其端阻力、侧阻力.夯扩载体又处于桩端侧限条件下工作,其破坏主要由桩周土体的抗剪强度所决定,故本标准采用各方法中计算值较大的Braus法进行其承载力计算。
2.4.2CFG桩体部分承载力设计:
CFG桩体承载力可采用2.4.2式计算:
Rak=up∑qsili2.4.2
2.4.3夯扩载体CFG桩复合地基承载力设计:
夯扩载体CFG桩复合地基承载力可按2.4.3式计算:
Ra=Rak+ƒPKAp2.4.3
夯扩载体CFG桩体的承载力,不仅取决于其侧摩阻力,更决定于载体的承载力。
当载体破坏时,CFG桩体的承载力必然无法保证。
所以、2.4.3公式中的qp实际由2.4.1中ƒPK所决定。
⒊1.2施工条件准备:
⑵试验性成孔应不小于3个,以复核地质资料以及设备、工艺适宜性,核定选用的技术参数;
各种CFG桩正式施工前,一般均应进行试桩工作,以复核地质资料以及设备、工艺适宜性,核定选用的技术参数。
这是因为勘察资料毕竟是以点带面的工作,而地基处理工作是与勘察资料准确程度密切相关的工作。
在设计工作后,在施工现场进行实地验证是完全必要的。
其数量应不小于3个。
⑸冲夯法、夯扩载体法施工一般宜在基坑开挖后进行;
短螺旋法施工一般宜在基坑开挖前进行;
该规定是因机械设备不同而异的。
3.2.1水泥
CFG桩施工、原则上国产各种水泥均适用。
但施工中应按有关规定进行相关检验。
特殊情况下应注意水泥与外加剂的适应性问题。
3.2.2骨料
⑴粗骨料:
①配制混凝土的碎石或卵石应符合颗粒级配范围要求(见表1)。
混凝土强度等级小于C10时,碎石或卵石中针、片状颗粒含量宜≤25%。
在混凝土强度较低时,混凝土中的粗骨料对于承载力起着决定性作用。
而粗骨料的级配又对于粗骨料承载力起着决定性作用。
在采用冲夯成桩时,粗骨料中的针、片状颗粒含量对于成桩后的混凝土密实度有非常大的影响。
②碎石或卵石的泥块含量:
当混凝土强度等级≤C10时,泥块含量<2%;
一般混凝土材料要求粗骨料的含泥量主要是针对粒径<0.075㎜的微粒而定。
这是因为粗骨料的含泥量过高直接影响混凝土的强度。
但地基处理工作中,相对粗骨料的微粒含量而言,更应重视其泥块含量的影响。
当粗骨料中泥块的含量过高,不仅影响其强度,更直接影响桩的质量和承载力。
故本规定特别对其要求。
⑵细骨料
见粗骨料。
3.3.2.1冲夯CFG桩成孔
⑴冲夯CFG桩成孔在基坑开挖前、后均可进行;
在基坑(槽)开挖后进行时,其开挖范围应能满足施工操作面需要;
⑵采用冲击取土器进行成孔,取土器一次取土高度不宜超过600mm;
取土器直径一般为280mm;
因设备条件而异。
⑷
取土器提升高度,一般不宜超过2000mm;
冲击高度过高宜发生事故,且无意义。
⑸地下水水位以下的粘性土、粉土、砂质土地层,当地下水对施工不造成重大影响时,可采用套管护孔的
方式进行。
并可同时采用向孔中投入生石灰、干粘土等措施;
当水量较大对施工造成重大影响时,应采用必要的降水措施后,再进行冲夯法CFG桩施工;
地下水是造成地基处理工作失败的主要原因。
除上述办法外还可采用其它有效方法。
⑹成孔至设计标高后,应采用有效措施清除孔底残留土体。
残留土体高度应<50mm;
孔底残留土体过多,往往是造成复合地基承载力与变形,不能满足设计要求的主要原因之一。
⑺取土器取土至设计标高后,可采用向孔底投放级配碎(卵)石后,夯扩孔底形成局部小型碎石载体,
以提高CFG桩桩端承载力。
碎石载体高度一般为一倍桩径;
向孔底投石的目的是造成桩端局部加强,以提高桩端处的承载力。
但其高度应予以限制,不可过高。
3.3.2.2冲夯CFG桩成桩
⑷夯击重锤每次冲击高度为3000mm;
当锤重度、冲击高度如上确定后,其冲击能为235.2kN·
m.由于在孔中进行,还应乘以折减系数.以上规定为最小控制标准。
⑸混凝土每次投料后夯击次数不得少于4次;
以上3条规定是为了保证最低密实度而定。
⑹混凝土每次投料高度应视地层变化而定。
软塑粘土类地层为<900mm;
可塑粘土类地层为<800mm;
硬塑粘土类地层为<600mm;
混凝土每次投料高度由夯实影响深度决定.影响深度可按公式H=α√wh/10计算(α=0.5).
3.4.2.1短螺旋CFG桩成孔
⑵短螺旋成孔采用短螺旋钻杆、钻头进行,短螺旋成孔深度一般宜<10.0m;
⑶短螺旋成孔直径一般为300mm;
⑻短螺旋成孔至桩底设计标高后,必须采用有效措施清除孔底残留土体。
孔底残留土体高度不应大于50
mm;
短螺旋法施工,孔底残留土体对最终地基处理效果影响很大,所以规定必须采用有效措施清除。
⑼短螺旋成孔至桩底设计标高后,必须采取有效措施对孔底松土进行处理。
避免孔底松土影响桩的
承载力。
可采用向孔底投级配碎(卵)石后,夯扩孔底形成局部小型碎石载体,提高CFG桩桩端承载力。
夯扩碎石载体高度一般为1倍桩径;
由于短螺旋法本身施工工艺特点所决定,成孔后桩底地层一般均有松土存在,影响成桩后的承载力。
故特别规定,短螺旋成孔至桩底设计标高后,必须采取有效措施对孔底松土进行处理。
避免孔底松土影响桩的承载力。
短螺旋法施工,孔底残留土体与孔底松土有时极难区别,但它们对桩的影响基本相同。
3.4.2.2短螺旋法CFG桩成桩
短螺旋成桩采用冲夯法CFG桩冲夯成桩工艺时,按本标准3.3.2.2条执行;
短螺旋成桩通常有两种施工方法,本标准规定当采用冲夯法进行成桩时,按本标准3.3.2.2条执行;
3.6冲夯CFG桩复合地基桩头与褥垫层
⑵接桩
①桩头剔至设计桩顶标高以下时,必须采取补救措施。
如断裂面距桩顶标高不深,可接桩至设计标高,同时保护好桩间土不受扰动。
方法如图4。
采用接桩措施只限于个别桩头未达到设计标高情况。
桩头未达到设计标高,采用接桩方法,只限于个别情
况。
在独立基础等基础下存在数量众多桩的桩头未达到设计标高时,不允许简单的采用接桩方法。
否则、无法保证地基处理效果。
必须采取经地基处理设计方确认的有效方法进行处理。
桩头未达到设计标高,
4.
质量标准
本标准特别明确冲夯CFG桩,不要求桩身完整性检测的规定。
5.质量控制要点:
⑺施工前,根据地质条件合理确定打桩顺序,尽可能避免相互影响;
施工过程中,应观测新打桩对已打桩的影响,当发现桩断裂并脱开时,必须对工程桩逐桩静压,静压时间一般为3min。
静压荷载以保证使断桩接起来为准;
此规定仅适用于冲夯法。
⑻每根桩的投料量不得少于理论容积;
以此校核桩几何尺寸。
⑽施工中,应对钻松的桩端持力层进行夯实,确保桩端土的力学指标;
短螺旋施工时,因钻头对桩端持力层有破坏作用,形成桩端松土现象,致使桩端土的力学指标达不到设计
值,这往往是该方法失败的主要原因。
⑶控制夯扩载体桩载体桩顶高度;
控制夯扩载体桩载体桩顶高度;
其高度不能高于地基处理设计的高度,否则影响桩的性质。
5.4褥垫层
⑴褥垫层厚度(ΔH)一般为15~30cm,由设计确定
施工时虚铺厚度h:
h=ΔH/λ
其中λ为夯填度,一般取0.87~0.90
以前检验褥垫层的施工质量指标为压是系数,现按GB50205规定为夯填度。
7.成品保护
7.2保护土层和桩头清除至设计标高后,应尽快进行褥垫层的施工,以防桩间土被扰动。
7.3各种冲夯法CFG桩复合地基施工完成后,均应立即进行基础施工工作,严禁复合地基长时间暴露、水浸、扰动;
当保护土层和桩头清除至设计标高后,不尽快进行褥垫层、基础施工工作,复合地基长时间暴露、水浸、扰动,会因各种外界条件的改变而影响地基处理效果。
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