水泥粉煤灰碎石樁

孫樂娟

【摘 要】介紹了水泥粉煤灰碎石樁的材料、特點，說明了其適用范圍、工程特性、及加固機理，闡述了設(shè)計要點和施工方法。

【關(guān)鍵詞】水泥粉煤灰碎石樁；復(fù)合地基；加固機理；施工；設(shè)計

一、水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基概述：

1、水泥粉煤灰碎石樁（簡稱CFG 樁）是在碎石樁的基礎(chǔ)上摻入適量的石屑、粉煤灰和中粗砂加少量水泥，加水拌合后制成具有一定強度在地基中形成的樁體。CFG樁的樁間土和設(shè)置在基礎(chǔ)與樁土表面之間的一層散體材料褥墊層組成 CFG 樁復(fù)合地基。[1]

2、CFG混合料的物理化學性能：

（1）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煤粉爐中燃燒后，由收塵器收集的細灰（簡稱干灰）。（2）石子、石屑：CFG的骨料為碎石，摻入石屑是填充碎石的孔隙，使其級配良好，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)。（3）水泥： 用于多層建筑的CFG樁強度等級一般為C5-C15，用于高層建筑的CFG樁強度等級一般為C15-C25。

3、褥墊層的作用：

（1）保證樁、土共同承擔荷載。（2）調(diào)整樁、土荷載分擔比。（3）減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。（4）調(diào)整樁、土水平荷載的分擔。

4、CFG樁的特點：

CFG系高粘結(jié)強度樁，需在基礎(chǔ)和樁頂之間設(shè)置一定厚度的褥墊層，保證樁、土共同承擔荷載形成復(fù)合地基。

CFG樁復(fù)合地基的優(yōu)點：

（1）可以充分發(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，利用當?shù)夭牧?。因此，具有較好的經(jīng)濟效益與社會效益。（2）這種復(fù)合地基可有效提高地基承載力，減少地基沉降。（3） CFG樁同其他混凝土樁體不同，它在設(shè)計時不需配筋，施工時無需鋼筋籠制作和安裝工序，施工方便，節(jié)約時間。（4）樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作為摻加料，節(jié)約水泥用量，并且使工業(yè)廢料變廢為寶，起到資源再利用的作用。（5）使用CFG樁復(fù)合地基進行地基處理可降低造價。[3]

二、CFG樁復(fù)合地基的工程特性

1、承載力提高幅度大，可調(diào)性強。CFG樁樁長可從幾米至二十多為米，并可全樁長發(fā)揮樁的側(cè)阻力。當?shù)鼗休d力較好時，荷載又不大，可將樁長設(shè)計得短一些，荷載大時樁長可以長一些。特別是天然地基承載力較低而設(shè)計要求的承載力較高，且柔性樁難以滿足設(shè)計要求時，則CFG樁復(fù)合地基比較容易實現(xiàn)。

2、適用范圍廣。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基具有承載力提高幅度大，地基變形小等特點，具有較大適用范圍。對基礎(chǔ)型式而言，可適用于獨立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，也可適用于筏基和箱形基礎(chǔ)。就土性而言，適用于處理粘土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基。既可用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土。對淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗或通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。[2]

3、樁體的排水作用。樁的施工工藝中比較常用的是長螺旋鉆孔灌注成樁及振動沉管灌注成樁。振動沉管灌注成樁工藝在飽和粉土和砂土中施工時，由于成樁的振動作用，會使土體內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力，剛剛施工完的樁是一個良好的排水管道，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到樁體結(jié)硬為止。這樣的排水過程可延續(xù)幾個小時。這種排水作用對減少因孔壓消散太慢而引起的地面隆起和增加樁間土的密實度大為有利。

4、剛性樁的性狀明顯。CFG樁像剛性樁一樣，可全樁長發(fā)揮側(cè)阻，樁落在好的土層上時，具有明顯的端承作用。對于上部軟下部硬的地質(zhì)條件，碎石樁將荷載向深層傳遞非常困難。而CFG樁因為具有剛性樁的性狀，向深層土傳遞荷載是其重要的工程特性。

5、時間效應(yīng)。利用振動沉管機施工，將會對周圍的土產(chǎn)生擾動，特別是對靈明度較高的土，會使結(jié)構(gòu)破壞、強度降低。施工結(jié)束后，隨著恢復(fù)期的增長，結(jié)構(gòu)強度會有所恢復(fù)。

三、CFG 樁復(fù)合地基的作用原理

當基礎(chǔ)承受豎向荷載作用時，樁與樁間土都要發(fā)生沉降變形，由于樁的模量遠大于樁間土的模量，且會產(chǎn)生荷載逐漸向樁頂集中現(xiàn)象。基礎(chǔ)下設(shè)置了褥墊層，樁可以向上刺入，樁頂上的墊層材料在受壓的同時會擠向周圍樁間土，以保證在任一荷載下樁與樁間土始終參與工作，且CFG樁樁體強度可調(diào)，可避免散體材料樁及低強度材料樁由于樁身材料強度的限制而使荷載傳遞深度有限的缺點，可以大幅度提高地基的承載力。[1]

四、CFG設(shè)計

1、CFG樁構(gòu)造要求：

（1）樁徑：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，即地基承載力大小要求，振動沉管機的管徑大小而定，一般為350-400mm。

（2）樁距：根據(jù)設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力、土質(zhì)、布樁形式、場地情況等按表1選用。

（3）樁長：根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況和需要擠密加固的深度而定，一般為6-12m。

（4）褥墊層厚度：一般取10-30cm，當樁徑和樁間距過大時并考慮土性，可適當加大，褥墊層材料為中砂、粗砂、級配砂石等。

2、CFG樁的平面布置

CFG樁的平面布置可根據(jù)上部基礎(chǔ)的形式布置成等邊三角形或方形?？芍辉诨A(chǔ)范圍內(nèi)布置，樁距應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力、土性、施工工藝等確定，宜取3-5倍樁徑，對于單、雙排布樁的條形基礎(chǔ)，面積不大，樁數(shù)不多的獨立基礎(chǔ)，樁距可適當小些，滿堂布樁，面積大的筏基、箱基樁距可適當放大。

3、單樁豎向承載力特征值的確定

（1）當采用單樁載荷試驗時，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2。

（2）當無單樁載荷試驗資料時，可按下式估算：

（1）

其中，為樁的周長；m、n為樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

為樁周第i層土的側(cè)阻力，樁端端阻力特征值；為第i層土的厚度。

（3）樁體試塊樁壓強度平均值應(yīng)滿足下式要求：

（2）

4、CFG樁復(fù)合地基承載力特征值的確定

水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，初步設(shè)計時可按下式估算：

（3）

其中，為復(fù)合地基承載力特征值；為面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值；為樁的截面積；為樁間土承載力折減系數(shù)，可取0.75--0.95；為處理后樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值。

在進行地基設(shè)計時，可先假定樁徑d及樁距s，由求出置換率。等邊三角形布樁，正方形布樁，矩形布樁，S，S1，S2分別為樁間距，縱向間距和橫向間距，然后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對復(fù)合地基承載力的要求，將，，代入（3）式得Ra，然后將Ra代入（1）式可求出樁長，同時將Ra代入（2）式可求出樁體混合料無側(cè)限抗壓強度的平均值。也可以先根據(jù)土質(zhì)條件確定樁長，然后根據(jù)（2）式求出Ra，再將設(shè)計需要的及已求出的Ra代入（3）式求出面積置換率，最后由定樁距。

5、CFG樁復(fù)合地基的變形計算[4]

一般情況下CFG樁復(fù)合地基沉降有3部分組成：加固深度范圍內(nèi)的壓縮變形，下臥層變形，褥墊層變形，由于數(shù)量很小，可以忽略不計。則有，即把沉降量分為加固區(qū)的沉降和下臥層的沉降，分別計算再求和。按分層總和法計算：

式中：、：加固區(qū)土、下臥層土分層數(shù)；：荷載P在下臥層第j層土產(chǎn)生的平均附加應(yīng)力；：加固區(qū)第i層土、下臥層第j層土的壓縮模量；、：加固區(qū)和下臥層第i層和第j層的分層厚度。

五、CFG樁施工

CFG樁常用的施工工藝有三種：長螺旋鉆孔灌注成樁；長螺旋孔管內(nèi)泵壓混合料成樁；振動沉管灌注成樁。

CFG樁的施工，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)場地基土的性質(zhì)、地下埋身、場地周邊是否有居民、有無對振動反應(yīng)敏感的設(shè)備等多種因素選用下列施工工藝。

參考文獻：

[1]孟祥金，劉璇，劉永強。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基的應(yīng)用。建筑管理現(xiàn)代化。2001

[2]張永新，王宗紅，周本山，朱春林，左登成。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基設(shè)計計算探討。合肥工業(yè)大學學報。2003

[3]朱江，張忠。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基的設(shè)計與應(yīng)用分析。沈陽大學學報。2002

[4]王紅霞。水泥粉煤灰碎石樁在工程中的應(yīng)用。山西建筑。2006