CN103981880A - 一种扩顶扩底cfg桩复合地基处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种扩顶扩底CFG桩复合地基处理方法，本发明包括桩体、桩帽、桩底，在桩帽和建筑物基础之间设置褥垫层，褥垫层2厚度取0.4～0.6倍桩体直径，褥垫层的宽度大于建筑物基础底面宽度400mm，桩底体积为0.5m³～1.8m³。复合地基处理方法步骤包括：计算桩体承载力、复合地基承载力、计算复合地基、桩底加固、桩体混凝土灌注、铺设褥垫层。本发明提供了桩体及复合地基的设计要求及施工方法，可以达到完全利用好桩体材料所能承受的压力。本发明能降低建筑成本又节能环保，本桩型施工速度快，噪音小，大大地降低建筑成本和工期，节约社会资源，本复合地基处理方法最大限度的发挥了桩和桩间土的作用。

Description

一种扩顶扩底CFG桩复合地基处理方法

技术领域

本发明涉及到一种扩顶扩底CFG桩复合地基处理方法，提高复合地基承载能力。

背景技术

当天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需要进行地基处理，形成人工地基，以保证建筑的安全和正常使用。复合地基作为人工地基的主要处理方法，是建筑物常采用的人工地基方法。

复合地基主要是天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料(增强体)，加固区由天然地基土体和增强体两部分组成的人工地基。在上部结构荷载用下，天然地基土体和增强体共同承担荷载的作用。形成复合地基的条件是基体和增强体在荷载的作用下，通过两者变形协调，共同分担荷载。

复合地基又分为散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。本发明所述方法为刚性桩复合地基，刚性桩复合地基桩本身的承载力较高，与天然地基共同作用后复合地基的承载力较高。其方法首先是在天然地基土体内形成刚性桩(挤土式或沉管式)，并由桩体与周围的天然地基共同承担作用。桩体起到承担荷载并将荷载传到深部地基土体的作用，周围的天然地基起到承载和保护桩体的作用，天然地基通常是我们所见的地表天然土体或出露的基岩。

目前刚性桩复合地基桩体一般为素混凝土或配结构钢筋的混凝土结构，其材料的强度和刚度很高，使桩的竖向承载能力很强。但因为桩体直径的限定，使其桩体的顶部面积小，面积置换率较低，桩土应力比较大，很容易导致桩的刺入破坏；为使桩的承载力提高，桩体的长度往往较长(单桩造价高)，端承桩要寻求好的持力层，好的持力层一般在深部土体，有的为摩擦端承桩，同样需要较长的桩长才能提高桩本身的承载力，从而使工程成本增加很多才能满足建筑物上部荷载的要求，即使最大限度的发挥了桩间土的作用，但要想提高复合地基的承载力，满足更高上部建筑荷载的需要难度很大。为了改变这一缺点，本技术领域也寻求了很多解决这个问题的办法：

专利201310470424.X提供了一种加固路堤软基的哑铃形钻孔桩复合地基结构及其施工方法，桩体有两段为大直径段，第一个大直径段从路堤下端开始向下延伸一定深度，第二个大直径段位于桩底端的硬土层中；以地平面为分界线，分界线以上桩孔内为中粗砂，分界线以下桩孔内为凝固的水泥浆或水泥砂浆。还公开了加固路堤软基的哑铃形钻孔桩复合地基结构的施工方法。

上述专利方法修建的桩体为哑铃结构，桩体直径保持不变，扩大了桩脚与桩帽面积，增加了其实际承载能力。

但该专利并没有进一步对桩体的结构要求进一步公开，并且其施工方法主要为钻孔，因为桩体的桩底部分大于桩体直径，实际上通过钻孔来施难度很大的，或者需要专用的设备才能完成，增加了工程的成本。

发明内容

为了解决以上所述不足，本发明提供了一种扩顶扩底CFG桩复合地基处理方法。

本发明的一种扩顶扩底CFG桩复合地基，包括桩体4、桩帽3、桩底5，在桩帽3和建筑物基础1(建筑物的基础，即建筑物的底板)之间设置褥垫层2，其特征在于，褥垫层2厚度取0.4～0.6倍桩体直径，褥垫层的宽度大于建筑物基础底面宽度400mm，褥垫层采用粒径小于30mm的中砂、粗砂、级配砂石和碎石铺设，其砂石比为3∶7，所述的桩底为夯实填料，夯实填料为直径50～100mm的碎砖、碎混凝土块、水泥拌合物、碎石、卵石及矿渣或其组合，桩底体积为0.5m³～1.8m³。

本发明的一种扩顶扩底CFG桩复合地基处理方法，其特征在于，其步骤包括：

1、计算桩体承载力、复合地基承载力；

2、复合地基计算： $f_{\mathrm{spk}}=\mathrm{\λm}\frac{R_a}{A_p}+\mathrm{\β}(1-m)f_{\mathrm{sk}}$

式中：f_spk为复合地基承载力；m为复合地基置换率，m＝d²/d_e ²；d为桩体平均直径(m)，d_e为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)，等边三角形布桩d_e＝1.05s，正方形布桩d_e＝1.13s，矩形布桩s、s₁、s₂分别为桩间距、纵向桩间距和横向桩间距。β为桩间土承载力发挥系数，按当地经验取值，无经验时可取0.9～1.00。

3、桩底加固：

桩体成孔后，在桩端下部填料用柱锤夯击形成桩底：从填料口填入一定数量的碎砖、碎混凝土块、水泥拌合物、碎石、卵石及矿渣，其直径为50～100mm，采用击实锤击实，每次填料要控制填料体积，总填料量控制在0.5m³～1.8m³。

填料击实后，测定三击贯入度：以锤径为355mm，质量为3500Kg的柱锤，提升击实锤高度距桩底标高6m处，连续落锤下击三次，三击后测量总贯入度，小于20cm时为合格，如贯入度大于20cm，应继续填料并击实，形成完整密实的桩底。

4、桩体混凝土灌注：

采用C25～C30混凝土灌注，塌落度控制在20～50mm内，从填料口先灌入砼，然后拔出护筒，拔管时严控垂直度，拔管速度控制在3m/min以内，拔管前调平地脚以防桩体倾斜，护筒拔出地面后，调整地脚高度将护筒管放至桩外，使用插入式振动棒进行振捣，操作时快插慢拔，振捣密实，形成桩体。

5、铺设褥垫层：

褥垫层厚度取0.4～0.6倍桩体直径，采用粒径小于30mm的中砂、粗砂、级配砂石和碎石铺设，夯填度(夯填度：压实后的厚度与虚铺厚度之比。即压实后的铺设厚度与压实前的铺设厚度之比。)小于0.9。褥垫层的宽度大于建筑物基础底面宽度400mm。

有益效果

本发明提供了桩体及复合地基的设计要求及施工方法。

桩体结构是经过科学计算，可以达到完全利用好桩体材料所能承受的压力，避免浪费。

因本发明的单个桩体承载能力增加，所以在地基处理设计时，相同条件下可加大桩间距，减少桩设计数量，同时本桩型不需要很好的持力层，因而不需要很长的桩长，即可达到常规CFG桩的承载能力，从而提高复合地基的承载力，并且桩底扩底材料采用碎砖、碎混凝土块、水泥拌合物、碎石、卵石及矿渣等建筑垃圾，既降低成本又节能环保，本桩型施工速度快，噪音小，大大地降低建筑成本和工期，节约社会资源，本复合地基处理方法最大限度的发挥了桩和桩间土的作用，从而用最小的成本达到工程的实际需要。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例：

工程所在场地地层主要由第四系全新统素填土(Q₄ ^ml)、第四系中下更新统冰水堆积粘性土层(Q₁₊₂ ^fgl)、含卵石粉质粘土(Q₁₊₂ ^fgl)及白垩系灌口组泥岩(K_2g)组成。

复合地基设计参数

(1)、桩径450mm，顶部扩大至800mm，扩大头高度不小于500mm。

(2)、1号楼桩按等边三角形布置，桩距1.7m，2号楼按桩距1.8m正方形布置。

(3)、CFG桩桩间土基本为全风化泥岩f_ak＝190kPa，E_s＝8.0Mpa，部分桩间土为强风化泥岩。

(4)、桩端持力层为强风化泥岩(fak＝300kPa，Es未提供，本次设计按经验取13Mpa)，桩端进入持力层深度不小于1.0m，根据《载体桩设计规程》，载体等效计算面积为2.2m²，设计单桩竖向承载力Ra＝1200kN。

(5)、CFG桩桩体砼强度为C25，桩底扩大头为C25干硬性砼+砖块(碎石)。

(6)、褥垫层设计厚度为300mm，采用砂石比为3∶7的碎石(或卵石)铺设，卵石的最大粒径不大于30mm，夯填度(压实后的厚度：虚铺厚度)应不大于0.9；褥垫层的宽度大于基础底面宽度400mm。

(7)、桩长：1号楼不小于3m，2号楼基底标高为-6.6m地段桩长不小于2.5m，2号楼基底标高为-7.8m地段桩长不小于2.0m，桩长根据场地地质条件和现场施工情况确定；若桩端进入中风化泥岩，则可提前终孔。

(一)、设计计算

计算桩体承载力、复合地基承载力；

1、单桩承载力计算

估算单桩承载力特征值如下：

R_a＝f_a×A_e

上述式中：

R_a为单桩竖向承载力特征值；

f_a为经深度修正后的载体桩持力层地基承载力特征值，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中5.2.4执行；

A_e为载体等效计算面积，在没有当地经验值时其值可按《载体桩设计规程》(JGJ135-2007)中的4.3.2表取值。

以强风化泥岩为主、局部采用中等风化泥岩为桩端持力层，承载力特征值300kPa，自然地坪下埋深取9.1m，三击贯入度控制为10cm，等效桩端计算面积A^e取2.3m²，桩体长1号楼按3.5m计算，2号楼按2.5m计算，经深度修正后的承载力特征值为：

f_a＝f_ak+η_dγ_m(d-0.5)＝300+1.6×19.0×(9.1一0.5)＝561.4kPa

则R_a＝561.4×2.2＝1235kN

实际设计取值

R_a＝1200kN

桩体强度验算(工程所建时间为国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011版规范之前)：

$f_{\mathrm{cu}}\≥\frac{R_a}{A_p}\×3=\frac{1200}{\mathrm{\π}\·{0.225}^2}\×3=22646\mathrm{kPa}=22.6\mathrm{MPa}$

上述式中：f_cu为桩体试块(边长150mm立方体)标准养护28d的立方体抗压强度平均值(Kpa)。A_p为桩体截面积(m²)，λ为单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值。

满足上述设计要求，单桩承载力结合现场最终试验与估算承载力共同确定(取小值)。

桩体材料选用C25混凝土。

满足设计要求，单桩承载力最终由试验确定。

2、复合地基计算

取单桩竖向承载力1200kN，桩间土多数为全风化泥岩，取fsk＝190kPa，β＝0.75，采用等边三角形布桩，桩间距取1.7m，一根桩承担的面积为2.5m²，桩径0.45m，顶部面积0.159m²，置换率m＝0.159/2.5＝0.06

$f_{\mathrm{spa}}=m\frac{R_a}{A_p}+\mathrm{\β}(1-m)f_{\mathrm{sk}}=0.06\×\frac{1200}{0.159}+0.75\×(1-0.06)\×190=587\mathrm{kPa}$

满足设计要求。取f_apk＝570kPa。

褥垫层采用砂石比为3∶7的卵石铺设，卵石的最大粒径小于30mm，夯填度(压实后的厚度：虚铺厚度)应不大于0.9；褥垫层的宽度大于基础底面宽度400mm。

(二)、施工：

(1)、定桩位及桩号。认真熟悉施工图桩距、位置、尺寸，准确无误后定位、放线。

(2)、取土成孔。利用CK-15型桩机对准桩位进行取土至设计桩长位置。

(3)、夯扩桩机到位，使其护筒垂直对准已成好的孔，调整地脚，使机身水平，机架及护筒垂直，并测定垂直度，严禁机架及护筒偏斜。

(4)、填料夯扩击实，启动主卷扬机，拉紧左操作柄，将击实锤提至护筒填料口以上，先从填料口填入一定数量的砖块和干硬性混凝土，落锤击实。填料量根据桩端土层情况调整，不宜小于0.5m³，也不宜大于1.8m³，夯填时，应提高击实锤使料挤出护筒，使锤底低于护筒5～10cm处。三击贯入度的测定：起落击实锤击三次空击，提升击实锤高度距桩底标高6.0米处，落锤下击三次，三击后测量总贯入度不大于20cm(±2cm)时为合格，如贯入度大于20cm(±2cm)时，应继续填充料。

(5)、砼灌注

①砼原材料要求：本工程采用C25混凝土，塌落度控制在20～50mm内。

②砼灌注：从填料口先灌入砼至设计标高，然后拔出护筒，拔管时应严控垂直度，拔管速度应控制在3m/min以内，拔管前应调平地脚以防桩体倾斜，严禁快速拔起，造成桩体缩径现象等。护筒拔出地面后，调整地脚高度将护筒管放至桩外，使用插入式振动棒进行振捣。操作时应快插慢拔，必须振捣密实。

(6)质量控制指标

垂直度偏差：≤1％

桩长偏差：≤+200mm

桩帽标高偏差：±20mm

充盈系数≥1.0

原材料应有合格证书并经复检合格方可使用。

桩体强度为C25，以28d试块抗压强度判定。

成孔和夯填料时应注意桩间土的保护。

施工时宜采取以下措施保证桩体完整性。

①采用跳打顺序施工。

②采用取土方式成孔。

③桩体进行配筋，主筋6φ10，箍筋φ6.5300。

④进行桩帽上浮量监测。

Claims (2)

1.一种扩顶扩底CFG桩复合地基，包括桩体(4)、桩帽(3)、桩底(5)，在桩帽(3)和建筑物基础(1)之间设置褥垫层(2)，其特征在于，褥垫层(2)厚度取0.4～0.6倍桩体直径，褥垫层(2)的宽度大于建筑物基础(1)底面宽度400mm，褥垫层(2)采用粒径小于30mm的中砂、粗砂、级配砂石和碎石铺设，其砂石比为3∶7，所述的桩底(5)为夯实填料，夯实填料为直径50～100mm的碎砖、碎混凝土块、水泥拌合物、碎石、卵石及矿渣或其组合，桩底(5)体积为0.5m³～1.8m³。

2.一种扩顶扩底CFG桩复合地基处理方法，其特征在于，其步骤包括：

2.1、计算桩体承载力、复合地基承载力；

2.2、复合地基计算： $f_{\mathrm{spk}}=\mathrm{\λm}\frac{R_a}{A_p}+\mathrm{\β}(1-m)f_{\mathrm{sk}}$

式中：f_spk为复合地基承载力；m为复合地基置换率，m＝d²/d_e ²；d为桩体平均直径(m)，d_e为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)，等边三角形布桩d_e＝1.05s，正方形布桩d_e＝1.13s，矩形布桩s、s₁、s₂分别为桩间距、纵向桩间距和横向桩间距；β为桩间土承载力发挥系数，按当地经验取值，无经验时可取0.9～1.00；

2.3、桩底加固：

桩体成孔后，在桩端下部填料用柱锤夯击形成桩底：从填料口填入一定数量的碎砖、碎混凝土块、水泥拌合物、碎石、卵石及矿渣，其直径为50～100mm，采用击实锤击实，每次填料要控制填料体积，总填料量控制在0.5m³～1.8m³；

填料击实后，测定三击贯入度：以锤径为355mm，质量为3500Kg的柱锤，提升击实锤高度距桩底标高6m处，连续落锤下击三次，三击后测量总贯入度，小于20cm时为合格，如贯入度大于20cm，应继续填料并击实，形成完整密实的桩底；

2.4、桩体混凝土灌注：

采用C25～C30混凝土灌注，塌落度控制在20～50mm内，从填料口先灌入砼，然后拔出护筒，拔管时严控垂直度，拔管速度控制在3m/min以内，拔管前调平地脚以防桩体倾斜，护筒拔出地面后，调整地脚高度将护筒管放至桩外，使用插入式振动棒进行振捣，操作时快插慢拔，振捣密实，形成桩体；

2.5、铺设褥垫层：

褥垫层厚度取0.4～0.6倍桩体直径，采用粒径小于30mm的中砂、粗砂、级配砂石和碎石铺设，夯填度小于0.9褥垫层的宽度大于建筑物基础底面宽度400mm。