CN109267568A - 一种cfg桩复合地基结构及施工方法 - Google Patents

一种cfg桩复合地基结构及施工方法 Download PDF

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张敏静
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肖朝乾
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Abstract

一种CFG桩复合地基结构，以有效降低复合地基造价，提高施工效率，克服传统CFG桩帽施工困难的技术难题。包括纵向、横向间隔布设于地基内的CFG桩。还包括埋设于地基表面下的预制框架格梁，预制框架格梁由纵向间隔设置的横梁和横向间隔设置的纵梁构成，横梁、纵梁于交汇部位连接为一体且形成连接节点；所述CFG桩的桩体位于各连接节点下方，且通过其桩顶的连接结构和连接构件与预制框架格梁形成连接。

Description

一种CFG桩复合地基结构及施工方法
技术领域
本发明涉及岩土工程，特别涉及一种CFG桩复合地基结构及施工方法。
背景技术
CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和成混合料，用各种成桩机械制成的具有一定强度的可变强度桩。CFG桩在地基加固中应用十分广泛，CFG桩桩体直径通常较小，一般不大于0.5m，且桩身由碎石、石屑、粉煤灰掺水泥加水拌和而成，其工程投资较低，故在地基加固中大量使用，规模巨大。
为有效提高CFG桩在复合地基中的桩土应力比，通常在CFG桩顶设置扩大头桩帽。由于桩帽是在CFG成桩并达到设计强度后再进行施工，结果使得桩帽施工效率非常低，并且造成桩帽与下部CFG桩体之间不能形成较好的连接作用，在上部机械碾压作用下桩帽容易发生偏移，结果会造成桩帽的效果大打折扣。此外当复合地基表层地基土承载力较低时，设置桩帽的尺寸通常需要加大，从而大大增加了整个复合地基工程投资。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种CFG桩复合地基结构，以有效降低复合地基造价，提高施工效率，克服传统CFG桩帽施工困难的技术难题。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
本发明的一种CFG桩复合地基结构，包括纵向、横向间隔布设于地基内的CFG桩，其特征是：还包括埋设于地基表面下的预制框架格梁，预制框架格梁由纵向间隔设置的横梁和横向间隔设置的纵梁构成，横梁、纵梁于交汇部位连接为一体且形成连接节点；所述CFG桩的桩体位于各连接节点下方，且通过其桩顶的连接结构和连接构件与预制框架格梁形成连接。
所述连接结构是设置于CFG桩桩顶的由横向槽、纵向槽构成的十字榫槽，横向槽、纵向槽的宽度与横梁、纵梁的宽度相适配；所述连接节点处的横梁、纵梁插入该十字榫槽内。
所述连接构件为竖立设置于十字榫槽中央的连接钢筋，该连接钢筋的轴线与CFG桩的轴线相重合，且其下部与桩体固结；所述预制框架格梁于各连接节点的中央设置竖向通孔，连接钢筋的上部插入竖向通孔，且在竖向通孔的内壁与连接钢筋的外壁之间灌注水泥砂砂浆。
本发明所要解决的另一技术问题是提供上述一种CFG桩复合地基结构的施工方法。该方法包括如下步骤：
①在地基表面上进行CFG桩平面定位，CFG桩在平面上按方形布设，然后在地基表面上开挖容纳预制框架格梁的纵向施工槽、横向施工槽；
②分段进行CFG桩桩体部的施工；
③在CFG桩桩体混合料初凝之前，在其上方的纵向施工槽、横向施工槽交汇部的槽底放置桩顶成型模具，浇筑桩顶混合料并形成十字榫槽结构，脱膜后在十字榫槽中央向桩体内插入连接钢筋；
④重复步骤②至③，直至完成各分段内所有CFG桩桩体、十字榫槽和连接钢筋的施工，并达到设计强度；
⑤在纵向施工槽、横向施工槽内分段放入预制框架格梁单元，使各连接节点处的横梁、纵梁插入对应的十字榫槽内，连接钢筋插入对应的竖向通孔中；
⑥采用水泥砂浆充填竖向通孔；
⑦重复步骤⑤至⑥，直至完成所有CFG桩和预制框架格梁单元安装施工。
⑧在预制框架格梁顶部和地基表面上进行碎石垫层和上部填筑体施工。
本发明的有益效果是，通过在CFG桩顶设置框架格梁替代传统桩帽，解决了桩帽与下部CFG桩体之间不能形成较好的连接、在上部机械碾压作用下桩帽发生偏移、低承载力地基桩帽投资大、桩帽施工效率低等问题；通过在CFG桩桩顶设置十字型榫槽和预埋的连接钢筋，有效解决了框架格梁与CFG桩间的固定连接，避免了框架格梁与CFG桩间的平面偏移；框架格梁采用预制结构，其在CFG桩顶部的十字型榫槽内直接放入，并通过连接钢筋连接固定，具有施工效率高，质量易控制等特点，能大规模推广应用，且其投资低、环保。
附图说明
本说明书包括如下六幅附图：
图1是本发明一种CFG桩复合地基结构的断面图；
图2是本发明一种CFG桩复合地基结构中CFG的俯视图；
图3是本发明一种CFG桩复合地基结构中CFG桩桩体上部结构图；
图4是图1中A局部的放大图；
图5是本发明一种CFG桩复合地基结构的俯视图；
图6是本发明一种CFG桩复合地基结构中预制框架格梁单元的拼装方式示意图。
图中示出构件名称及所对应的标记：CFG桩10、连接钢筋11、纵向槽12、横向槽13、预制框架格梁20、横梁21、纵梁22、竖向通孔23、纵梁延伸段24、矩形缺口槽25、地基D。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：
参照图1，本发明的一种CFG桩复合地基结构，包括纵向、横向间隔布设于地基D内的CFG桩10，还包括埋设于地基D表面下的预制框架格梁20。参照图5，预制框架格梁20由纵向间隔设置的横梁21和横向间隔设置的纵梁22构成，横梁21、纵梁22于交汇部位连接为一体且形成连接节点。所述CFG桩10的桩体位于各连接节点下方，且通过其桩顶的连接结构和连接构件与预制框架格梁20形成连接。
参照图2和图3、图4、图5，所述连接结构是设置于CFG桩10桩顶的由横向槽13、纵向槽12构成的十字榫槽，横向槽13、纵向槽12的宽度与横梁21、纵梁22的宽度相适配。所述连接节点处的横梁21、纵梁22插入该十字榫槽内。所述连接构件为竖立设置于十字榫槽中央的连接钢筋11，该连接钢筋11的轴线与CFG桩10的轴线相重合，且其下部与桩体固结。所述预制框架格梁20于各连接节点的中央设置竖向通孔23，连接钢筋11的上部插入竖向通孔23，且在竖向通孔23的内壁与连接钢筋11的外壁之间灌注水泥砂砂浆。
参照图5和图6，所述预制框架格梁20由预制框架格梁单元纵向拼装而成，预制框架格梁单元的纵向一端具有由该侧连接节点处向外延伸的纵梁延伸段24，纵向另一端的连接节点处于横梁21上开设矩形缺口槽25，前一预制框架格梁单元的纵梁延伸段24前端插入后一架预制框架格梁单元的矩形缺口槽25内。
参照图5，为便于施工和提高施工速度，所述CFG桩10在平面上按纵向、横向等距呈正方形布设，相邻横梁21的中心距、相邻纵梁22的中心距与相邻CFG桩10的桩间距相等。所述CFG桩10的桩间距一般为1.4-2.0m，横梁21、纵梁22截面尺一般为0.3×0.3m。十字榫槽的横向槽13、纵向槽12的宽度为0.3m，深度不小于0.2m。所述连接钢筋11插入CFG桩10桩体内的深度不小于0.3m，出露段的长度不小于0.2m。
参照图1至图5，本发明通过在CFG桩10桩顶设置预制框架格梁20替代传统桩帽，有效解决了桩帽与下部CFG桩10之间不能形成较好的连接、在上部机械碾压作用下桩帽发生偏移、低承载力地基桩帽投资大、桩帽施工效率低等问题。通过在CFG桩10桩顶设置十字型榫槽和预埋的连接钢筋11，有效解决了预制框架格梁20与CFG桩10之间的固定连接难题，避免了预制框架格梁20与CFG桩10之间的平面偏移。预制框架格梁20采用工厂化预制生产，其在CFG桩10桩顶部的十字型榫槽内直接放入，并通过连接钢筋11连接固定，具有施工效率高，质量易控制等特点，能大规模推广应用。
需要特别指出的是，框架格梁结构在传统的钻孔灌注桩中有工程应用，由于钻孔灌注桩本身为钢筋混凝土结构、桩截面较大，桩间距较大，桩体主筋与上部设置的框架格梁钢筋容易实现有效固定连接，强度也较大，另外钻孔灌注桩主要用于特殊地段，其工程投资非常高，很少大规模应用，且框架格梁为现场浇筑施工，施工效率较低。而CFG桩桩体直径通常较小，一般不大于0.5m，且桩身由碎石、石屑、粉煤灰掺水泥加水拌和而成，其工程投资较低，故在地基加固中大量使用，规模巨大，在CFG桩顶设置预制框架格梁替代桩帽，必须解决施工效率低和工程投资高的问题，这正是本发明所要解决的技术难题。
参照图1和图5，本发明的一种CFG桩复合地基结构的施工方法，包括如下步骤：
①在地基D表面上进行CFG桩10平面定位，CFG桩0在平面上按方形布设，然后在地基D表面上开挖容纳预制框架格梁20的纵向施工槽、横向施工槽；
②分段进行CFG桩10桩体部的施工；
③在CFG桩10桩体混合料初凝之前，在其上方的纵向施工槽、横向施工槽交汇部的槽底放置桩顶成型模具，浇筑桩顶混合料并形成十字榫槽结构，脱膜后在十字榫槽中央向桩体内插入连接钢筋11；
④重复步骤②至③，直至完成各分段内所有CFG桩10桩体、十字榫槽和连接钢筋11的施工，并达到设计强度；
⑤在纵向施工槽、横向施工槽内分段放入预制框架格梁单元，使各连接节点处的横梁21、纵梁22插入对应的十字榫槽内，连接钢筋11插入对应的竖向通孔23中；
⑥采用水泥砂浆充填竖向通孔23；
⑦重复步骤⑤至⑥，直至完成所有CFG桩10和预制框架格梁单元安装施工。
⑧在预制框架格梁20顶部和地基D表面上进行碎石垫层和上部填筑体施工。
实施例：
某地基加固工程，地基横向加固宽为48m，加固纵向长度3200m，CFG桩方形布置，设置间距为1.6m。原设计桩帽截面尺寸为1.0m宽、1.0m长、0.6m厚；采用框架格梁时，格梁截面尺寸为0.3m宽、0.3m厚；桩帽钢筋混凝土单价取1500元/m3、框架格梁钢筋混凝土单价取2000元/m3，人工费500元/天。
(一)工程材料费用比较
1、桩帽方案：
(1)桩帽个数：(48/1.6+1)×(3200/1.6+1)＝62031个
(2)桩帽钢筋混凝土数量：62031×(1.0×1.0×0.6)＝37218.6m3
(3)桩帽材料费用：37218.6×1500＝55827900元
2、框架格梁方案：
(1)框架格梁纵梁钢筋混凝土(拉通算)：
(48/1.6+1)×(0.3×0.3×3200)＝8929m3
(2)框架格梁横梁钢筋混凝土(截掉纵梁节点数量)：
(3200/1.6+1)×(0.3×0.3)×48-62031×(0.3×0.3)＝3061.53m3
(3)框架格梁钢筋混凝土：8929+3061.53＝11990.53m3
(4)框架格梁材料费用：11990.53×2000＝23981060元
3、框架格梁方案与桩帽方案材料费用比
1-23981060/55827900＝57.1％材料费用节省57.1％
(二)工程施工费用比较
1、桩帽方案：
桩帽效率：50个/天
施工费用：62031/50×500＝620310元
2、框架格梁方案：
工厂预制混凝土量：500方/天，机械及厂房租借1000元/天
工厂预制费用：11990.53/500×10000＝239810.6元
现场人工：10m/天
施工人工费用：3200/10*500＝160000元
施工总费用：239810.6+160000＝399810.6
3、框架格梁方案与桩帽方案施工费用比
1-399810.6/620310＝36.5％施工费用节省36.5％
综上所述，采用本发明节约材料费用约57.1％，节省施工费用36.5％，技术效益和经济效益十分突出。

Claims (9)

1.一种CFG桩复合地基结构，包括纵向、横向间隔布设于地基(D)内的CFG桩(10)，其特征是：还包括埋设于地基(D)表面下的预制框架格梁(20)，预制框架格梁(20)由纵向间隔设置的横梁(21)和横向间隔设置的纵梁(22)构成，横梁(21)、纵梁(22)于交汇部位连接为一体且形成连接节点；所述CFG桩(10)的桩体位于各连接节点下方，且通过其桩顶的连接结构和连接构件与预制框架格梁(20)形成连接。
2.如权利要求1所述的一种CFG桩复合地基结构，其特征是：所述连接结构是设置于CFG桩(10)桩顶的由横向槽(13)、纵向槽(12)构成的十字榫槽，横向槽(13)、纵向槽(12)的宽度与横梁(21)、纵梁(22)的宽度相适配；所述连接节点处的横梁(21)、纵梁(22)插入该十字榫槽内。
3.如权利要求2所述的一种CFG桩复合地基结构，其特征是：所述连接构件为竖立设置于十字榫槽中央的连接钢筋(11)，该连接钢筋(11)的轴线与CFG桩(10)的轴线相重合，且其下部与桩体固结；所述预制框架格梁(20)于各连接节点的中央设置竖向通孔(23)，连接钢筋(11)的上部插入竖向通孔(23)，且在竖向通孔(23)的内壁与连接钢筋(11)的外壁之间灌注水泥砂砂浆。
4.如权利要求3所述的一种CFG桩复合地基结构，其特征是：所述十字榫槽的横向槽(13)、纵向槽(12)的宽度为0.3m，深度不小于0.2m；所述连接钢筋(11)插入CFG桩(10)桩体内的深度不小于0.3m，出露段的长度不小于0.2m。
5.如权利要求3所述的一种CFG桩复合地基结构，其特征是：所述预制框架格梁(20)由预制框架格梁单元纵向拼装而成，预制框架格梁单元的纵向一端具有由该侧连接节点处向外延伸的纵梁延伸段(24)，纵向另一端的连接节点处于横梁(21)上开设矩形缺口槽(25)，前一预制框架格梁单元的纵梁延伸段(24)前端插入后一架预制框架格梁单元的矩形缺口槽(25)内。
6.如权利要求1所述的一种CFG桩复合地基结构，其特征是：所述CFG桩(10)在平面上按纵向、横向等距呈正方形布设，相邻横梁(21)、的中心距、相邻纵梁(22)的中心距与相邻CFG桩(10)的桩间距相等。
7.如权利要求6所述的一种CFG桩复合地基结构，其特征是：所述CFG桩(10)的桩间距为1.4-2.0m。
8.如权利要求6所述的一种CFG桩复合地基结构，其特征是：所述横梁(21)、纵梁(22)截面尺为0.3×0.3m。
9.如权利要求1至8任意一项所述一种CFG桩复合地基结构的施工方法，包括如下步骤：
①在地基(D)表面上进行CFG桩(10)平面定位，CFG桩(1)在平面上按方形布设，然后在地基(D)表面上开挖容纳预制框架格梁(20)的纵向施工槽、横向施工槽；
②分段进行CFG桩(10)桩体部的施工；
③在CFG桩(10)桩体混合料初凝之前，在其上方的纵向施工槽、横向施工槽交汇部的槽底放置桩顶成型模具，浇筑桩顶混合料并形成十字榫槽结构，脱膜后在十字榫槽中央向桩体内插入连接钢筋(11)；
④重复步骤②至③，直至完成各分段内所有CFG桩(10)桩体、十字榫槽和连接钢筋(11)的施工，并达到设计强度；
⑤在纵向施工槽、横向施工槽内分段放入预制框架格梁单元，使各连接节点处的横梁(21)、纵梁(22)插入对应的十字榫槽内，连接钢筋(11)插入对应的竖向通孔(23)中；
⑥采用水泥砂浆充填竖向通孔(23)；
⑦重复步骤⑤至⑥，直至完成所有CFG桩(10)和预制框架格梁单元安装施工。
⑧在预制框架格梁(20)顶部和地基(D)表面上进行碎石垫层和上部填筑体施工。
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