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CGF桩复合地基在建筑结构中的应用

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《工程与建设杂志》2014年第二期

1CFG桩复合地基的设计方法

1.1CFG桩复合地基理论基础通常情况下,采用一定的技术手段处理过的人工地基称之为复合地基,水泥粉煤灰碎石桩简称为CFG桩。CFG复合地基的主要成分包括水泥、粉煤灰、砂石、碎石、石屑等,这些成分按照一定的比例进行加水拌和,然后通过相应的机械设备进行加工,最后制成桩,其强度等级为C25~C30[3]。CFG复合地基包括3个部分,即褥垫层、桩间土和桩体。(1)CFG桩复合地基的加固原理。如果基础受到来自垂直方向的荷载力的作用时,CFG复合地基的桩间土和桩体均会出现不同程度的沉降变形,由于桩和土的自身性质的不同,在垂直荷载的作用下,桩间土的变形模量要远远超过桩体的变形模量,因此,桩间土的沉降变形要比桩体的沉降变形大,然而,褥垫层铺设于基础的下部,能够起到一定的缓冲作用,桩体受到垂直荷载作用是,可以向上刺入,在这个过程中,褥垫层中的材料受到挤压而不断调整,进而补充到桩间土上,这个过程可以保证桩间土和桩体都能够在荷载力的作用下,不间断的进行工作。桩间土受到桩体的挤压作用,会相应的提高桩间土的密实程度,进一步提高桩间土的承载能力。此外,由于桩体周围应力的改变,使得桩体的受力性能也发生变化,两者循环工作,构成复合型的整体,一起承担基础的各项荷载。(2)CFG桩复合地基可以改善地基属性。①首先,桩体作用。CFG桩复合地基在加工过程中,需要经过加水拌和,由于CFG桩复合地基的成分中含有水泥、粉煤灰,这两者遇水之后,会出现凝硬反应,进而形成稳定的结晶化合物,这种化合物的主要成分包括钙铝黄长石水化物、硅酸钙水化物以及氯酸钙水化物,该结晶化合物不溶于水,此外,CFG桩复合地基的成分中还有砂石、石屑和碎石等,这些成分中间存在一定的空隙,结晶化合物就会以纤维状的结晶结构填充到空隙中,形成空间网状结构,这种变化能够大幅度地提高桩体的变形模量以及抗剪切应力的能力。②密实作用。这种作用主要体现在CFG桩复合地基应用于砂土时,一般情况下,会使用振动沉管施工的方式,对砂土或者粉土进行挤密作业,能够很好改善桩间土的性质,降低桩间土的空隙率,提高桩间土的承载力。③排水作用。CFG桩复合地基的施工过程中,饱和的砂土在成桩的振动作用下,就会让桩间土出现超孔隙水压力,正是由于超孔隙水压力的存在,使得CFG桩就成为一个排水通道,土体中的孔隙水可以通过CFG桩排到外界,如果CFG桩桩体开始出现硬化,这也预示着CFG不能在作为排水通道了。④褥垫层作用。CFG桩复合地基的褥垫层的主要成分是碎石、粗砂、级配砂石等散体材料,其铺设于基础的下部,主要作用是保证桩间土和桩体能够一起承担来自上部基础的荷载,避免出现基础底面应力过于集中的现象,褥垫层的厚度还能够调整桩间土和桩体承担的荷载的比例,实现水平荷载与竖直荷载的合理分配,保证CFG桩复合地基的稳定性。⑤桩间土作用。在砂土、粉土等粘性土质条件下,由于土质的可塑性非常差,可以用施工部排土法进行施工,在施工过程中,通过对土体的挤压和振动,可以让桩间土的摩擦阻力提高。⑥加筋作用。桩间土和桩体的本身属性的差异,使得两者的强度也存在比较明显的差别,在CFG桩复合地基中,柱状体可以看做是土层的竖向加筋,通过这种作用,可以改善CFG桩复合地基的承载能力。

1.2CFG桩复合地基的相关指标本次实际工程中,CFG桩复合地基的桩体直径为45cm,桩体本身的强度等级为C30,桩体的持力层是第四层强风化砂岩层,桩体的设计长度为28m,实际长度为25m,褥垫层的厚度为35cm,主要材料是粗砂,其粒径不小于0.5mm。

1.3CFG桩复合地基的变形校核通过理论计算的验证,可以得出桩体强度等级为C30,可以满足设计要求。同时,按照国家的相关规范的要求,对CFG桩复合地基进行变形计算校核。参考文献[1],让复合土层的分层同天然地基相同,保证复合土层与天然地基的压缩模量之间的比例关系符合要求。通过PKPM计算软件,可以计算出CFG桩复合地基的沉降符合规定,水平方向和水质方向的倾角均在规范允许的范围内,所以,该建筑的CFG桩复合地基沉降变形符合标准。

2CFG桩复合地基的施工与评价

在现有的高层建筑CFG桩复合地基施工中,主要有3种施工工艺,即振动沉管灌注桩成桩施工工艺,长螺旋孔、管内泵压混合料成桩施工工艺,长螺旋钻孔灌注桩成桩施工工艺。由于该建筑所在地的土层是粘性土,并且要保证施工过程不会对周边居民的生活和工作造成影响,所以本工程选择长螺旋孔、管内泵压混合料成桩施工工艺,工程施工周期为半年。CFG桩复合地基施工结束之后的第30天,需要根据文献相关规定,对CFG桩复合地基的质量进行检测评价,检测方法是低应变完整性检测,结果显示,受到检测的桩体完整性良好。然后,选择3个不用的试验点,通过CFG桩复合地基静载荷试验,检测承压板下应力主要影响范围内单桩符合土层的承载力,检测过程中,主要使用方形承压板,长宽均为1.5m,同单桩置换率相同,让其总加载量是1400kPa,总共10级。试验结果表明,桩体没有出现破坏问题,3个检测点的曲线如图1所示。检测图线表明,3个检测点的P-S曲线都是光滑曲线。通常情况下,选择S为8mm时的压强作为主要参数,进而得出CFG桩复合地基的承载力特征值,从计算结果可以看出,CFG桩复合地基的承载力符合相关规定,即该工程的CFG桩复合地基满足高层建筑的设计要求。

3结束语

从以上研究结果来看,CFG桩复合地基是由定厚度的褥垫层、桩间土以及桩体共同构成的,褥垫层的主要作用是让桩间土和桩体能够共同承担上部基础的荷载,并且桩体还能作为排水通道,提高软土的固结速度,CFG桩复合地基还能够适当的调整褥垫层厚度、桩体材料、桩体间距以及桩体长度,进而改变软土的性质,变形沉降小、可调性比较高。研究发现,同传统的钢筋混凝土桩相比,CFG桩复合地基具有经济性好、操作性强、施工周期短等优势。

作者:徐星单位:安徽寰宇建筑设计院

工程与建设杂志责任编辑:田老师    阅读:人次
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