复合地基施工成本 [小议CFG桩复合地基的设计与施工]

来源:求职职场 发布时间:2019-04-06 06:21:36 点击:

  CFG桩复合地基充分利用天然地基的承载能力,一般不配钢筋,水泥用量也只有灌注桩的50%~60%,而且桩径小,桩数少,在地基和基础之间设置柔性垫层,使地基强度和变形模量较为均匀对提高结构受力、结构抗震等级极为有利。其工程造价与预制桩相比可节约成本50%,与灌注桩相比可节约成本30%,具有极佳的社会效益和经济效益。
  一、基本原理介绍
  CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表,目前多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cement fIying-ash gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接,无论桩端落在一般土层还是坚硬土层,均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样,由于桩的作用使复合地基承载力提高,变形减小,再加上CFG桩不配筋,桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料,大大降低了工程造价。
  二、CFG桩复合地基设计
  采用长螺旋钻机成孔,泵送CFG混合料成桩,选用直径400mm。依据地质勘察资料,基底位于第②层粉质粘土。结合施工技术和施工条件,选择承载力较高的⑤层中砂做持力层,设计桩长14m。
  1、 CFG竖向承载力Rk计算:
  单桩竖向承载力特征值Ra按下式计算:
   (1)
  
  式中: qp――桩端的极限摩阻力标准值/kPa;Up――桩身截面周长/m,为1.256m;qsi――第i层桩周土摩阻力标准值/kPa,由规范查表取值;Li――第i层桩周土厚度/m;Ap――桩身截面积/ m2,为0.1256 m2;K――安全系数(计算取1.75)。
  2、桩体强度
  CFG桩身混合材料R28值应不小于3倍桩顶应力σp,即
  R28≥3σp=3×Rk / Ap =12.20MPa
  为了满足上述桩身强度的要求,选用C15等级CFG桩混合料。
  3、复合地基承载力标准值fsp,k验算:
   (2)
  式中:α――桩周土强度提高系数(取1.0);β――桩间土强度系数发挥系数;(取0.8);
  fsk――天然地基承载力标准值(取150kPa); m――面积置换率。计算得m值为2.9%,计算修正后的复合地基承载力特征值fspk= 259kPa>220kPa,满足设计要求。
  4、布桩方式及设计工程量: 在分析地质资料的基础上,结合相关规范及资料,考虑经济成本, 采用正方形布桩方式, 桩间距为1.9m。根据面积置换率值2.9%,计算出总桩数为233根。
  5、褥垫层设计
  根据建筑物荷载和基底土质情况,考虑到技术上可靠、经济上的合理,确定褥垫层厚度为20cm;材料选取级配砂石。
  6、复合地基沉降量验算
  复合地基沉降量s由加固区沉降量s1与下卧层沉降量s2 两部分组成,可按下式计算:
  
   (3)
  式中,Esi为加固区第 i 层土的压缩模量(复合土层的压缩模量),Esj为下卧层第 j 层土的压缩模量,ψs 为沉降计算经验系数,Δδsoi为桩间土应力σso在加固区第 i 层土产生的平均附加应力,Δpoj为荷载 po在下卧层第 j 层土产生的平均附加应力,hi、hj分别为加固区和下卧层第 i 层和第 j 层土的分层厚度。根据勘察资料和设计参数,计算得到复合地基的沉降量为6.5cm,满足设计要求。
  三、CFG桩施工方法
  CFG桩施工建议采用先两边后中间、隔排跳打法,施工新桩与已打桩时间间隔不少于7天。
  3.1施工准备
  1、平整场地,清除障碍物及垃圾土,施工场地应挖除地表种植土后,换填普通土至设计标高并采用压路机分层碾压密实,场地高程应高出设计CFG桩设计桩顶标高10~20cm,压实后的检测压实质量标准应达到:K>0.9,K30>80MPa.CFG桩作业场地应在部桩范围外结合永久排水设施开挖临时排水沟。
  2、根据设计桩长和场地高程,确定长螺旋桩机的装配长度,在桩机架上画出以0.5米为单位的长度标记,以便钻进时观察、记录钻杆的入土深度,方便现场施工人员控制桩长。
  3、现场复核测量基线及水准点,根据设计图纸准确放出CFG桩的桩位点,并插竹竿加白灰标记,施工时桩位插1.2米长的钢筋,为了确保施工中长螺旋钻进中的出渣掩埋附近桩位,测量桩位高程,作好测量原始纪录,以便施工控制。
  3.2CFG桩施工工艺
  1、CFG桩钻机就位后,应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆,校正位置,使钻杆垂直对准桩位中心,确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。
  2、混合料搅拌
  混合料由集中拌和站生产,按实验室下发的配合比进行配料,拌合时间不得少于1min。混合料加水量和坍落度根据采用的施工方法按工艺试验确定。在泵送前混凝土泵料斗应备好混合料。
  3、钻进成孔
  a、CFG桩施打顺序:横向从线路中心向两侧顺序横向推进,纵向从有结构物或分界点顺线路方向纵向推进。
  b、钻孔开始前,应仔细检查芯管顶部的气眼是否通畅、混凝土输送软管是否接头良好、是否有扭曲现象。如果存在以上情况,必须检查纠正。
  c、钻孔开始时,关闭钻头阀门,向下移动钻杆至钻头触及地面时,启动马达钻进。一般应先慢后快,这样既能减少钻杆摇晃,又容易检查钻孔的偏差,以便及时纠正。在成孔过程中,如发现钻杆摇晃或难钻时,应放慢进尺,否则较易导致桩孔偏斜、位移,甚至使钻杆、钻具损坏。当钻头到达设计桩长预定标高时,在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记,作为施工时控制桩深的依据。当动力头底面达到标记处时,继续钻进50cm,确保桩头已进入硬质土层。
  4、灌注及拔管
  CFG桩成孔到设计标高后,停止钻进,开始泵送混合料,当钻杆心充满混合料后(施工前要试验或者计算泵量来确定)开始拔管,严禁先提管后泵料。成桩的提拔速度宜控制在2~3m/min,成桩过程宜连续进行,应避免因后台供料慢而导致停机待料。灌注过程中由专人负责记录砼流量,灌注量不能小于设计砼量,CFG桩超灌量控制在30~50cm,由于混凝土塌落度较大,部分桩头出现“下座”情况时,应及时补浆。灌注成桩完成后,桩顶采用湿黏土封顶,进行保护,不允许车辆进入已施工的部位,以免造成断桩。
  5、移机
  当上一根桩施工完毕后,钻机移位,进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩的土较多,经常将临近的桩位覆盖,有时还会因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动。因此,下一根桩施工时,根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核,保证桩位准确。

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