1、第六章第六章 碎石桩碎石桩6.1 概述概述 碎石桩是指用振动、冲击或水冲等方法碎石桩是指用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后在软弱地基中成孔后,再将碎石挤入土中形成再将碎石挤入土中形成大直径的由碎石所构成的密实桩体大直径的由碎石所构成的密实桩体.按其制桩按其制桩工艺分为振冲湿法碎石桩和干法碎石桩工艺分为振冲湿法碎石桩和干法碎石桩两大类两大类.采用振动水冲法施工的碎石桩称为振采用振动水冲法施工的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩冲碎石桩或湿法碎石桩.采用各种无水冲工艺采用各种无水冲工艺如干振、振挤、锤击等施工的碎石桩称如干振、振挤、锤击等施工的碎石桩称为干法碎石桩为干法碎石桩.各类碎石的主要
2、特性见表各类碎石的主要特性见表6.1-1.在复合地基的各类桩体中在复合地基的各类桩体中,碎石桩与砂桩同碎石桩与砂桩同属散体材料桩属散体材料桩,加固机理相似加固机理相似,并随被加固土并随被加固土质不同而有差别质不同而有差别.对砂土、粉土和碎石土具对砂土、粉土和碎石土具有置换和挤密作用；对粘性土和填土有置换和挤密作用；对粘性土和填土,以置以置换作用为主换作用为主,兼有不同程度的挤密和促进排兼有不同程度的挤密和促进排水固结的作用水固结的作用.碎石桩在工程中主要应用于以下几方面：碎石桩在工程中主要应用于以下几方面：1软弱地基加固；软弱地基加固；2堤坝边坡加固；堤坝边坡加固；3消除可液化土的液化性；消除
3、可液化土的液化性；4消除消除湿陷性黄土的湿陷性湿陷性黄土的湿陷性.6.2 振冲碎石桩振冲碎石桩 振冲法是以起重机吊起振冲器,启动潜水电机后,带动偏心块,使振冲器产生高频振动,同时开动水泵,使高压水通过喷咀喷射高压水流,在边振边冲的联合作用下,将振冲器沉入到设计深度形成桩孔,再向桩孔逐段填入碎石并逐渐振密,从而在地基中形成一根大直径的密实桩体并和原地基土组成复合地基,使承载力提高,沉降减少振冲桩加密法振冲桩加密法 在砂性土中,振冲起挤密作用,故称为振冲挤密；在粘性土中,振冲主要起置换作用,故称振冲置换.振冲法适用于处理砂土、粉土、粘性土、填土以及软土,但对不排水抗剪强度小于20kPa的软土使用要
4、慎重,应通过现场试验确定其适用性.一、振冲碎石桩设计一、振冲碎石桩设计 1、加固范围、加固范围:加固范围应根据建加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定筑物的重要性和场地条件确定,应大于应大于基底面积基底面积.对一般地基对一般地基,宜在基础外缘加宜在基础外缘加宽宽12排桩；对砂土、粉土等可液化地排桩；对砂土、粉土等可液化地基应加宽基应加宽24排桩不少于排桩不少于5m.2、桩位布置、桩位布置:一般采用正方形或正三角形布置一般采用正方形或正三角形布置.对对大面积满堂处理大面积满堂处理,宜采用正三角形布置；对条形基宜采用正三角形布置；对条形基础础,设计时宜先考虑单排桩设计时宜先考虑单排桩,若不能满
5、足要求时若不能满足要求时,可可布布2排或排或3排桩排桩.布桩时对多排桩宜采用正方形布置布桩时对多排桩宜采用正方形布置,也可布置成矩形或等腰三角形也可布置成矩形或等腰三角形,单柱柱基内最好布单柱柱基内最好布桩不少于桩不少于3根根.3、桩距、桩距:桩的间距一方面要保证复合地基承载桩的间距一方面要保证复合地基承载力达到设计要求力达到设计要求;另一方面又要避免桩距过小出现另一方面又要避免桩距过小出现串桩串桩,影响正常施工影响正常施工.一般桩距可取一般桩距可取1.02.5m,荷荷载大或原土强度低时载大或原土强度低时,取小值；反之取小值；反之,宜取大值宜取大值.对对于桩端没达到相对硬层的短桩于桩端没达到相
6、对硬层的短桩,应取小值应取小值.4、桩长、桩长:桩的深度一般应达到强度较高的桩的深度一般应达到强度较高的下卧土层下卧土层.当相对硬层的埋藏深度不大时当相对硬层的埋藏深度不大时,桩桩长应按相对硬层埋藏深度确定；当相对硬长应按相对硬层埋藏深度确定；当相对硬层的埋藏深度较大时层的埋藏深度较大时,应按建筑物地基的变应按建筑物地基的变形容许值确定形容许值确定.桩长不宜短于桩长不宜短于4m.在可液化在可液化地基中地基中,当可液化土层不厚时当可液化土层不厚时,桩体应穿透整桩体应穿透整个可液化层；当可液化层较厚时个可液化层；当可液化层较厚时,应按抗震应按抗震处理深度确定处理深度确定.5、桩径、桩径:碎石桩直径
7、取决于地基土质情况碎石桩直径取决于地基土质情况和成桩设备等因素和成桩设备等因素.采用采用30kW振冲器成桩振冲器成桩时时,桩径一般为桩径一般为0.71.0；采用；采用75kW振冲器振冲器成桩时成桩时,桩径一般为桩径一般为0.81.2m.6、复合地基承载力、复合地基承载力:复合地基承载力特征复合地基承载力特征值应按现场复合地基荷载试验确定值应按现场复合地基荷载试验确定,也可用也可用单桩和桩间土的荷载试验单桩和桩间土的荷载试验,按下式确定：按下式确定：fsp,k=mfp,k+fs,k 6.2-1 式中：式中：fsp,k复合地基的承载力特征值复合地基的承载力特征值kPa；f p,k 桩 体 的 承
8、载 力 特 征 值桩 体 的 承 载 力 特 征 值kPa；f s,k 桩 间 土 的 承 载 力 特 征 值桩 间 土 的 承 载 力 特 征 值kPa；m面积置换率面积置换率.对小型工程的粘性土地基如无现场荷载试对小型工程的粘性土地基如无现场荷载试验资料验资料,也可按以下公式进行计算：也可按以下公式进行计算：fsp,k=1+mfs,k 6.2-2 或或 fsp,k=1+m3sv 6.2-3 式中：式中：n 桩土应力比桩土应力比,无实测资料时可取无实测资料时可取24,原土强度低取大值原土强度低取大值,原土强度高取小原土强度高取小值值.Sv桩间土的十字板抗剪强度桩间土的十字板抗剪强度,也可用处
9、也可用处理前地基土的十字板抗剪强度代替理前地基土的十字板抗剪强度代替.7、碎石桩桩体承载力、碎石桩桩体承载力 一般在实际工程中一般在实际工程中,碎石桩桩体的承载力碎石桩桩体的承载力是通过荷载试验直接测定的是通过荷载试验直接测定的.如无实测资料如无实测资料,也可采用计算法和经验法确定也可采用计算法和经验法确定.1计算法：参照第三章表计算法：参照第三章表3.3-1中的有关中的有关公式进行估算公式进行估算.由于各计算公式都有不同的由于各计算公式都有不同的假定条件假定条件,与实际情况有较大差别与实际情况有较大差别,因此计算因此计算法确定的承载力不一定准确法确定的承载力不一定准确,在使用时要根在使用时要
10、根据当地的工程经验来确定碎石桩的承载力据当地的工程经验来确定碎石桩的承载力.（2）经验法：对中小型工程可根据天然地基土的土质条件、施工工艺特点并按同类土质中的工程实例来确定碎石桩的承载力。根据国内工程实践，对于由振冲法施工形成的质量良好的碎石桩的承载力标准值，可参考表 6.2-1 和表 6.2-2 选用。表表 6.2-1 不同土质碎石桩承载力标准值的经验值（不同土质碎石桩承载力标准值的经验值（kPa）30kW 振冲器 7.5kW 振冲器 软粘土 一般粘性土 可加密粉质粘土 软粘土 一般粘土 可加密粉质粘土 300400 400500 500700 400500 500600 600900 表表
11、 6.2-2 碎碎石桩承载力与密实度石桩承载力与密实度 密实度 N63.5 p Ep(100kPa)fp,k(100kPa)很松散 4 30 35 17 45 150 5.0 注：N63.5为重型圆锥动力触探锤击数。8、复合地基沉降 碎石桩的沉降包括复合地基加固区沉降和加固区下卧层的沉降：)1()1(10101010i azazEpsi azazEpsiiisinniiiinispispsp （6.2-4）式中：ssp复合地基最终沉降量（mm）；sp复合地基沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无统计数据时可取sp=1.0；s地基沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也
12、可查规范中有关表格确定；p0对应于荷载标准值时的基底附加压力(kPa)；n地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；其中 1n0位于复合土层内，n0+1n 位于下卧层内；zi,zi-1基础底面至第 i 层土、第 i-1 层土底面积距离（m）；范附表查用；Esi下卧层第 i 层土的压缩模量（MPa）；Espi第 i 层复合土层的压缩模量（MPa），可按下式计算：Esp=1+m(n-1)Es;Es复合土层内桩土的压缩模量强度低取大值，反之取小值;m置换率。在进行具体设计时可遵循以下步骤：（1）确定桩间土和桩体的承载力标准值。桩间土承载力标准值可由现场原位试验或室内试验确定。（2）计算置换率：1）由式（
13、6.2-1）计算置换率 m：kskpkskspffffm,2）由式（6.2-2）或（6.2-3）计算置换率 m：kskskspfnffm,)1(或 vvkspsnsfm)1(33,但采用上式计算时应满足 fp,knfs,k （6.2-5）式中：n 为桩土应力比，对粘性土一般取 24；对砂土，粉土取 1.53。（3）由振冲试验确定桩径。如无试资料也可根据振冲器类型、土质条件及当地工程经验确定桩径。（4）由桩径、置换率确定桩距：正方形布置 mdl886.0 （6.2-6）正三角形布置 mdl957.0 （6.2-7）式中：l桩距（m）；d桩径（m）。（5）计算单桩所需填料量 q：Hdq24 （6.
14、2-8）式中：q单桩填料量（虚方）（m3）；振密系数。30kW 振冲器，对软土一般=1.11.3；H桩长（m）。（6）确定桩长。（7）沉降计算：进行沉降计算时，若沉降量不能满足设计要求可增加桩长或加大置换率或采取其它措施。6.3 干法碎石桩干法碎石桩 干法碎石桩在加固机理和设计计算方面干法碎石桩在加固机理和设计计算方面与振冲碎石桩基本相同与振冲碎石桩基本相同,两者的区别主要在两者的区别主要在使用的机具和施工工艺等方面使用的机具和施工工艺等方面.一、锤击碎石桩一、锤击碎石桩 锤击碎石又称干冲碎石桩和内击沉管法锤击碎石又称干冲碎石桩和内击沉管法碎石桩碎石桩.其施工工艺特点是利用锤内击沉管其施工工艺
15、特点是利用锤内击沉管并分层击实填料并分层击实填料,逐段成桩逐段成桩.一锤击碎石桩的适用条件一锤击碎石桩的适用条件 这种方法可用于加固杂填土、粘性土、这种方法可用于加固杂填土、粘性土、粉细砂、粉土、淤泥和淤泥质土粉细砂、粉土、淤泥和淤泥质土.但当存在但当存在以下情况之一时以下情况之一时,一般不宜采用一般不宜采用,若要采用若要采用,必必须进行现场检验其可行性须进行现场检验其可行性.1地基中夹有大于地基中夹有大于2m以上的饱和软粘以上的饱和软粘土、淤泥和淤泥质土土、淤泥和淤泥质土.并且土体的不排水抗并且土体的不排水抗剪强度小于剪强度小于20kPa或承载力基本值小于或承载力基本值小于70kPa时时,不
16、宜采用不宜采用.2填土下伏大于填土下伏大于1m厚的淤泥或淤泥透厚的淤泥或淤泥透镜体时镜体时,不宜采用不宜采用.二锤击碎石桩设计要点二锤击碎石桩设计要点 1施工前施工前,应在有代表性的场地进行试打应在有代表性的场地进行试打,试打组数不少于两组试打组数不少于两组6根根.根据试打结果对初根据试打结果对初步设计方案进行修改或调整步设计方案进行修改或调整.2锤击碎石桩的设计直径取决于导管直锤击碎石桩的设计直径取决于导管直径径,对对325mm的导管的导管,设计桩径为设计桩径为500mm；377mm的导管设计桩径为的导管设计桩径为550600mm,但不得大于但不得大于600mm.3碎石桩的桩距应根据置换率确
17、定碎石桩的桩距应根据置换率确定,但不但不得小于得小于1m.4基础底面外缘基础底面外缘围护桩围护桩的设置原则：的设置原则：对条基主桩布置超过两排时对条基主桩布置超过两排时,可设一排可设一排围围护桩护桩,若土质条件好若土质条件好,也可隔桩设置；也可隔桩设置；对对独立柱基主桩布置为独立柱基主桩布置为3排或排或3排以上时排以上时,应设应设一排围护桩；一排围护桩；当满堂布桩时当满堂布桩时,围护桩设置围护桩设置取决于加深土层的深度；取决于加深土层的深度；a、当加固深度不、当加固深度不大于大于3m时时,设一排围护桩；设一排围护桩；b、不大于、不大于6m时时,设两排围护桩；设两排围护桩；c、不大于、不大于10
18、m时时,设设3排围排围护桩护桩.围护桩的长度第一排取主桩长度围护桩的长度第一排取主桩长度,第第2排可短排可短1m,第三排可短第三排可短2m.二干振碎石桩二干振碎石桩 干振碎石桩加固技术是对振冲碎石桩的一种改干振碎石桩加固技术是对振冲碎石桩的一种改进进,它可克服施工过程中及其后的一段时间内桩间它可克服施工过程中及其后的一段时间内桩间土含水量增加土含水量增加,导致强度降低及施工过程中大量排导致强度降低及施工过程中大量排泥浆泥浆,污染环境的缺点污染环境的缺点.由研究表明干振碎石桩以由研究表明干振碎石桩以挤密加固为主挤密加固为主,挤密效果与土的含水量关系密切挤密效果与土的含水量关系密切,当含水量接近塑
19、限时效果最好当含水量接近塑限时效果最好,若小于若小于10%或大于或大于24%时效果很差时效果很差.单桩的挤密有效影响半径干密单桩的挤密有效影响半径干密度提高度提高5%,孔隙比降低孔隙比降低10%的区域为的区域为0.8m,显显著影响半径著影响半径干密度提高干密度提高10%,孔隙比降低孔隙比降低20%为为0.6m.有效桩长为有效桩长为69倍桩径倍桩径.复合地基承载力对复合地基承载力对杂填土提高杂填土提高1.32.5 倍；对粘性土提高倍；对粘性土提高0.91.5倍倍.干振碎石桩适用于加固松散的非饱和粘性干振碎石桩适用于加固松散的非饱和粘性土含水量土含水量w25%,素填土素填土,杂填土和二杂填土和二级
20、以上非自重湿陷性黄土级以上非自重湿陷性黄土,加固深度加固深度6m左右左右,不适宜加固砂土和孔隙比不适宜加固砂土和孔隙比e0.85的饱和粘的饱和粘性土性土.施工工艺为：首先用振动成孔器成孔施工工艺为：首先用振动成孔器成孔,将桩将桩孔中的土挤入周围土体孔中的土挤入周围土体,提起振孔器提起振孔器,向孔内向孔内倒入大约倒入大约1m厚的碎石厚的碎石,再用振孔器进行捣实再用振孔器进行捣实,要求达到密实电流并留振要求达到密实电流并留振1015s,然后提起然后提起振孔器振孔器.如此分段填料振实如此分段填料振实,直到形成碎石桩直到形成碎石桩.三振挤碎石桩三振挤碎石桩 振挤碎石桩通常是采用定型的振动沉振挤碎石桩通
21、常是采用定型的振动沉管打桩机管打桩机,既可施工碎石桩既可施工碎石桩,又可施工砂桩又可施工砂桩.桩桩管常用直径为管常用直径为273mm,325mm和和377mm.桩头可用活瓣头、预制混凝土桩头等桩头可用活瓣头、预制混凝土桩头等.施工工艺与振动挤密砂桩相似施工工艺与振动挤密砂桩相似,包括打包括打桩机就位、沉管成孔、分层填料振密和成桩机就位、沉管成孔、分层填料振密和成桩四个施工过程桩四个施工过程.第七章第七章 CFG桩水泥粉煤灰碎石桩水泥粉煤灰碎石桩桩 7.1 概述概述 CFG桩是水泥粉煤桩是水泥粉煤灰碎石桩灰碎石桩Cement Flyash Gravel Pile的简称的简称,由碎石、石由碎石、石
22、屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合,用振动沉管打桩机或其它成桩机具用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩制成的一种具有一定粘结强度的桩.桩体主体材料为碎石桩体主体材料为碎石,石屑为中等石屑为中等粒径骨料粒径骨料,可改善级配可改善级配,粉煤灰具有粉煤灰具有细骨料和低标号水泥作用细骨料和低标号水泥作用.通过调通过调整水泥掺量和配合比整水泥掺量和配合比,桩体强度可桩体强度可在在C5C20之间变化之间变化,一般为一般为C5C10.CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的桩是在碎石桩的基础上发展起来的,属属复合地基刚性桩复合地基刚性桩,严格意义上说严格意义上说,应
23、该是一种应该是一种半柔半刚性桩半柔半刚性桩.而碎石桩是散体材料桩而碎石桩是散体材料桩,这类桩因自身这类桩因自身无粘结强度无粘结强度,要依靠周围土体的约束力来承要依靠周围土体的约束力来承受上部荷载受上部荷载.由实测资料表明由实测资料表明,碎石桩主要受碎石桩主要受力区在力区在4倍桩径范围内倍桩径范围内,沿桩长方向轴向和侧沿桩长方向轴向和侧向应力迅速衰减向应力迅速衰减,因此增加桩长对提高复合因此增加桩长对提高复合地基承载力作用不大地基承载力作用不大.碎石桩的桩土应力比一般为碎石桩的桩土应力比一般为1.54.0,要提高要提高碎石桩复合地基承载力碎石桩复合地基承载力,只有提高置换率只有提高置换率,而而置
24、换率又与桩径和桩距有关置换率又与桩径和桩距有关,置换率太高置换率太高,将将给施工带来很多困难给施工带来很多困难.CFG桩由于自身具有一定的粘结性桩由于自身具有一定的粘结性,故可在故可在全长范围内受力全长范围内受力,能充分发挥桩周摩阻力和能充分发挥桩周摩阻力和端承力端承力,桩土应力比高一般为桩土应力比高一般为1040.复合地复合地基承载力的提高幅度较大基承载力的提高幅度较大,并有沉降小、稳并有沉降小、稳定快的特点定快的特点.水泥粉煤灰碎石桩水泥粉煤灰碎石桩 CFG桩法适用于处桩法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基填土等地基.对淤泥质土应按地
25、区经验或通对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性过现场试验确定其适用性.规范的一般规定：规范的一般规定：水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力相对较高水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层的土层作为桩端持力层.水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计时应进行水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计时应进行地基变形验算地基变形验算.7.2 材料配合比及力学性能材料配合比及力学性能 CFG 桩由碎石、粉煤灰、水泥、石屑加水拌和形成。各种材料之间的配合比对混合料的强度和易性有很大影响。一般水泥采用 425#普通水泥，碎石粒径 2050mm，石屑粒径 2.510mm，混合料密度 2.12.2t/m3。1、石
26、屑掺量的影响 碎石料之间一般为点接触，接触比表面积小，桩体抗剪强度较低。在碎石料中掺入中等粒度的石屑后，可使级配良好，增大接触比表面积，提高桩体的抗剪强度。石屑掺量可用石屑率 S 来表示：211GGGS (7.2-1)式中：G1、G2单位立方混合料中石屑和碎石的质量。根据有关试验资料，在相同水灰比（W/C）和粉煤灰水泥之比（F/C）条件下，石屑率 S 与坍落度和强度之间的关系见图 7.2-1 和图 7.2-2。由上图可看出,石屑率都存在一个最佳值,过大或过小对坍落度和强度都不利。两者的最佳值比较接近,都在 25%30%范围内。2、不同水泥、粉煤灰掺量的影响 由有关实验表明，对某一石屑率，不同水
27、泥、粉煤灰掺量得出的混合料的立方抗压强度R28与灰水比C/W成正比。当石屑掺量为最佳石屑率时，控制混合料坍落度为30mm。根据不同水泥、粉煤灰掺量的配合比，得出的关系曲线见图7.2-3。如果增加粉煤灰的掺量，为了保证 30mm 的坍落度，混合料的需水量得增加；反之，需水量得减少。3、混合料的应力应变关系、混合料的应力应变关系 由于混合料具有一定的粘结强度，围压对其应力-应变关系影响很小。混合料的有关力学性能（据王伟堂等）见表7.2-1。表表 7.2-1 混合料的有关力学性能混合料的有关力学性能 力学性能 龄期(天)数值范围(MPa)平均值(MPa)立方抗压强度 28 6.37.3 6.7 劈裂
28、抗拉强度 80 0.500.59 0.54 轴心抗压强度 80 3.56.3 4.3 静力受压 弹性模量 8.4103 9.8103 8.8103 7.3 加固机理加固机理 CFG桩复合地基的加固机理包括置桩复合地基的加固机理包括置换作用和挤密作用换作用和挤密作用,其中以置换作用为其中以置换作用为主主.当当CFG桩用于挤密效果好的土层时桩用于挤密效果好的土层时,既有置换作用既有置换作用,又有挤密作用又有挤密作用,当用于挤当用于挤密效果差的土层时密效果差的土层时,只有置换作用只有置换作用.CFG桩与碎石桩的差别之一在于桩与碎石桩的差别之一在于CFG桩可桩可全长受力全长受力,当地基土质好当地基土质
29、好,荷载又不大时荷载又不大时,可将桩设计短一些；当地基土质差可将桩设计短一些；当地基土质差,荷荷载又不大时载又不大时,可将桩设计长一些；如果可将桩设计长一些；如果地基土很软地基土很软,而荷载又大时而荷载又大时,用柔性桩很用柔性桩很难满足设计要求难满足设计要求,而而CFG桩可通过应力桩可通过应力集中现象来实现集中现象来实现.CFG桩复合地基桩土应力比大桩复合地基桩土应力比大,而且具有很而且具有很大的可调性大的可调性,在软土中可高达在软土中可高达100左右左右.CFG复合地基中由桩承担的荷载一般为复合地基中由桩承担的荷载一般为40%75%,提高承载力的幅度可达提高承载力的幅度可达4倍或更倍或更高高
30、.7.4 褥垫的作用褥垫的作用 CFG桩复合地基的褥垫由碎石、级配砂桩复合地基的褥垫由碎石、级配砂石、粗砂等散体材料组成石、粗砂等散体材料组成.由褥垫联接复合由褥垫联接复合地基和基础地基和基础,见图见图7.4-1.褥垫在复合地基中如褥垫在复合地基中如有如下几种作用：有如下几种作用：1、保证桩、土共同承担荷载、保证桩、土共同承担荷载.在桩基中在桩基中,当承台承受竖向荷载时当承台承受竖向荷载时,对摩擦桩对摩擦桩,承台产生沉降承台产生沉降,使桩间土发挥一定的承载能力使桩间土发挥一定的承载能力,且且变形越大变形越大,作用越明显作用越明显,但与桩间土承载能力相比但与桩间土承载能力相比,所占比例很小；对端
31、承桩所占比例很小；对端承桩,承台沉降变形一般很小承台沉降变形一般很小,桩间土承载能力很难发挥桩间土承载能力很难发挥.CFG复合地基的设计原则是充分利用桩间土的垂复合地基的设计原则是充分利用桩间土的垂直和水平承载能力直和水平承载能力.由于由于CFG桩复合地基的置换率桩复合地基的置换率一般不大于一般不大于10%,其余不小于其余不小于90%的基底面积为桩的基底面积为桩间土间土,总荷载扣除桩间土承担的荷载后就是总荷载扣除桩间土承担的荷载后就是CFG桩桩应承担的荷载应承担的荷载.显然；遵循这一设计原则显然；遵循这一设计原则,可大量可大量减少桩的数量减少桩的数量,再加上再加上CFG桩不消耗钢筋桩不消耗钢筋
32、,桩体利桩体利用工业废料和石屑作为掺合料用工业废料和石屑作为掺合料,水泥用量小水泥用量小,可大可大大降低工程造价大降低工程造价.2、减少基础底面的应力集中、减少基础底面的应力集中 根据实测的桩土应力比根据实测的桩土应力比n见图见图7.4-2与褥垫层厚度与褥垫层厚度H的变化曲线的变化曲线,当褥层厚度当褥层厚度很小时很小时,桩对基础底面产生应力集中桩对基础底面产生应力集中.但当褥但当褥层厚度大于层厚度大于10cm时时,应力集中明显降低桩应力集中明显降低桩土应力比约为土应力比约为6,当褥垫层厚度为当褥垫层厚度为30cm时时,桩土应力比降为桩土应力比降为1.23.3、褥垫厚度可调整桩土荷载分担比、褥垫
33、厚度可调整桩土荷载分担比 由有关试验测得的结果由有关试验测得的结果,当荷载一定时当荷载一定时,褥垫越厚土承担的荷载越多；褥垫厚度一褥垫越厚土承担的荷载越多；褥垫厚度一定时定时,荷载越大荷载越大,桩承担的荷载所占比例增大桩承担的荷载所占比例增大.4、褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分、褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比担比 有关实验表明有关实验表明,褥垫厚度越大褥垫厚度越大,桩顶水平位桩顶水平位移越小移越小,当褥垫厚度不小于当褥垫厚度不小于10cm时时,桩体不桩体不会发生水平折断会发生水平折断.综上所述综上所述,褥垫是褥垫是CFG桩复合地基的一桩复合地基的一个重要组成部分个重要组成部分,其厚
34、度直接影响到桩土应其厚度直接影响到桩土应力比和荷载分担比力比和荷载分担比.因此因此,必须确定一个合理必须确定一个合理的厚度的厚度.褥垫厚度太小褥垫厚度太小,桩对基础产生应力集桩对基础产生应力集中中,需要考虑桩对基础的冲切需要考虑桩对基础的冲切,必然造成基础必然造成基础厚度增加厚度增加,当基础承受水平荷载时当基础承受水平荷载时,可能造成可能造成桩体断裂桩体断裂.而且而且,厚度过小厚度过小,不能充分发挥桩间不能充分发挥桩间土承载力土承载力,导致桩数或桩长增加导致桩数或桩长增加.褥垫厚度过大褥垫厚度过大,导致桩、土应力比接近导致桩、土应力比接近1,桩桩承担的荷载太少承担的荷载太少,复合地基承载力提高
35、不大复合地基承载力提高不大.由试验研究和工程实践经验由试验研究和工程实践经验,一般取一般取1030cm较合适较合适.7.5 CFG桩复合地基设计桩复合地基设计 CFG桩处理软弱地基的设计原桩处理软弱地基的设计原则是充分发挥桩间土和桩体的承载则是充分发挥桩间土和桩体的承载力力,从而达到提高地基承载力和减从而达到提高地基承载力和减少变形的目的少变形的目的.对松散砂土地基可对松散砂土地基可考虑施工过程产生的挤密作用考虑施工过程产生的挤密作用,对对挤密效果差的地基可不考虑其挤密挤密效果差的地基可不考虑其挤密效果效果.一、设计内容一、设计内容 CFG桩复合地基的设计内容包桩复合地基的设计内容包括桩径、桩
36、距、桩长、承载力计算、括桩径、桩距、桩长、承载力计算、变形计算和褥垫厚度变形计算和褥垫厚度.规范设计要点规范设计要点 水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置,桩桩径宜取径宜取 350 600mm.桩距应根据设计要求的复合地基承载力、土桩距应根据设计要求的复合地基承载力、土性、施工工艺等确定性、施工工艺等确定,宜取宜取 3 5倍桩径倍桩径.桩顶和基础之间应设置褥垫层桩顶和基础之间应设置褥垫层,褥垫层厚度宜褥垫层厚度宜取取 150 300mm,当桩径大或桩距大时褥垫层厚度当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值宜取高值.四四 褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或褥垫层
37、材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等碎石等,最大粒径不宜大于最大粒径不宜大于 30mm.五五 水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值,应通过现场复合地基载荷试验确定应通过现场复合地基载荷试验确定,初步设计时也初步设计时也可按下式估算：可按下式估算：kspakspfmARmf,)1(六单桩竖向承载力特征值六单桩竖向承载力特征值 Ra的取值的取值,应符应符合以下规定：合以下规定：1 当采用单桩载荷试验时当采用单桩载荷试验时,应应将单桩竖向极限承载力除以安全系数将单桩竖向极限承载力除以安全系数 2；2 当无单桩载荷试验资料时当无单桩载荷试验资料时,可按下式估算：可按
38、下式估算：ppniisiapaAqlquR1 七桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求七桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求 式中式中 fcu桩体混合料试块桩体混合料试块 边长边长 150mm立方体立方体 标准养护标准养护 28d立方体抗压强度平均值立方体抗压强度平均值 kPa.pacuARf3 八地基处理后的变形计算应按现行国家标准八地基处理后的变形计算应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007的有关规定的有关规定执行执行.复合土层的分层与天然地基相同复合土层的分层与天然地基相同,各复合土各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的层的压缩模量等于该层天然地基压
39、缩模量的倍倍,值可按下式确定：值可按下式确定：变形计算经验系数变形计算经验系数-s根据当地沉降观测资料及经根据当地沉降观测资料及经验确定验确定,也可采用规范表数值也可采用规范表数值.kskspff,地基变形计算深度应大于复合土层的厚度地基变形计算深度应大于复合土层的厚度,并符合现行国家标准并符合现行国家标准 建筑地基基础设计建筑地基基础设计规范规范GB50007中地基变形计算深度的有中地基变形计算深度的有关规定关规定.二、设计步骤二、设计步骤 在进行具体设计时可遵循以下步骤：在进行具体设计时可遵循以下步骤：1根据地基土性能、施工设备、布桩方式等根据地基土性能、施工设备、布桩方式等条件初步确定桩
40、径和桩距条件初步确定桩径和桩距,由桩径和桩距可求出由桩径和桩距可求出置换率置换率.2由要求达到的复合地基承载力确定桩长；由要求达到的复合地基承载力确定桩长；由由 下式变化式定出桩土应力比：下式变化式定出桩土应力比：kspakspfmARmf,)1(确定单桩承受的荷载：确定单桩承受的荷载：桩顶应力：桩顶应力：单桩承受的荷载：单桩承受的荷载：由下式估算桩长由下式估算桩长 如果有单桩静载试验资料如果有单桩静载试验资料,可直接估算桩可直接估算桩长长.kspfn,pksAfnp,ppniisiapaAqlquR1 桩身强度可按下式估算：R28=kp 式中：k安全系数,取2.53.0；p桩顶最大应力kPa
41、.CFG桩设计的抗压强度应不小于桩设计的抗压强度应不小于R28.配料设计：由桩身设计的抗压强度配料设计：由桩身设计的抗压强度,根据室内试根据室内试验及以往工程经验验及以往工程经验,确定配比确定配比.配料举例：每盘料：碎石配料举例：每盘料：碎石2040mm0.2m3,石屑石屑10mm0.1m3,粉煤灰粉煤灰0.05m3,425#水泥水泥2537.5kg,28天龄期的立方体抗压强度为天龄期的立方体抗压强度为67MPa.5确定褥垫厚度：确定褥垫厚度：由要求达到的桩土应力比和桩土分担荷载参照有由要求达到的桩土应力比和桩土分担荷载参照有关试验资料和工程经验确定一个合理厚度关试验资料和工程经验确定一个合理
42、厚度.重点及思考题、例题重点及思考题、例题 1、振冲碎石桩复合地基承载力的确定、振冲碎石桩复合地基承载力的确定,设计步骤？设计步骤？2、CFG桩的适用范围是哪些？在初步设计时如桩的适用范围是哪些？在初步设计时如何估算复合地基承载力特征值？何估算复合地基承载力特征值？3、CFG桩褥垫应采用多厚？它有何作用？桩褥垫应采用多厚？它有何作用？4、例题：如何估算、例题：如何估算CFG桩复合地基承载力特征桩复合地基承载力特征值？及如何验算值？及如何验算CFG桩复合地基承载力特征值？桩复合地基承载力特征值？例例某住宅地面以上某住宅地面以上28层层,地下地下2层层,基础埋基础埋深深7.0m,基础板厚基础板厚0
43、.7m,基础面积基础面积30m35m,采用采用CFG桩复合地基桩复合地基,桩径桩径0.4m,桩长桩长21m,桩身混凝土强度等级桩身混凝土强度等级C25,桩间距桩间距1.8m,正方正方形布桩形布桩,桩端持力层为粘质粉土桩端持力层为粘质粉土,土层分布如土层分布如图图,试试估算估算CFG桩复合地基承载力特征值桩复合地基承载力特征值,验验算算CFG桩复合地基承载力桩复合地基承载力.Fk=4105kN填土 r=18kN/m3粘土 r=18kN/m3粉质粘土 r=19.9kN/m3粉质粘土 r=20.1kN/m3粘质粉土 r=18kN/m3圆砾 r=18kN/m3粘土 r=19kN/m3粉砂 r=18kN
44、/m3粉砂 r=18kN/m3粉土 r=20.6kN/m3Es=6.4MPa,fak=140kPaEs=14MPa,fak=200kPaEs=12MPa,fak=180kPaEs=13MPa,fak=190kPaEs=8.5MPa,fak=150kPaEs=15.2MPa,fak=210kPaEs=18.5MPa,fak=250kPaEs=60MPa2m5m7m2m2m2m3m5m2mMk=20000kN.m 解解1计算单桩承载力特征值计算单桩承载力特征值 查查JGJ94-94规范表得自基础底往下规范表得自基础底往下 粉质粘土：粉质粘土：qs1k=48kPa 粉砂：粉砂：qs2k=60kPa
45、粉土：粉土：qs3k=50kPa 粘土：粘土：qs4k=52kPa 粉质粘土：粉质粘土：qs5k=52kPa 粘质粉土：粘质粉土：qs6k=80kPa qpk=48kPa 单桩极限承载力：单桩极限承载力：Quk=uqsikli+qpkAp=1.256+0.12561000=1372+125.6=1498kN 单桩承载力特征值：单桩承载力特征值：Qa=1498/2=749kN 计算置换率：计算置换率：正方形布桩：正方形布桩：m=d2/de2=d2/2=0.42/1.1321.82=0.0387 估算复合地基承载力特征值：估算复合地基承载力特征值：kPafmARmfskpaspk339108231140)0378.01(8.01256.07490387.0)1(kPafmkNdffammdaka41576339)5.07(7.110.1339/7.110.72.90.5180.2)5.0(:3承载力特征值经深度修正后复合地基 4验算基底压力：验算基底压力：。kPapkPafkPalbWMAGFpkPafkPaPkNGAGFpakkkakkkkk求复合地基承载力满足要07.3973.33984984152.12.13.4013.339835306200003986/200003984153983530180081040180085.247.03530min22max4
