CFG桩在软土地基加固处理中的应用

某大楼位于某市中心地区，楼高20层，设一层地下室，埋深5.90m，采用筏板基础，地基承载力特征值设计要求f_ak≥450kPa。根据《岩土工程详细勘察报告》和土层浅层压板试验，第②层可塑状红粘土的承载力特征值f_ak=150kPa，未能满足设计要求，需要对其进行地基加固处理。针对该工程结构设计要求和场地岩土工程条件，结合现有技术装备，提出采用CFG桩对其进行加固处理。因CFG桩加固处理费用低，工期短等优点，且CFG桩加固处理技术可行，该工程2009年5月20日进场施工，6月5日完成CFG桩加固处理，共完成330根CFG桩，成孔累计进尺约5590m，灌注C10混凝土(桩身混合料)约1290m³。CFG桩加固处理完成后，由具有相应资质的检测单位采用浅层平板载荷试验的方法进行试验，三个试验点地基土承载力特征值分别为476kPa,470kPa和465kPa，满足设计要求。
CFG桩的设计
1.场地内工程地质特征
根据《岩土工程详细勘察报告》，本场区内岩(土)体自上而下划分为８层，各岩土层特征分述如下:
(1)第①层杂填土(Q^ml):灰褐、灰色，主要由碎石、碎砖块和灰渣等建筑垃圾混杂少量粘性土组成，含少量有机质，局部为混凝土基础或片石，土体结构松散。本层厚0.80~5.40m,分布均匀。该土层的地基承载力特征值为80kPa。
(2)第②层可塑状红粘土(Q^al):黄色、棕黄色，呈可塑状，无振摇反应，切口光滑，高干强度，高韧性。层厚12.70~20.20m，平均层厚16.35m,属中等压缩性土。该土层的地基承载力特征值为150kPa，极限侧阻力q_sik=25kPa。
(3)第②-1层硬塑状红粘土(Q^al):黄色、棕黄色，呈硬塑一坚硬状，含有较多铁锰钙质;无振摇反应，切口光滑，高干强度，高韧性。层厚11.95—16.10m，平均层厚13.95m,属中等压缩性土。该土层的地基承载力特征值为200kPa，极限侧阻力q_sik=60kPa，极限端阻力q_sik=2000kPa。
(4)第③层粉质粘土(Q^al):棕红、棕黄色，硬塑，局部粉粒含量较高，呈粉土状，含铁锰钙质氧化物。无振摇反应，切口稍有光滑，中等干强度，高韧性。层厚0.60—9.20m,平均层厚3.25m，属中等压缩性土。该土层的地基承载力特征值为190kPa，极限侧阻力q_sik=60kPa，极限端阻力q_pk=1800kPa。
(5)第④层稍密状园砾(Q^al):黄色，松散，局部中密，饱和，粒径为1~15cm不等，有粘性土及粉土充填。层厚1.40—6.40m，平均层厚4.18m。该土层的地基承载力特征值为200kPa，极限侧阻力q_sik=80kPa，极限端阻力q_pk=2200kPa。
(6)第⑤层强风化白云岩(C₂h):灰白色，隐晶质结构，强风化，裂隙十分发育，岩体极其破碎，属软岩，岩体基本质量等级为N级，钻机跳动，钻机十钻可钻进。
(7)第⑥-1层溶洞充填物:黄色、灰黄色，以软塑状粘性土、及粉土充填，夹杂有碎石块。
(8)第⑥层中风化白云岩(C₂h):灰白色，隐晶质结构，中风化，裂隙发育，局部裂隙为方解石充填，岩石较为完整，属硬岩，岩体基本质量等级为V级，钻机钻进较平稳，局部跳动，漏水。钻探未揭露穿该层，最大揭露厚度为9.50m。该岩层极限端阻力q_pk=6000kPa。
２CFG桩设计要求
(1)桩径设计要求:根据设计图纸，CFG桩设计直径为500mm;
(2)桩距的设计要求:根据设计图纸，桩间距为100cm;
(3)桩长的设计要求:以白云岩岩面为CFG桩桩端持力层，设计桩长≥15.0m;
(4)CFG桩桩身混凝土设计要求:CFG桩桩身混凝土设计强度等级为C10;
(5)褥垫层的设计要求:褥垫层的铺设厚度为300mm，夯填度不大于0.87。
CFG桩的施工技术
1.CFG桩加固处理机理
CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，是在碎石桩的基础上加入一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水搅拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩。CFG桩加固软弱地基，桩与桩间土在一起通过褥垫层的作用形成CFG桩复合地基，共同承担上部建筑物荷载。即CFG桩是高粘结强度桩，是通过褥垫层作用使桩与桩间土形成复合地基，加固软弱地基主要通过桩体作用、挤密作用和褥垫层作用，提高软弱地基的承载力。
2.长螺旋钻孔泵压CFG桩施工工艺流程
长螺旋钻孔泵压CFG桩采用长螺旋钻机成孔，泵送混合料成桩技术，提钻与成桩同步进行，既加快施工进度，又能避免水下灌注混合料的缺点，其施工工艺流程图如下：
3.CFG桩的成孔技术
(1)CFG桩成孔机械设备的选择
根据本工程特点和工期要求，结合现有技术装备，主要施工设备有:a.CFG长螺旋钻机作为成孔机械设备;b.1台套HBJ60C型混凝土输送泵作为桩身混合料的输送设备;c.1台350L型混凝土搅拌机作为桩身混合料的拌合设备;d.1台套南方3555全站仪作为桩位测量定位的测量仪器。
(2)CFG桩成孔施工顺序
为避免因连续施打可能造成桩身混凝土缩径或桩身被挤偏等工程质量缺陷，本CFG桩加固处理工程采取间隔跳打。
(3)CFG桩加固处理范围
本次CFG桩加固处理范围:该高层建筑物基础范围内的可塑状红粘土、硬塑状红粘土、粉质粘土、稍密状园砾、强风化白云岩及溶洞充填物，直到白云岩岩面。
(4)CFG桩成孔施工工艺
a.钻机就位安装时，应当调直桩架挺杆与地面的垂直度，对好桩位，保证桩位中心与钻具中心在同一直线上，且保证设备水平、周正、稳固，确保在成孔钻进过程中不发生移位或倾斜。桩架挺杆与地面的垂直度偏差应当不大于1%。
b.在钻架上应当设置控制钻孔深度的标尺，以利在成孔过程中进行观测或丈量;在成孔过程中，应当成孔记录，记录做到及时、准确。
c.钻孔时应当启动钻机试钻0.5—1.0ｍ，检查钻机设备运转正常后，再继续钻进，土块随螺旋叶片上排出孔口;排出孔口的土应当及时清除，集中堆放。
d.当钻孔达到设计深度后，长螺旋钻杆应当在原处保持空转排土，清除孔底残渣或余土，使孔底十净，然后提钻泵送CFG混合料。
e.在流塑状土层成孔，桩距小于3.5d(d为桩径)且出现串孔时，应当采取间隔跳打，避免出现缩径等缺陷;间隔跳打出现的中间空出桩须待已打CFG桩完成后7天进行。
f.在钻进过程中，如遇较大漂石或孤石时，应当及时通知设计单位，及时调整桩孔位置，或采取补桩措施。
g.由于场地基岩面起伏较大，钻机钻至基岩面时，应当降低钻进速度，避免出现钻孔偏斜或卡钻事故。
4.CFG桩的成桩技术
(1)当钻孔深度满足设计要求并空转清除桩底残渣或余土的同时，应当严格按照试验室提供的配合比进行投料搅拌，要求搅拌均匀，和易性好。当钻孔底部的残渣或余土清除干净后，应当及时泵料提钻，混合料自孔底而上自致密实成桩。
(2)桩身混合料的搅拌严格按照试验室提供的配合比进行过磅投料，水泥为鱼峰牌普通硅酸盐水泥，强度等级32.５MPa;碎石粒径0.5—2.5cm柳州石场生产的碎石;粉煤灰为某市电厂生产的二级粉煤灰;混合料坍落度为160—220mm。

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