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一、钻孔灌注桩法
二、CFG桩法
2.1钻孔灌注桩法
钻孔灌注桩作为审计出具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、沉降速率低而收敛快等特性,可应用于各种工程地质条件和各种类型的建筑工程。
钻孔灌注桩承载力计算:
2.1.1选择桩型、桩材及桩长
根据试桩初步选择Φ400钻孔灌注桩,混凝土灌注用C25,钢筋采用3级。
经查表得fc=11.9N/mm2,fcm=9.6N/mm2,ft=1.1N/mm2;
钢筋fy=fy`=360N/mm2.初步选择第6层粗砂为持力层,确定桩端进入持力层1.0m。
初步选择基础底面埋深4.0m,则钻孔灌注桩的桩长为14m。
2.1.2确定单桩竖向承载力设计值
根据桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值,取Φ=1,fc按0.8折减。
配筋率初步按0.5%计算,则
Rc=ф(fcA+fy`As)=3097kN
式中;
R—单桩竖向承载力设计值,kN;
A—桩身的横截面积,mm;
As—全部纵向钢筋的截面面积,mm;
fy`—纵向钢筋抗压强度设计值,N/mm2;
fc—混凝土轴心抗压强度设计值,N/mm2;
相应于静载实验的的单桩承载力设计值为
R=1.2Rk=1.2×
500=600
式中R—基桩的承载力设计值,kN;
Rk—单桩竖向承载力标准值,kN;
根据土的物理指标与承载力间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值。
qs1k=50qs2k=70qs3k=60qs4k=80qs5k=80qqpk=1000
Quk=Qsk+Qpk=UpΣqsikli+qpkAp=2004.6kN
式中:
Qsk,Qpk—单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值,kN;
Up—桩身周长,m;
qsi,qpk—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值和桩极限端阻力标准值,kpa;
未做静载实验时,由此求R,即Rk=Quk/2=1002.3kN,R=1203kN.
2.1.3桩的数量和平面布置
基础埋深4m,面积65×
12.5=812.5㎡
基础和土的自重G=4×
65×
12.5×
20=65000Kn,则。
则桩数初步确定为
n=μ(F+G)/R
式中:
n—桩数;
F—作用于桩基上的竖向荷载设计值,KN;
G—桩基承台合成台上的土受到的重力,KN;
R—单桩竖向承载力设计值,KN;
μ—系数,桩基为轴心受压时μ=1;
当偏心受压时μ=1.1~1.2
F+G=PA=250×
12.5=203125KN
则n=μ(F+G)/R=169根
桩距S=3d=1.8平面进行正方形满堂布桩
基础尺寸确定后,可按经验参数确定承载力的公式,验算考虑基础效应的基桩竖向承载力设计值.
验算考虑承台效应的基桩承载力竖向承载力设计值。
查表得:
ηcn=0.11,ηcw=0.63γc=1.6
计算基础底地基土净面积和内、外区净面积,即:
Ac=(65×
12.5)-169×
0.62×
π/4=764.16m2
Acn=(64.5×
12)-47.76-(0.62-0.62×
π/4)=726.16㎡,
Acw=Ac-Acn=38.58m2
ηc=ηcnAcn/Ac+ηcwAcw/Ac=0.132
ηcn,ηcw—基础内外区土抗力群桩效应系数;
Acn,Acw—承台内外区净面积、承台底地基土净面积;
mm
Ac=Acn+Acw;
基础底地基土极限阻力标准值为地基土承载力标准值的2倍(既安全系数),承载力标准值fk为承载力基本值f0乘以回归修正系数Ψf既fk=Ψff0
得qck=2fk=440kpa
另外,取ηsp=0.895,γsp=1.60,任一基桩承载力设计值为
R=ηspQuk/γsp+ηcQuk/γc=ηspQuk/γsp+ηcqckAc/nγc=1291kN>
600KN,所以可以取用该值。
qck—承台底1/2承台宽度的的深度范围内地基土极限抗力标准值,kpa;
rc,rsp—桩侧与桩端综和阻力的分项系数,
ηsp,ηc—桩侧与桩端综合阻力,承台底土阻力的群桩效应系数
群桩中单桩所受外力的验算
取ro=1.0,则轴心荷载作用力N=(F+G)/n=1202<R=1291KN
Nmax=(F+G)/n+Mxyi/yi2=1203+130=1333KN<
1.2R=1549KN满足要求;
Nmin=(F+G)/n+Mxyi/yi2=1203-130=1073KN>
0桩不受上拔力
2.1.4群桩承载力验算
按GBJ7-89规定,地基承载力设计值按下式计算
f—地基承载力设计值,kpa;
fk—地基承载力标准值,kpa;
ηb.ηd—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数,
γ—基底以下土的重度,地下水位以下取有效重度,kN/m3;
γ0—基底以下上的重度,地下水位以下取有效重度,kN/m3;
b—基础底面宽度,b<3m时取3m;
b>6m时取6m
d—基础埋置深度,m;
代入数值得:
f=220+3.0×
18.2×
(6-3)+4.4×
17.2×
(18-0.5)=1708.2KN
2.1.5群桩沉降计算
桩端平面处承台底面积范围内的平均压力,取承台、桩、土的混合重度为20kN/m3,地下水位以下为10kN/m3,则
P`=260+15×
20+3×
10=590kpa
桩端平面处的自重压力:
Pc=16×
1.65+18×
2.02+18.2×
5.87+8×
0.35+18.7×
5.57+9.8×
1.89+8.7×
1=301kpa
则桩端平面处桩基对土的平均附加压力P0=590-301=289kpa。
取Sa/d=3,l/d=8.65/0.6=108.3,Lc/Bc=65/12.5=5.2,Ψ=1,由此查表(4-41),用内插法得C0=0.0806,C1=2.116,C2=11.653,nb=(nBc/Lc)1/2=5.7,
Ψe=C0+(nb-1)/[C1(nb-1)+C2]=0.3
基础底面积矩形长宽比a/b=Lc/Bc=5.2,深度比zi/b=2zi/Bc,用内插法得ai,别计算ziai、△S、S、计算基础沉降量:
S`=4ΨΨeBcP0(ziai-zi-1ai-1)/Esi
沉降量计算见下表
Z(m)
(MPa)
(mm)
l/b
z/b
5.2
1.000
2
0.16
0.9994
2.0
9
42
4
0.32
09961
3.98
1.98
84
4.74
0.4192
0.9945
4.71
0.93
20
104
6.74
0.5790
0.9856
6.64
1.93
12.21
30
134
8.74
0.6992
0.9731
8.50
1.86
25
159
S`—按分层总和法计算出的桩基沉降量,mm;
Ψ—桩基沉降计算系数;
Ψe—桩基等效沉降系数,按下式计算:
Ψe=C0+(nb-1)/[C1(nb-1)+C2];
Esi—等效作用底面以下第i层土的压缩模量,采用地基土在自重压力至自重压力附加应力作用时的压缩模量,Mpa;
zi,zi-1—桩端平面荷载计算点至第i层土,第i-1层土底面的距离,m;
ai,ai-1—桩端平面荷载计算点至第i层土,第i-1层土底面深度范围内平均附加应力系数.
地基沉降计算深度按zn附加应力бz=0.2бc验算。
假定取zi=8.74m;
得ai=0.243,则附加应力算得:
бz=12.5×
0.243×
289=94kpa
zn深处土的自重应力бc=Pc+znγ=486kpa,可见бz已减到бz的0.2以下(30.81/242.4=0.19)已符合要求。
及桩基最终沉降量为S=159mm。
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)对建筑物的地基变形允许值,体型简单的高层建筑基础的平均沉降量允许值为200mm,选用钻孔灌注桩满足要求。
2.2、CFG桩法
水泥粉煤灰碎石桩(CementFly-ashGravelPile)简称CFG桩,是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌合制成的一种具有高粘结强度的桩,也是近年来新开发的一种地基处理技术。
CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土。
CFG桩和其它桩型比较,它的置换作用很突出是一个重要特点。
CFG桩承载力计算:
选用CFG桩进行满堂布桩,选第6层粗砂为桩端持力层,桩端入土深度1m,褥垫层厚度为300mm,基础埋深4m,则桩长L=17+1-4-0.3=13.7m,则选桩长L=14m。
桩径初选为d=400mm,桩径初选为S=5d=5×
0.4=2m.
Ap=πd2/4=0.1256㎡
Ae=1.0×
S2=4㎡
m=Ap/Ae=0.03
Ap---单桩截面面积,㎡;
Ae---桩有效面积,㎡;
m---面积置换率;
2.2.1.确定CFG桩的单桩承载力Ra
根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94),查出各层岩土桩基参数代入下式:
Ra-单桩竖向承载力标准值,kN;
Up-桩的周长,m;
qski-第i层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力标准值,可按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)取值,kpa;
hi-第i层土,m;
qPk-与土性和施工工艺有关的极限端阻力标准值,可按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)取值,kpa;
Ra=1378kN
2.2.2确定复合地基承载力标准值fspkk
fspk=mRa/Ap+αβ(1-m)f
fspk-复合地基承载力标准值,kpa;
fk-天然地基承载力标准值,kpa;
m-面积置换率;
n-桩土应力比;
Ap-单桩截面面积,㎡;
α-桩间土强度提高系数,α=fsk/fk;
fsk为加固后桩尖土的承载力标准值,可取α=1;
β-桩间土强度发挥系数,β=0.75~0.95,天然地基承载力高时取大值,取β=0.8;
fspk=342kpa.对fspk进行修正
fa=fspk+γo(d-1.5)
fa-复合地基的承载力,kpa;
γo-基底以上地基土的加权重度,kN/m3;
d-复合地基的埋深。
m;
代入数值的γo=17.2kN/m3
则fa=384kpa
2.2.3CFG桩复合地基变形计算
2.2.3.1加固区变形量s1的计算
按复合地基模量计算变形
ζ-加固区土的模量提高系数
n-加固区范围内土层分层数;
p0-基础底面处的附加压力
p0=p-γmh
p-基底平均压力,
γm-基底标高以上天然土层的加权重度,kN/m3;
h-从天然地面算起的基础埋深,m;
得p0=190kpa
Zi、Zi-1-基础底面至基础底面第i层土、第i-1层土地面的距离,m;
αi、αi-1-基础底面计算点至基础底面第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数,可查表
加固区沉降量计算见下表:
加固区
12
32
64
5.24
0.9928
5.20
1.22
19
73
7.24
0.5792
0.9832
7.12
1.92
27.07
13
86
9.24
0.7392
0.9695
8.96
1.84
99
10.81
0.8648
0.9569
10.34
1.48
10
109
12.7
1.016
0.9313
11.93
1.59
9.92
139
14
1.12
0.9256
12.96
1.0
14.4
152
2.2.3.2下卧层沉降量
下卧层沉降量计算见下表
下卧层
2.2.4确定Zn
由下表z=14m深度范围内的计算沉降量Si=152mm,相对于13.0m~14.0m土层的计算沉降量
≤0.025
值
b(m)
≤2
2<b≤4
4<b≤8
8<b≤15
15<b≤30
b>30
(m)
0.3
0.6
0.8
1.2
1.5
2.2.5确定
Mpa
式中:
—沉降计算深度范围内压缩模量的当量值;
—第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值
=Ai-Ai-1
由下表得
=15.5Mpa的Ψs=0.368
变形沉降计算系数
/Mpa
2.5
4.0
7.0
15.0
20.0
Ψ
1.1
0.7
0.4
0.2
复合地基最终沉降变形量:
得S=106mm
根据《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)建筑物的地基允许变形值为200mm。
经验算强度及变形满足要求。
由计算得知两种方案都能满足建筑物的地基允许变形值和结构要求,但是钻孔灌注桩的工程造价比较高,一般情况下,和桩基相比可以节省工程造价1/3~1/2.经过对大量工程实例的研究发现相同条件下,CFG桩的经济效益是非常显著的,而地基处理的效果也是非常理想的.
3、CFG桩施工方案和设计
3.1、CFG桩的设计计算
设计桩径:
D=400mm
设计有效桩长:
L=14m
面积置换率:
m=3%
CFG桩材料强度:
C20
桩端进入第⑥层细砂层≥1.0m
3.2、褥垫层的铺设
为了调整基底下应力的分布状况,更大程度的发挥桩间土的承载作用,褥垫层设计厚度为20㎝,以5~10㎜的级配碎石铺设。
3.3施工方法
本工程拟采用长螺旋钻孔泵压混合料成桩法进行施工。
施工时,首先用长螺旋钻钻孔达到预定标高,然后提升钻杆,同时用高压泵将桩体混合料通过高压管路及长螺旋钻杆内关押到孔内成桩。
这一工艺具有低噪音、无泥浆污染的优点,是一种很有发展前途的施工方法。
每台桩机应配备相应的混凝土搅拌机、施工机具和施工人员,施工时成为独立的集体,以减少相互间的干扰。
考虑挤土效应,施工时应该首先进行短桩施工,然后进行长桩施工,这样能保证长桩的桩身质量以及桩的连续性。
(1)桩机进场,根据设计桩长、钻孔到入土深度,并进行设备组装。
(2)桩机就位,确保垂直度偏差不大于1%。
(3)启动马达钻孔到预定标高,停机。
(4)停机后立即向管内投料,直到混合料与启动马达,留振5~10s开始拔管,拔管速率一般为1.2~1.5m/min,拔管过程中不允许反插。
确认成桩符合设计要求,用粒状材料或湿粘性土封顶,然后移机进行下一根桩的施工。
桩尖
采用预制钢筋混凝土桩尖,按照有关规范进行预制进料口齐平。
3.4施工工艺流程图
边泵送砼边提钻
清理钻具
成桩
试块送验
试块制作
试块养护
混合料泵送
混合料搅拌
计量配料
螺旋成孔
施工准备
钻机就位
测量放线定桩位
3.5施工准备工作
3.5.1施工前应具备的资料和条件
(1)建筑物场地工程地质报告书;
(2)建筑场地邻近的高压电缆、电话线、地下管线、地下构筑物及障碍物等调查资料;
(3)组织施工设备及施工人员进场;
(4)复核建设单位提供的测量控制点;
(5)检查施工场地的“三通一平”情况,场地平整工作须开工前甲方完成;
(6)组织施工技术人员审阅施工图纸并进行技术交底;
(7)审查图纸,提材料计划,组织材料进场
3.5.2施工技术措施内容
(1)确定施工机具和配套设备;
(2)材料供应计划,标明所用材料的规格、技术要求和数量;
(3)试成孔应不少于2个,以复核地质资料以及设备、工艺是否适宜,核定选用的技术参数;
(4)确定施打顺序;
3.6主要机械设备投入和人员安排见下表
主要机械设备计划见下表:
序号
设备名称
型号、规格
单位
数量
备注
1
长螺旋CFG桩机jiji机
台
滚筒式搅拌机
出料容量250L
3
电焊机
5
手推车
辆
经纬仪
J2
1
6
水准仪
AM-24
人员安排见下表
机构
岗位
人数
主要职责
项
目
经
理
部
项目经理
主持全面工作,负责对外联系、施工组织、任务安排财务,对质量、安全、工期、成本负责。
项目
副经理
施工现场各工序协调,对质量、效率负责。
项目总工
施工工艺应用及改进,技术监理,质量控制,对质量负责。
安全员
负责职工的安全教育及工地安全检查工作,督促执行安全操作规程及现场标准化建设,工地保卫工作。
核算员
收入管理,成本核算,并负责核实采购价格,负责食堂管理。
技
术
组
质检员
施工质量监督检查,负责施工过程记录,负责检验工序质量。
测量员
桩位测量放线,桩位施放与复测,对桩孔偏差负责。
成机
桩台
机长
明确工艺技术要求,操作钻机,做到安全、文明生产。
班长
做到安全、文明生产,掌握提钻速度与砼灌注量的匹配。
钻工
清理孔口泥土及钻具上的泥土。
搅
拌
站
搅拌工
搅拌混凝土,负责计量配料及混凝土搅拌质量。
泵送工
泵送混凝土,对混凝土泵送质量的检查。
制笼工
负责钢筋笼的制作。
设备
维修
维修工
制定设备检修计划,设备维修保养,施工中设备点检。
电工
电器安装维修,安全用电。
材料组
库管员
材料入库、验收、发放,对材料的质量、数量检查验收负责。
材料员
负责四大材及小材料进货,对材料价格、质量数量负责。
3.8、混凝土的制备
混凝土的配制严格按试验室确定的配合比进行,原材料的加入量严格进行计量;
原材料的投料顺序为石子、砂、水泥、粉煤灰、水。
每m3混合材料的配比为:
粉煤灰0.25m3、石屑0.6m3、2~4cm碎石0.65m3、水泥425#100kg;
搅拌时应严格控制搅拌时间,每盘混合料搅拌时间不得少于3分钟,以保证搅拌质量。
混凝土搅拌好后,按要求进行坍落度测试和试块制作。
4.质量、安全及文明保证措施
4.1质量保证措施
4.1.1原材料的控制
(1)水泥
水泥采用矿渣水泥,水泥进场必须有出厂检验单和合格证,按其品种、标号、包装和出厂日期进行检查验收,并送试验室进行复检,过期水泥和有结块水泥禁止进场使用。
水泥的保管必须上盖下垫,选用地势较高、排水良好的场地,防止水泥受潮雨淋。
(2)骨料
骨料进场时应进行严格检查验收,并及时送试验室检验,合格后方可使用。
骨料堆放场地要进行平整清理,以免杂物等混入。
4.1.2成桩控制
①钻机安放要平稳,桩尖对正桩位桩机定位:
由现场指挥人员完成,钻孔的垂直度不大于1%;
调整好桩位后,使钻杆垂直度符合规范要求。
②成桩
采用长螺旋钻机的对好位后开始钻进,边钻进边排土,钻到设计深度后,开启搅拌机和砼泵,将搅好的砼,由砼泵送到孔
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