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1、CFG樁復合地基施工方法之一振動沉管CFG樁復合地基是天然地基中設置一定比例的增強體,并由原土和增強體共同承擔由基礎傳來的建筑物荷載。這樣一種人工地基稱為復合地基。增強體是由強度和模量相對原地基土高的材料組成,習慣上將縱向增強體稱作樁。例如碎石組成的縱向增強體叫碎石樁；由水泥和土攪拌形成的縱向增強體叫水泥土樁；由水泥、粉煤灰、碎石組成的縱向增強體叫水泥粉煤灰碎石樁。水泥粉煤灰碎石樁(cementflyashgravel pile簡稱CFG樁)是由碎石、石屑、砂和粉煤灰摻適量水泥加水拌和,用各種成樁機械在地基中制成的強度等級為C5C25的樁.亦即這種處理方法是通過在碎石樁體中添加以水泥為主的膠結2、材料，添加粉煤灰是為增加混合料的和易性并有低強度等級水泥的作用，同時還添加適量的石眉以改善級配，使樁體獲得膠結強度并使散體轉化為具有某些柔性樁或剛性樁特點的高粘結強度樁，由CFG樁、樁間土和褥摯層一起構成復合地基，如圖1所示。圖1 CFG樁復合地基示意圖CFG樁復合地基成套技術，是在20世紀80年代由中國建筑科學研究院地基所立題開始試驗研究而開發的一項新的地基加固技術，經過十多年的研究和推廣應用，使其在我國的基本建設中起到了非常重要的作用，該技術已在全國23個省、市廣泛推廣應用,據不完全統計，該技術已在上千個工程中應用.CFG樁復合地基技術從最初應用于多層建筑發展到廣泛應用于高層和超高層建筑地3、基處理,并成為某些地區應用最普遍的地基處理方法之一，就目前掌握的資料，CFG樁可加固從多層建筑到30層以下的高層建筑,從民用建筑到工業廠房均可使用。就工程類型而言,有工業與民用建筑，也有高聳構筑物，有多層建筑，也有高層建筑;結構型式有磚混結構、框架結構、剪力墻結構，也有外框內筒結構；基礎形式有條形基礎、獨立基礎也有箱基和筏基；有濱海一帶的軟土，也有承載力在200kPa左右的較好的土。 大量工程實踐表明，CFG樁復合地基設計,就承載力而言不會有太大的問題，可能出問題的是CFG樁的施工。了解CFG樁施工技術的發展、不同工藝的特點，可使設計人員對CFG樁施工工藝有一個較全面的認識，便于在方案選擇、設4、計參數的確定以及施工措施上考慮得更加全面。CFG樁復合地基于1988年提出并用于工程實踐，首先選用的是振動沉管 CFG樁施工工藝，是由于當時振動沉管打樁機在我國擁有量最多，分布的地區也最普遍。 振動沉管CFG樁施工工藝屬于擠土成樁工藝，適用于粘性土、粉土、素填土，軟土地基應通過現場試驗確定其適用性。它具有施工操作簡便、施工費用較低、對樁間土的擠密效應顯著等優點。采用振動沉管 CFG樁施工工藝施工的 CFG樁復合地基可以提高地基承載力、減少地基變形以及消除地基液化，先后應用于南京造紙廠輕涂膠印車間、浦鎮車輛廠住宅樓、薊縣電廠冷卻塔、山東省德州地區醫藥管理局綜合住宅樓等千余棟多層、高層建筑及工業廠5、房的地基處理工程.振動沉管CFG樁施工工藝為CFG樁復合地基的發展和推廣應用起到了十分重要的作用。到目前,該工藝依然是CFG樁主要施工方法之一,主要應用于地基處理要求對土質具有擠密作用或預震作用的工程,空曠地區或施工場地周圍沒有管線、精密設備以及不存在擾民的地基處理工程。 眾所周知，振動沉管打樁機成樁也有其缺點，施工時控制不好，可能會發生縮頸和斷樁.據統計，振動沉管施打的灌注樁事故率高達25%，為了解決振動沉管打樁機施工可能產生的質量問題，1988N1992年中國建筑科學研究院承擔并完成了建設部下達的CFG樁成樁工藝試驗研究專題.對諸如拔管速度、合理樁距、施打順序、混合料坍落度、保護樁長、褥墊6、層鋪設以及如何進行施工監測等進行了試驗研究，取得了可喜的研究成果，對CFG樁復合地基成套技術在全國的推廣起到了重要作用。下面主要介紹振動沉管CFG樁的的施工工藝.1 施工設備打樁時用的鋼筋混凝土預制樁尖和鋼制活瓣樁尖。國產振動沉管機，使用得比較多的是浙江瑞安建筑機械廠和蘭州建筑通用機械總廠生產的設備,入下圖所示。2 施工順序2。1施工準備施工前應具備下列資料和條件：1）建筑物場地工程地質勘察報告;2)CFG樁布樁圖。圖應注明樁位編號以及設計說明和施工說明。3）建筑場地鄰近的高壓電纜、電話線、地下管線、地下構筑物及障礙物等調查資料。4）建筑物場地的水準控制點和建筑物位置控制坐標等資料。5）具備“7、三通一平”條件。施工技術措施包括以下內容:1）確定施工機具和配套設備。2）材料供應計劃.標明所用材料的規格、技術要求和數量。3)試成孔應不少于兩個，以復核地質資料以及設備、工藝是否適宜，核定選用的技術參數。4）按施工平面圖放好樁位，若采用鋼筋混凝土預制樁尖,需埋入地表以下30cm左右:5）確定施打順序。 6)復核測量基線、水準點及樁位、CFG樁的軸線定位點,檢查施工場地所設的水準點是否會受施工影響. 7)振動沉管機沉管表面應有明顯的進尺標記，并以米為單位。2.2 CFG樁施工 1）樁機進人現場，根據設計樁長、沉管人土深度確定機架高度和沉管長度，并進行設備組裝. 2）樁機就位，調整沉管與地面垂直8、，確保垂直度偏差不大于l。 3）啟動馬達，沉管到預定標高,停機。 4）沉管過程中做好記錄，每沉lin記錄電流表上的電流一次，并對土層變化處予以說明。 5）停機后立即向管內投料，直到混合料與進料口齊平。混合料按設計配比經攪拌機加水拌和,拌和時間不得少于lmin，如粉煤灰用量較多，攪拌時間還要適當延長。加水量按坍落度35。m控制,成樁后浮漿厚度以不超過20。m為宜. 6）啟動馬達，留振510s，開始拔管，技管速率一般為1。21.5m/min(拔管速度為線速度,不是平均速度）， 如遇淤泥或淤泥質土，拔管速率還應放慢.拔管過程中不允許反插。如上料不足，須在拔管過程中空中投料,以保證成樁后樁頂標高達到設9、計要求. 7）沉管拔出地面，確認成樁符合設計要求后，用粒狀材料或濕粘性土封頂。然后移機進行下一根樁的施工. 8）施工過程中，抽樣做混合料試塊,一般一個臺班做一組（3塊）， 試塊尺寸為15cm15cm 15cm，并測定28天抗壓強度。3 施工中常見的幾個問題3。1施工擾動土的強度降低 振動沉管成樁工藝與土的性質具有密切關系。就擠密性而言，可將地基土分為三大類：其一為擠密性好的土，如松散填土、粉土、砂土等；其二為可擠密性土，如塑性指數不大的松散的粉質粘土和非飽和粘性土；其三為不可擠密土，如塑性指數高的飽和軟粘土和淤泥質土。 需要著重指出的是，土的密實度對土的擠密性影響很大。我們知道，密實的砂土或粉10、土會振松；松散的砂土或粉土可振密.因此討論土的擠密性時，一定要考慮加固前土的密實度。 例如，盤錦地區某工程，地基土為粉質粘土,天然地基承載力為200 kPa，勘察部門 誤認為只有120kPa，設計要求180kPa，采用擠密碎石樁加固方案，選用振動沉管打樁機施工，施工后地表隆起3050cm，做復合地基靜載試驗，發現承載力只有150 kPa.為考察加固效果，在擬建場地之外補做了6臺天然地基靜載試驗，證實天然地基承載力為205kPa（6臺試驗平均值)也就是說采用振動沉管成樁工藝,對密實度較高的土，振動使土的結構強度破壞、密度減小,承載力反而下降了25。3。2縮頸和斷樁 在飽和軟土中成樁,當采用連打作11、業時，新打樁對已打樁的作用主要表現為擠壓,使得已打樁被擠成橢圓形或不規則形，嚴重的產生縮頸和斷樁。 在上部有較硬的土層或中間夾有硬土層的土中成樁，樁機的振動力較大，對已打樁的影響主要為振動破壞。采用隔樁跳打工藝，若已打樁結硬強度又不太高,在中間補打新樁時,已打樁有時被振裂，且裂縫一般與水平成030角。3。3樁體強度不均勻 樁機卷揚系統提升沉管線速度太快時,為控制平均速度,一般采用提升一段距離，停下留振一段時間，非留振時，速度太快可能導致縮頸斷樁.拔管太慢或留振時間過長,都會使得樁的端部樁體水泥含量較少，樁頂浮漿過多，而且混合料也容易產生離析，造成樁身強度不均勻。3.4樁料與土的混合 當采用活瓣12、樁靴成樁時，可能出現的問題是樁靴開口打開的寬度不夠,混合料下落不充分，造成樁端與土接觸不密實或樁端一段樁徑較小。 若采用反插辦法，由于樁管垂直度很難保證，反插容易使土與樁體材料混合，導致樁身摻土等缺陷。4 施工工藝研究成果4.1拔管速率 試驗表明，拔管速率太快將造成樁徑偏小或縮頸斷樁。在南京浦鎮車輛廠工地做了三種拔管速率的試驗。 其一為1。2m/min，成樁投料量為1。8m3，成樁后挖開，測得樁徑為38cm（沉管為377管）。 其二為2.5m/min，投人管內料亦為1。8m3，沉管拔出地面后，有大約0。2m3的混合料被帶到地表。開挖后測得樁徑為36cm。 其三為0。8m/min，成樁后發現樁頂13、浮漿較多。 在薊縣電廠曾做了較長時間留振試驗,拔管速率也很慢（0。8m/min），開挖至樁端發現，樁端石子沒能被水泥漿包住，強度較低。大量工程實踐得出的結論是,拔管速率為1.21。5 m/min是適宜的。 應該指出，這里說的拔管速率不是指平均速度。除啟動后留振510s之外,拔管過程中不再留振，也不得反插。 國產振動沉管機拔管速率都較快，可以通過增加卷揚系統中滑輪組的動滑輪數量來改變拔管速度。也可通過電動機一變速箱系統來實現.4。2合理樁距 樁距的合理性在于樁、樁間土承載力能否很好地發揮，施工時新打樁對已打樁是否產生不良影響，經濟上是否合理。 試驗表明，其它條件相同時，樁距越小，復合地基承載力越14、大；當樁距小于4倍樁徑后,隨樁距的減少，復合地基承載力的增長率明顯下降。從樁、土作用的發揮考慮，.以樁距大于4倍樁徑為宜. 施工過程中,無論是振動沉管還是振動拔管,都將對周圍土體產生擾動或擠密，振動的影響與土的性質密切相關,擠密效果一好的土，施工時振動可使土體密度增加，場地發生下沉；不可擠密的土則要發生地表隆起，樁距越小，隆起量越大，以至于使已打的樁產生縮預或斷樁。樁距越大,施工質量越容易控制.但應針對不同的土性，分別加以考慮。 基礎型式也是值得注意的一個因素,對一般單、雙排布樁的條形基礎，或面積不大而樁數不多的獨立基礎，樁距可適當取小一些；對滿堂布樁而面積大的筏基、箱基以及多排布樁的條基，樁15、距應適當放大。 此外，地下水位高、土的滲透性差或土體密度大時，樁距也應用的大一些。表1為振動沉管機施工的樁距選用表，可供設計參考。 表1 樁距選用表當設計要求的承載力較高、樁距過大,不能滿足承載力要求而必須縮小樁距時，可考慮采用螺旋鉆孔機預鉆孔的措施.引孔直徑一般要小于沉管的外徑，并視樁距和土性而定。4。3施打順序 在設計樁的施打順序時,主要考慮新打樁對已打樁的影響。 施打順序大體可分為兩種類型，一是連續施打，如圖2-(a)所示，從1號樁開始，依次2號、3號、，連續打下去；二是間隔跳打，可以隔一根樁，也可隔多個樁打。如圖2-（b)所示，先打1、3、5、，后打2、4、6。圖2 樁的施打順序示意圖16、 連續施打可能給樁造成的缺陷是樁被擠扁或縮頸。如果樁距不太小,混合料尚未初凝，連打一般較少會發生樁完全斷開的情況 隔樁跳打，先打樁的樁徑較少發生縮小或縮頸現象。但土質較硬時，在已打樁中間補打新樁時，已打的樁可能發生被振裂或振斷。 施打順序與土性和樁距有關，在軟土中，樁距較大，可采用隔樁跳打；在飽和的松散粉土中施工，如果樁距較小，不宜采用隔樁跳打方案。因為松散粉土振密效果較好，先打樁施工完后，土體密度會有明顯增加，而且打的樁越多，土的密度越大,樁越難打。在補打新樁時，一是加大了沉管的難度，二是非常容易造成已打的樁成為斷樁。 對滿堂布樁，無論樁距大小，均不宜從四周轉圈向內推進施工。因為這樣限制了樁17、間土向外的側向變形，容易造成大面積土體隆起，斷樁的可能性增大?？刹捎脧闹行南蛲馔七M的方案，或從一邊向另一邊推進的方案。 對滿堂布樁，無論如何設計施打順序,總會遇到新打樁的振動對已結硬的已打樁的影響，樁距偏小或夾有比較堅硬的土層時，亦可采用螺旋鉆機預引孔的措施，以減少沉、拔管時對樁的振動力。4.4混合料坍落度 大量工程實踐表明，混合料坍落度過大，。樁頂浮漿過多,樁體強度也會降低。坍落度控制在35cm，和易性很好，當拔管速率為1。21。5m/min時，一般樁頂浮漿可控制在10cm左右，成樁質量容易保證。4.5保護樁長 所謂保護樁長是指成樁時預先設定加長的一段樁長，基礎施工時將其鑿掉。 保護樁長是基18、于以下幾個因素而設置的： 1）成樁時樁頂不可能正好與設計標高完全一致，一般要高出樁頂設計標高一段長度。 2）樁頂一段由于混合料自重壓力較小或由于浮漿的影響，靠樁頂一段樁體強度較差。 3）已打樁尚未結硬時，施打新樁可能導致已打樁受振動擠壓，混合料上涌使樁徑縮小。如果已打樁混合料表面低于地表較多，則樁徑被擠小的可能性更大，增大混合料表面的高度即增加了自重壓力，可使抵抗周圍土擠壓的能力提高,特別是基礎埋深很大時，空孔太長，樁徑很難保證。綜上所述，保護樁長必須設置,并建議遵照如下原則:1）設計樁頂標高離地表的距離不大時（不大于1.5m)保護樁長可取5070cm，上部再用土封頂；2）樁頂標高離地表的距離19、較大時，可設置70100cm的保護樁長，上部再用粒狀材料封頂，直到接近地表。5 施工質量控制措施5.1 施工前的工藝試驗施工前的工藝試驗，主要是考查設計的施打順序和樁距能否保證樁身質量.工藝試驗也可結合工程樁施工進行，并需做如下兩種觀測:1）新打樁對未結硬的已打樁的影響。在已打樁樁頂表面埋設標桿，在施打新樁時量測已打樁樁頂的上升量,以估算樁徑縮小的數值,待已打樁結硬后，開挖檢查其樁身質量并量測樁徑。2）新打樁對結硬的已打樁的影響。在已打樁尚未結硬時,將標桿埋置在樁頂部的混合料中，待樁體結硬后，觀測打新樁時已打樁樁頂的位移情況。 對擠密效果好的土，比如飽和松散的粉土，打樁振動會引起地表的下沉，樁20、頂一般不會上升，斷樁可能性小，當發現樁頂向上的位移過大時，樁可能發生斷開。若向上的位移不超過1cm，斷樁的可能性很小。5。2 施工監測 信息施工能及時發現施工過程中的問題，可以使施工管理人員有根據地進行決策,對保證施工質量是至關重要的。 施工過程中，特別是施工初期應做如下的一些觀測: 1）施工場地標高觀測。施工前要測量場地的標高，注意測點應有足夠的數量和代表性.打樁過程中隨時測量地面是否發生隆起，因為斷樁常常和地表隆起相聯系. 2）樁頂標高的觀測。施工過程中要注意已打樁樁頂標高的變化,特別要注意觀測樁距最小部位的樁. 3)對樁頂上升量較大的樁或懷疑發生質量事故的樁要開挖查看。5。3 逐樁靜壓 21、對重要工程或通過施工監測發現樁頂上升量較大，且樁的數量較多時，可采用逐個樁快速靜壓,以消除可能出現的斷樁對復合地基承載力造成的不良影響。這一技術在沿海一帶被廣泛采用，當地稱之為“跑樁”。 靜壓樁機就是用打樁的沉管機，在沉管機樁架上配適量壓重，配重的大小按可施于樁的壓力不小于1.5倍樁的設計荷載為準，當樁身達到一定強度后即可進行逐樁靜壓，每個樁的靜壓時間一般為3min. 靜壓樁的目的在于將可能發生已脫開的斷樁接起來，使之能正常傳遞垂直荷載。這一技術對保證復合地基樁能正常工作和發現樁的施工質量問題是很有意義的。 當然不是所有的工程都必須逐樁靜壓,通過嚴格的施工監測和施工質量控制，施工質量確有保證的，可以不進行逐樁靜壓。 此外，靜壓荷重不一定都用1.2倍樁承載力，要視具體情而定，中國建筑科學研究院地基所采用小噸位“跑樁”也很成功。5.4 靜壓振拔技術 所謂靜壓振拔就是沉管時不啟動馬達，借助樁機自身的重量，將沉管沉至預定標高。填滿料后再啟動馬達振動拔管。 對飽和軟土，特別是塑性指數較高的軟土,振動將引起土體孔隙水壓力的上升，土的強度降低.振動歷時越長，對土和已打樁的不利影響越嚴重。在軟土地區施工時,采用靜壓振拔技術對保證施工質量是有益的。