土木(建筑)基础工程课件--第五章地基处理(第四讲

5.6水泥土搅拌桩法5.6.1概述5.6.2加固机理5.6.5水泥土搅拌桩的设计5.6.3水泥土搅拌桩的特点5.6.4水泥土搅拌桩的施工9/20/2021基础工程课件 5.6.1概述1.定义:水泥土搅拌桩法是以水泥等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂(浆体或粉体)和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。2.适用于：正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土地基。3.分类：水泥土搅桩拌法分为深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称干法)。9/20/2021基础工程课件 深层搅拌法：利用水泥（或石灰）作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在一定的深度范围内把地基土与水泥（或其他固化剂）强行搅拌，固化后形成具有水稳定性和足够强度的水泥土，制成桩体、块体和墙体等加固体，并与地基土共同作用，提高地基的承载力，改善地基变形特性的一种地基处理方法，称为深层搅拌法，简称为CDM法。9/20/2021基础工程课件 深层搅拌法的发展历史：20世纪40年代首创于美国，国内于1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院研制，1978年生产出第一台深层搅拌机，并于1980年在上海宝山钢铁总厂软基加固中获得成功。9/20/2021基础工程课件 9/20/2021基础工程课件 深基坑围护水泥搅拌桩机9/20/2021基础工程课件 深层搅拌桩施工现场9/20/2021基础工程课件 9/20/2021基础工程课件 粉体喷射搅拌法（DJM）：简称为粉喷（干喷）法，这是在软土地基中，通过粉喷机械把加固材料（石灰或水泥）的粉料，用气体喷射到地基中并与土搅拌混合，使粉喷料与地基土发生化学作用，形成具有一定强度、水稳定性的加固体，应用于地基加固。9/20/2021基础工程课件 注：当地基土的天然含水率小于30%(黄土含水率小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。4.应用：水泥土搅拌桩法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基，基坑工程围护挡墙、被动区加固、防渗帷幕，大体积水泥稳定土等。9/20/2021基础工程课件 5.6.2加固机理水泥土搅拌法加固机理包括对天然地基土的加固硬化机理(微观机理)和形成复合地基以加固地基土、提高地基土强度、减少沉降量的机理(宏观机理)。1.水泥土硬化机理(微观机理)当水泥浆与土搅拌后，水泥颗粒表面的矿物很快与黏土中的水发生水解和水化反应，在颗粒间形成各种水化物。这些水化物有的继续硬化，形成水泥石骨料，有的则与周围具有一定活性的黏土颗粒发生反应。通过离子交换和团粒化作用使较小的土颗粒形成较大的土团粒；通过硬凝反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，从而使土的强度提高。9/20/2021基础工程课件 此外，水泥水化物中的游离Ca(OH)2能吸收水中和空气中的CO2，发生碳酸化反应，生成不溶于水的CaCO3，这种碳酸化反应也能使水泥土增加强度。通过以上反应，使软土硬结成具有一定整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土。9/20/2021基础工程课件 2.复合地基加固机理(宏观机理)通过特制的施工机械，在土中形成一定直径的桩体，与桩间土形成复合地基承担基础传来的荷载，可提高地基承载力和改善地基变形特性。有时，当地基土较软弱、地基承载力和变形要求较高时，也采用壁式加固，形成纵横交错的水泥土墙，形成格栅形复合地基。甚至直接将拟加固范围内土体全部进行处理，形成块式加固实体。9/20/2021基础工程课件 5.6.3水泥土搅拌桩的特点(1)在地基加固过程中无振动、无噪声、对周围环境无污染，对软土无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小；(2)可根据上部结构需要灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等多种加固形状；(3)可有效提高地基强度(当水泥掺量为8%和10%时，加固体强度分别为0.24MPa和0.65MPa，而天然软土地基强度仅0.006MPa)；(4)施工机具比较简单，施工期较短，造价低廉，效益显著。9/20/2021基础工程课件 5.6.4水泥土搅拌桩的施工（一）粉体喷射搅拌法(粉喷桩法)1.施工方法：通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到预计孔底后，用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料）以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加固料与软土原位搅拌混合，自下而上边搅拌边喷粉，直到设计停灰标高。为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌。2.施工作业顺序（见下页）9/20/2021基础工程课件 粉体喷射搅拌施工作业顺序a）搅拌机对准桩位；b）下钻；c）钻进结束d）提升喷射搅拌e）提升结束9/20/2021基础工程课件 3.优、缺点优点：以粉体作为主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高，可以根据不同土的特性、含水量、设计要求合理选择加固材料及配合比，对于含水量较大的软土，加固效果更为显著；施工时不需高压设备，安全可靠，如严格遵守操作规程，可避免对周围环境产生污染、振动等不良影响。缺点：是于目前施工工艺的限制，加固深度不能过深，一般为8-15m。9/20/2021基础工程课件 （二）深层水泥搅拌法1.施工方法：用回转的搅拌叶将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成水泥加固体。搅拌机由电动机、中心管、输浆管、搅拌轴和搅拌头组成，并有灰浆搅拌机、灰浆泵等配套设备。我国生产的搅拌机现有单搅头和双搅头两种，加固深度达30m形成的桩柱体直径60cm-80cm。2.施工过程（见下页）9/20/2021基础工程课件 深层搅拌法施工过程9/20/2021基础工程课件 3.优点与粉体喷射搅拌法相比有其独特的优点：1.加固深度加深；2.由于将固化剂和原地基软土就地搅拌，因而最大限度利用了原土；3.搅拌时不会侧向挤土，环境效应较小。9/20/2021基础工程课件 5.6.5水泥土搅拌桩的设计1.对地质勘察的要求确定处理方案前应搜集拟处理区域内详尽的岩土工程资料，包括：(1)填土层的厚度和组成；(2)软土层的分布范围、分层情况；(3)地下水位及酸碱度(pH值)；(4)土的含水率、塑性指数和有机质含量等。2.布桩型式的选择布桩型式可根据上部结构特点及对地基承载力和变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状或块状等不同形式。桩可只在基础平面范围内布置，独立基础下的桩数不宜少于3根。柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩形式。9/20/2021基础工程课件 3.桩长和桩径的确定竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧以下2m。湿法的加固深度不宜大于20m；干法的加固深度不宜大于15m。水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。4.地基承载力特征值仅介绍《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）推荐的方法。9/20/2021基础工程课件 水泥土复合地基承载力特征值可按下式计算：—桩间土承载力折减系数，可取0.5-0.9；式中：fspk、fsk—分别为复合地基、桩间土承载力特征值（kPa）；Ap—水泥土桩的截面面积；m-复合地基的面积置换率；Ra—水泥土桩的单桩体竖向承载力特征值；有现场载荷试验确定，或取下两式计算结果的较小值；9/20/2021基础工程课件 —与设计的水泥土配比相同的立方体试块(边长70.7mm或50mm)在室内测定的无侧限抗压强度平均值(kPa)；—桩端土的天然地基承载力特征值(kPa)，按《建筑地基基础设计规范》(GB5007—2002)规定确定；—桩周土的摩阻力特征值。对淤泥可取4～7kPa；对淤泥质土可取6～12kPa；对软塑状态的黏性土可取10～15kPa；对可塑状态的黏性土可取12～18kPa；9/20/2021基础工程课件 —折减系数，可取0.4～0.6；—桩身强度折减系数，干法可取0.20～0.30；湿法可取0.25～0.33。—桩周长；9/20/2021基础工程课件 5.7高压喷射注浆法5.7.1高压喷射注浆法概况5.7.2高压喷射注浆法概念及适用性5.7.6设计要点5.7.3高压喷射注浆法的分类5.7.4高压喷射注浆法的特征5.7.5加固机理9/20/2021基础工程课件 5.7高压喷射注浆法5.7.1高压喷射注浆法概况高压喷射注浆法在20世纪60年代末期创始于日本，它是将高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切削土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。我国于1975年首先在铁道部门进行单管法的试验和应用，1977年原冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功，1986年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺—干喷法。9/20/2021基础工程课件 经过多年的实践和发展，高压喷射注浆法已成为我国常用的一种施工方法，这种地基处理方法已分别列入我国两个标准：《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)和《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—1999)中。9/20/2021基础工程课件 1.概念它是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以20MPa左右的高压将加固用浆液(一般为水泥浆)从喷嘴喷射出冲击土层，土层在高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下；与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。5.7.2高压喷射注浆法概念及适用性9/20/2021基础工程课件 2.适用性：高压喷射注浆法适用于砂类土、粘性土、湿陷性黄土、淤泥和人工填土等多种土类，加固直径(厚度)为0.5m～1.5m，固结体抗压强度(325号水泥三个月龄期)加固软土为(5-10)MPa，加固砂类土为(10-20)MPa。对于砾石粒径过大，含腐殖质过多的土加固效果较差；对地下水流较大，对水泥有严重腐蚀的地基土也不宜采用。9/20/2021基础工程课件 5.7.3高压喷射注浆法的分类1.根据喷射流的移动方式：高压喷射注浆法可分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种类别。高压喷射注浆法所形成的加固体形状与喷射流的移动方式有关。旋喷法施工时：喷嘴一边喷射一边提升并旋转，加固体呈圆柱状或圆盘状。定喷法施工时：喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定不变，加固体呈板状或壁状。摆喷法施工时：喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，加固体呈较厚墙状。9/20/2021基础工程课件 9/20/2021基础工程课件 2.根据注浆管的类型：高压喷射注浆法又可分为单管法、双管法、三管法和多管法等四种施工方法。单管法的特点是用单层注浆管喷射，只喷射水泥浆液一种介质。由于喷射流在土中衰减快，破碎土的射程较短，成桩直径较小，一般为0.3～0.8m。双管法的特点是用双层注浆管喷射，喷射高压水泥浆液和压缩空气，或喷射高压水泥浆液和高压水两种介质，成桩直径1.0m左右。9/20/2021基础工程课件 多管法的特点是用多重管喷射，喷射超高压力水射流，切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空间的直径和形状，最后根据工程要求选用浆液、砂浆、砾石等材料进行填充。成桩直径可达4m。三管法的特点是用三层注浆管喷射，喷射高压水流与气流复合喷射流，喷射高压水、压缩空气及高压水泥浆液三种介质由于高压水流和气流的作用，使地基中一部分土粒随着水、气排出地面，高压水泥浆流随之填充空隙。成桩直径较大，一般有1.0～2.0m，但成桩强度较低。9/20/2021基础工程课件 5.7.4高压喷射注浆法的特征(1)适用范围较广。可用于既有建筑和新建建筑的地基加固，深基坑、地铁等工程的土层加固或防水。(2)适用土层较多。适用范围从淤泥、淤泥质土到碎石土，均有良好的加固效果。(3)施工简便灵活。设备较简单、轻便，机械化程度高，全套设备紧凑，体积小，机动性强，占地少，能在狭窄场地施工；操作容易，管理方便，速度快，效率高，用途广泛，成本低。(4)可控制加固体的形状和加固范围。(5)耐久性好，可用于永久性工程中。(6)环保效果好。用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体，施工噪声低，振动小。9/20/2021基础工程课件 1.加固机理：1）高压喷射流对土体的破坏作用破坏土体的结构强度的最主要因素是喷射动压，为了取得更大的破坏力，需要增加平均流速，也就是需要增加旋喷压力，一般要求高压脉冲泵的工作压力在20MPa以上，这样就使射流象刚体一样，冲击破坏土体，使土与浆液搅拌混合，凝固成圆柱状的固结体。5.7.5加固机理及其性质9/20/2021基础工程课件 喷射流在终期区域，能量衰减很大，不能直接冲击土体使土颗粒剥落，但能对有效射程的边界土产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周土紧密相依，不产生脱离现象。2）水泥与土的固结机理水泥与水拌合后，首先产生铝酸三钙水化物和氢氧化钙，它们可溶于水中，但溶解度不高，很快就达到饱和，这种化学反应连续不断地进行，就析出一种胶质物体。这种胶质物体有一部分混在水中悬浮，后来就包围在水泥微粒的表面，形成一层胶凝薄膜。所生成的硅酸二钙水化物几乎不溶于水，只能以无定形体的胶质包围在水泥微粒的表层，另9/20/2021基础工程课件 一部分渗入水中。由水泥各种成分所生成的胶凝膜，逐渐发展起来成为胶凝体，此时表现为水泥的初凝状态，开始有胶粘的性质。此后，水泥各成分在不缺水、不干涸的情况下，继续不断地按上述水化程序发展、增强和扩大。9/20/2021基础工程课件 加固机理就地形成：混合浆液=水泥浆(粉)+饱和软土团粒结构：二氧化硅(土)铝(硅)酸钙盐结晶化合物:致密充分搅拌水硬性胶凝材料与周围土体反应+自身水泥石骨架胶凝颗粒悬浮液水泥土未被粉碎的大小土团水稳定性整体性一定强度……9/20/2021基础工程课件 2.影响水泥土强度的主要因素：水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有：1）水泥掺入比水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。当aw<5%时，由于水泥与土的固化反应过弱，对于提高地基土的强度效果不明显。工程上常用的aw约为7~25%。9/20/2021基础工程课件 水泥土的强度增长率在不同的掺入量区域、不同的龄期时段内是不相同的，而且原状土不同，水泥土的强度增长率也不同。9/20/2021基础工程课件 2）龄期水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在T＞28d后强度仍有较大增长。直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期90天作为标准强度。9/20/2021基础工程课件 3）地基土的含水量当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。4）水泥标号水泥土的强度随水泥标号的提高而增大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度约增大20％～30％。9/20/2021基础工程课件 5）添加剂不同的添加剂对水泥土强度有着不同的影响，选用合适的添加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥土强度的影响程度可通过试验来确定。9/20/2021基础工程课件 6）土中的有机质含量由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固化，从而降低水泥土的强度。因此，有机质含量的增高将会明显地降低水泥土的强度。9/20/2021基础工程课件 9/20/2021基础工程课件 5.7.6设计要点1.加固体强度和范围高压喷射注浆形成的加固体强度和范围，应通过现场试验确定。当无现场试验资料时，可参照相似土质条件的工程经验估计。2.桩的平面布置竖向承载旋喷桩的平面布置可根据上部结构和基础特点确定。独立基础下的桩数一般不应少于4根。3.褥垫层设置竖向承载旋喷桩复合地基宜在基础和桩顶之间设置褥垫层，褥垫层厚度可取200～300mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于30mm。9/20/2021基础工程课件 4.地基承载力竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基荷载试验确定。当无试验资料时，按照前一节中算水泥土复合地基承载力特征值的公式来计算。9/20/2021基础工程课件 5.8土工合成材料加筋法土工合成材料是以人工合成的聚合物为原料所制成的。目前将其分为四大类，即土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料。特种土工合成材料包括土工垫、土工网、土工格栅、土工格室、土工泡沫塑料等。复合型土工合成材料是由上述有关材料复合而成。这些产品可以根据实际工程对强度、变形与透水性的不同需要制造。9/20/2021基础工程课件 格栅9/20/2021基础工程课件 9/20/2021基础工程课件 (1)产品形态：材质及制造方法、宽度、每卷的直径及重量。(2)物理性质：单位面积质量、厚度、开孔尺寸及均匀性。(3)力学性质：抗拉强度、断裂时延伸率、撕裂强度、穿透强度、握持强度、顶破强度、疲劳强度、蠕变性等。(4)水理性质：垂直向和水平向透水性、淤堵和防水性等。(5)耐久性：抗紫外线能力、化学稳定性和生物稳定性等。5.8.1土工合成材料的特性指标9/20/2021基础工程课件 (1)质地柔软，质量轻，整体连续性好；(2)施工方便，造价较低，抗拉强度高，没有显著的方向性，各向强度基本一致；(3)耐磨、耐腐蚀、耐久和抗微生物侵蚀性好，不易霉烂和虫蚀。(4)材料为工厂制品，可根据需要制成透水材料和不透水材料。(5)土工合成材料存在抗紫外线(老化)能力较低的缺点，但如果埋在土中，不受阳光紫外线照射，则不受其影响，可使用40年以上。5.8.2土工合成材料的特点9/20/2021基础工程课件 5.8.3土工合成材料在岩土工程中的应用1.排水作用透水性的土工合成材料可使水经过它的平面迅速沿水平方向排走，构成水平排水层。2.反滤作用多数透水性的土工合成材料在单向渗流的情况下，细颗粒会逐渐向滤层移动，形成一个反滤带和一层骨架网阻止细的颗粒被滤过，防止土粒的继续流失，最后趋向平衡，使土工合成材料与其相接触的部分土层共同形成一个完整的反滤体系，有效地起到反滤作用，使土体保持稳定，可用于土石坝、灰坝、尾矿坝与闸基的反滤层，取代砂石级配良好的反滤层，达到节约投资、缩短工期，保证安全使用的目的。9/20/2021基础工程课件 土工合成材料用于排水过滤的典型实例9/20/2021基础工程课件 3.隔离作用土工合成材料可设置在两种不同特性的材料之间，将它们相互隔离，避免混杂产生不良效果，并可依靠其良好特性以适应受力、变形和各种环境变化的影响而不破损。可用于公路、铁路路基作加强层，防止路基翻浆、下沉。4.加筋作用利用土工合成材料的高强度和韧性等力学性能，以及它们与土界面的摩擦与咬合，可减少填土的侧向位移和沉降，提高地基的承载力和稳定性。可用于加固土坡、堤坝、建(构)筑物地基及挡土墙。9/20/2021基础工程课件 土工合成材料加固路堤9/20/2021基础工程课件 5.防渗作用土工膜和不透水的土工合成材料可以防止液体的渗漏、气体的挥发和保护环境。可用于石坝和库区的防渗；渠道、隧道和涵管周围防渗；防止各类大型液体容器或水池的渗漏和蒸发；可用于修筑施工围堰及垃圾填埋场等。6.防护作用土工合成材料对土体或水面可起防护作用，如防止河岸或海岸冲刷；防止土体的冻害；防止水面蒸发或空气中的灰尘污染水面等。可用于河道和海港岸坡的防冲，水库、渠道的防污等。9/20/2021基础工程课件 5.9CFG桩法5.9.1基本概念5.9.2适用范围5.9.3加固原理5.9.4CFG桩复合地基的工程特性5.9.5褥垫层的作用及合理厚度5.9.6设计与计算5.9.7施工5.9.8质量检验9/20/2021基础工程课件 5.9CFG桩法5.9.1基本概念CFG桩，是水泥粉煤灰碎石桩的简称，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，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。通过调整水泥的用量及配比，可使桩体强度等级在C5～C20之间变化，最高可达C25，相当于刚性桩。由于桩体刚度很大，区别于一般柔性桩和水泥土类桩，因此，常常在桩顶与基础之间铺设一层150-300mm厚的中砂、粗砂、级配砂石或碎石，以利于桩间土发挥承载力，与桩组成复合地基。9/20/2021基础工程课件 长螺旋钻机9/20/2021基础工程课件 德州东站CFG施工9/20/2021基础工程课件 9/20/2021基础工程课件 邯郸东站CFG施工9/20/2021基础工程课件 褥垫层在水泥粉煤灰碎石桩复合地基中具有重要作用，它可起到保证桩土共同承担荷载、调整桩与土垂直及水平荷载的分担和减小基础底面的应力集中的作用。9/20/2021基础工程课件 5.9.2适用范围适用于处理黏性土、粉土、砂土和已完成自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。9/20/2021基础工程课件 5.9.3加固原理CFG桩法也是通过在地基中形成桩体作为竖向加固体，与桩间土组成复合地基，共同承担基础、回填土及上部结构荷载。当桩体强度较高时，CFG桩类似于钢筋混凝土桩，这样，在常用的几米到二十多米桩长范围内，桩侧摩阻力都能发挥，不存在柔性桩或半刚性桩存在的有效桩长的现象。因此，无论是承载力提高幅度及处理深度都较柔性桩和半刚性桩为优。9/20/2021基础工程课件 5.9.4CFG桩复合地基的工程特性1.承载力提高幅度大，可调性强由于褥垫层对桩和桩间土的变形协调作用，桩距大小不影响桩、土承载力的发挥；CFG桩的桩身强度高，可保证桩长较大时，全桩长发挥作用，充分利用土对桩的侧阻力、端阻力，不会像柔性桩、低强度桩一样受“有效桩长”的限制。因此CFG桩复合地基设计时，可以根据需要，灵活调整桩距和桩长，其承载力调整的幅度非常大。根据已有的工程实例，天然地基承载力的提高幅度从50％～400％。9/20/2021基础工程课件 2.沉降量和差异沉降控制效果好实际工程中，CFG桩的材料强度等级与普通灌注桩相近，在竖向受力时，其单桩承载力、沉降量与同等条件下的灌注桩相差无几，因此其绝对沉降量在复合地基中是最小的几种形式之一。此外由于有褥垫层的变形协调作用，基础的局部倾斜、相邻柱基的沉降差也得以减小。因此其沉降量和差异沉降量控制效果好。9/20/2021基础工程课件 3.适应范围广以地基形式而言，CFG桩既可适用于条形基础、独立基础，也可用筏基和箱形基础。就土性而言，CFG桩可用于处理黏性土、粉土、砂土和填土。既可用于挤密效果好土，也可用于挤密效果差的土。当CFG桩用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密作用、又有置换作用；当CFG桩用于不可挤密土时，承载力的提高只有置换作用。对淤泥质土和天然地基承载力较低的土，应按地区经验或通过现场试验确定CFG桩的适用性。9/20/2021基础工程课件 5.9.5褥垫层的作用及合理厚度一、作用由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下几种作用：1.保证桩、土共同承担荷载褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩向上、向下刺入的条件；即使桩端位于硬土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。2.减少基础底面的应力集中9/20/2021基础工程课件 3.褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比当基础承受水平荷载时，不同褥垫厚度、桩顶水平位移Up和水平荷载Q的关系表明，褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶受的水平荷载越小。试验表明，褥垫厚度不小于10cm时，桩体不会发生水平折断，也就是说桩在复合地基中不会失去工作能力。二、褥垫的合理厚度对刚性桩复合地基，褥垫厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需要考虑桩对基础的冲切，势必造成基础加厚。如果基础承受水平荷载，可能造成复合地基桩发生断裂。同时，桩间土承载能力不能充分发挥，必然增加桩的数量或桩长。9/20/2021基础工程课件 但是如果褥垫层厚度过大，一方面，造成浪费，相当于换土回填；另一方面，使得褥垫层下复合地基表面的桩土应力比n很小，意味着浅层地基土承担了较高的荷载，而浅层地基土的强度往往又较低。虽然浅层土分担的荷载会很快向桩转移，但浅层土压缩变形造成的过大沉降量，实际上使复合地基中设置的桩失去意义。因此，褥垫厚度的合理性在于既要保证桩在水平荷载作用下不会发生断裂，又要合理发挥桩和桩间土的承载能力。褥垫层宜取100-300mm。三、褥垫层材料选取褥垫层材料宜取粗砂、中砂、级配砂石，碎石的最大粒径不宜大于30mm。9/20/2021基础工程课件 水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置，桩径可取350～600 mm。桩距应根据设计要求的复合地基承载力、所处理场地地基土性、施工工艺等因素确定，一般取3-5倍桩径，当天然地基承载力较高、复合地基要求的承载力提高幅度不大时，也可采用更大一些的桩距，但此时应尽量将桩布置在柱、梁或墙下。水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式估算：5.9.6设计与计算1 .桩的布置2 .承载力计算9/20/2021基础工程课件 以上是根据土的阻力计算的单桩承载力。对于桩体本身，其强度也应满足上式所确定的单桩承载力的要求，按下式验算：9/20/2021基础工程课件 地基处理后的变形计算应按现行的国家标准《建筑地基基础设计规范》的有关规定执行，复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍，值可按下式确定：3.变形计算式中fki—基础地面下第i层土的天然地基承载力标准值。9/20/2021基础工程课件 5.9.7施工1.CFG桩的施工，应按设计要求和现场条件选用相应的施工工艺，并应按照国家现行规范执行:(1)长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、人工填土地基；（2）泥浆护壁钻孔灌注成桩，适用于粘性土、粉土、砂土、人工填土、碎石（砾）石土及风化岩层分布的地基；（3）长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩，适用于粘性土、粉土、砂土等地基，以及对噪音及泥浆污染要求严格的场地；（4）沉管灌注成桩，适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及无密实厚砂层的地基。9/20/2021基础工程课件 2.长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工和沉管灌注成桩施工除应执行国家现行有关规范外，尚应符合下列要求：（1）施工时应按设计配比配置混合料，投入搅拌机加水量由混合料塌落度控制，长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的塌落度宜为180-200mm，沉管灌注成桩施工的塌落度宜为30-50mm，成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm；（2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应同拔管速度相配合；沉管灌注成桩施工拔管速度应按均匀线速度控制，拔管线速度应控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度可适当放慢；9/20/2021基础工程课件 （3）施工时，桩顶标高应高出设计桩顶标高，高出长度应根据桩距、布桩形式、现场地质条件和成桩顺序等综合确定，一般不应小于0.5m。（4）成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块）试块（边长为150mm的立方体），标准养护28d，测定其抗压强度；（5）沉管灌注桩成桩施工过程应观测新施工桩对已施工桩的影响，当发现桩断裂并脱开时，必须对工程桩逐桩静压，静压时间一般为3min，静压荷载以保证使断桩接起来为准。9/20/2021基础工程课件 3.复合地基的基坑可采用人工或机械、人工联合开挖。机械、人工联合开挖时，预留人工开挖厚度应有现场开挖确定，以保障机械开挖造成桩的断裂部位不低于基础底面标高，且桩间土不受扰动。4.褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法。5.施工中桩长允许偏差为100mm，桩径允许偏差为20mm，垂直度允许偏差为1%。对满堂布桩基础，桩位允许偏差为0.5倍桩径；对条形基础，垂直于轴线方向的桩位允许偏差为0.25倍桩径，顺轴线方向的桩位允许偏差为0.3倍桩径，对单排布桩桩位允许偏差不得大于60mm。9/20/2021基础工程课件 5.9.8质量检验1.复合地基检测应在桩体强度满足试验荷载条件时进行，一般宜在施工结束2-4周后检测。2.复合地基承载力宜用单桩或多桩复合地基载荷试验确定，复合地基载荷试验方法宜符合规范中的规定，试验数量不应少于3个试验点。3.对高层建筑或重要建筑，可抽取总桩数的10%进行低应变动力测试，检验桩身结构完整性。9/20/2021基础工程课件 一、胶结法(一)灌浆法灌浆法亦称注浆法，利用压力或电化学原理通过注浆管将加固浆液注入地层中，以浆液掺入土粒间或岩石裂隙中的水分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙岩体胶结成整体，形成强度大、防水防渗性能好的人工地基。5.10其他方法9/20/2021基础工程课件 灌浆法可分为压力灌浆和电动灌浆两类。压力灌浆是常用的方法，是在各种大小压力下使水泥浆液或化学浆液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。电动化学灌浆是在施工中以注浆管为阳极，滤水管为阴极，通过直流电电渗作用下孔隙水由阳极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。浆液材料：有粒状浆液（纯水泥浆、水泥粘土浆和水泥砂浆等或统称为水泥基浆液）和化学浆液（环氧树脂类、甲基丙烯酸脂类和聚氨脂等）两大类。9/20/2021基础工程课件 (二)硅化法利用硅酸钠(水玻璃)为主剂的化学浆液加固方法称为硅化法，现将其加固机理扼要介绍如下:硅化法的加固机理:硅化法按浆液成分可分为单液法和双液法。单液法使用单一的水玻璃溶液，它较适用于渗透系数为0.1～0.2m/d的湿陷性黄土等地基的加固。此时，水玻璃较易渗透入土孔隙，与土中的钙质相互作用形成凝胶，而使土颗粒胶结成整体。9/20/2021基础工程课件 托换技术是指对既有建筑物的地基处理、基础加固或增层改建的技术的总称。托换技术是一种建筑技术难度较大、费用较贵、工期较长和责任性较强的特殊施工方法。二、托换技术1.既有建筑地基基础加固托换桩式托换为采用桩进行基础托换方法的总称。它是在基础结构的下部或两侧设置各类桩(包括静压桩、锚杆静压桩、预试桩、打入桩、灌注桩、灰土桩和树根桩等)，在桩上搁置托梁或承台系统或者直接与基础锚固，来支承被托换的墙或柱基。9/20/2021基础工程课件 2.既有建筑纠倾（1）基底掏土纠倾法基底掏土法是在基础底面以下掏挖土体，削弱基础下土体的承载面积，藉以迫使沉降。该法适用于均质黏性土和砂土上的浅埋建筑物的纠倾。按掏土方式又可分为人工掏土法和水冲掏土法两种。9/20/2021基础工程课件 （2）钻孔取土纠倾法钻孔取土纠倾法是在沉降较小的一侧布设大直径钻孔，通过机械成孔，使土体在空孔的临空面内产生侧向变形而形成淤孔，再在适当深度处掏出适量的软弱土，反复钻孔取土使建筑物下沉。该法最大特点是使地基应力在局部范围内得到解除或转移，促使该侧变形增大，而另一侧地基土不受扰动，从而达到纠倾目的。9/20/2021基础工程课件 （3）堆载纠倾法堆载纠倾法是指在既有建筑物地面上沉降小的一侧，分期、分批，按一定要求施加临时荷载(如钢锭、砖、砂石料等)，增加该侧沉降，用以减少不均匀沉降差和倾斜。堆截纠倾法适用于淤泥、淤泥质土和松散填土等软弱地基。且适用于建筑物体重较小、跨度不大的结构物。如设计堆载量太大，而施工实施困难者，则该方案就不可取。堆载纠倾法可与其他纠倾方法联合使用，如浸水堆载纠倾法、降水堆载纠倾法和掏土堆载纠倾法等。9/20/2021基础工程课件 （4）人工降水纠倾法人工降水纠倾法是通过建筑物沉降较小一侧地下水位降低后土中有效应力增加，使地基土产生固结沉降，从而达到纠倾目的。人工降水纠倾法适用于地基土渗透系数大于10-4cm/s的浅埋基础，同时应防止纠倾时因降水而对邻近建筑物产生附加沉降的影响。人工降水的井点选择，设计和施工方法可按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)的有关规定执行。9/20/2021基础工程课件 （5）浸水纠倾法建于湿陷性黄土地基上的一些建筑物，由于局部浸水，往往使基础产生不均匀沉陷，从而导致建筑物的倾斜。而浸水纠倾法就是利用地基土的湿陷性特性进行纠倾的方法。它是在沉降小的一侧基础边缘开槽、坑或钻孔，有控制地将水注入地基内，使土产生湿陷变形，达到纠倾的目的。浸水纠倾法适用于湿陷黄土含水量小于16%，湿陷系数大于0.05，且刚度较大的建筑物纠倾。当缺少当地经验时，应通过现场试验确定其适用性。9/20/2021基础工程课件 【1】水泥土搅拌桩法分为干法和湿法两种，其中干法是指()。A、深层搅拌法B、粉体喷搅法C、水位以上水泥土夯实桩法D、喷粉后加水法【2】水泥土搅拌桩法的加固机理包括()A、水泥土硬化机理B、复合地基加固机理C、置换作用D、挤密作用9/20/2021基础工程课件 【3】CFG桩是（）的简称。A、低标号素混凝土桩B、水泥白灰碎石桩C、白灰粉煤灰碎石桩D、水泥粉煤灰碎石桩【4】采用CFG桩地基处理后，一般设置的褥垫层厚度为（）。A、100-200mmB、150-300mmC、300-500mmD、大于500mm9/20/2021基础工程课件 【5】某水泥厂拟建一水泥均化库，原地基土承载力特征值为160kpa，现需将地基承载力特征提高到500kpa才能满足上部结构荷载要求，下列各种处理方法中最佳方案为（）。A、换填垫层法B、振冲置换法C、CFG桩法D、钻孔灌注桩【6】在地层、桩径、桩长、桩顶标高均相同的条件下，采用钻孔灌注桩和CFG桩，其单桩承载力特征值分别为f1、f2，二者比较有（）。A、f1f2C、f1=f2D、无法比较9/20/2021基础工程课件 【7】采用CFG桩地基处理后，设置褥垫层的作用为()。A、保证桩、土共同承担荷载B、减少基础底面的应力集中C、可以调整桩土荷载分担比D、可以调整桩土水平荷载分担比【8】9/20/2021基础工程课件 【9】某工程采用CFG桩进行地基处理，已知：置换率m=10%，桩径d=400mm，所处理面积s=500m2，桩体强度满足要求，按岩土物理、力学性质指标确定的单桩承载力特征值为Ra=250KN，桩间土承载力特征值fsk=90kpa，β=0.8；问：所需CFG桩总桩数约为(  )；A、398；B、100；C、410；D、40；                答案：A9/20/2021基础工程课件