低强度混凝土桩详解

低强度混凝土桩

概述

低强度混凝土桩是近10多年来发展起来的一种新型桩，通常指用水泥，石子及其它掺合料（如沙，粉煤灰，石灰等）加水拌和，以各种成桩机械在地基中制成的强度等级C5—C25的胶结材料桩，桩身强度和刚度比一般水泥土桩大，常因地制宜采用当地材料配制各种强度的低强度混凝土桩。低强度混凝土桩介于碎石桩和钢筋混凝土桩之间。与碎石桩相比，低强度混凝土桩桩身具有一定的刚度，不属于散体材料桩。其桩体承载力取决于桩侧摩擦力和桩端端承力之和或桩体材料强度。当桩间土不能提供较大侧限力时，低强度混凝土桩复合地基承载力高于碎石桩复合地基。与钢筋混凝土桩相比，桩体强度和刚度比一般混凝土桩小得多。这样有利于充分发挥桩体材料的潜力，降低地基处理费用。

低强度混凝土桩复合地基法可以较充分发挥桩体材料的潜力，又可充分利用天然地基承载力，并能因地制宜，利用地方材料，因此具有较好的经济效益和社会效益。低强度混凝土桩复合地基法具有良好的发展前景。

与一般的碎石桩相比，碎石桩系散体材料桩，桩本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束形成桩体强度，并和桩间土组成复合地基共同承担上部建筑的垂直荷载。土越软对桩的约束作用越差，桩体强度越小，桩传递垂直荷载的能力越差，碎石桩和CFG桩加固效果见表所示。

碎石桩和CFG桩的对比

通常在碎石桩桩顶2～3倍桩直径范围为高应力区，4倍直径为碎石桩的临界桩长，当桩长超过其临界桩长，大于6～10倍桩径后，轴向力的传递收敛很快，当桩长大于2.5倍基础宽度后，即便桩端落在较好的土层上，桩的端阻力也很小。

刚性桩与散体材料桩不同，一般情况下，不仅可全桩长发挥桩的侧摩阻力，桩端落在好的土层上也可较好的发挥端阻作用，若将碎石桩加以改进，使其具有刚性桩的某些性状，则桩的作用大大增强。复合地基承载力会大大增加。这样就在碎石桩体中，掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成一种粘结强度较高的桩，所形成的桩的刚度远大于碎石桩的刚度，但和刚性桩相比刚度相差较大，它是一种具由高粘结强度的柔性桩。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成柔性桩复合地基。CFG桩与素混凝土桩的区别仅在于桩体材料的构成不同，而在其变形和受力特性方面没有太大的区别。

CFG桩处理软弱地基，应以提高地基承载力和减少地基沉降量为主要加固目的。其途径

是发挥CFG桩的桩体作用。对松散砂性土地基，可考虑施工时的挤密效应，但若以挤密松散砂土为其主要加固目的，则采用CFG桩是不经济的。

设计方法

（一）桩径d

CFG桩常采用振动沉管法施工，其桩径d应根据桩管大小而定，常用的振动沉管打桩机的管径为mm

377

φmm，一般桩径设计为350～400mm。

（二）桩距l

桩距l的大小取决于设计要求的复合地基承载力、土性和施工机具，所以选用桩距需考虑承载力的提高幅度应能满足设计要求、施工方便、桩作用的发挥、场地地质条件以及造价等因素。试验表明，其他条件相同，桩距越小复合地基承载力越大，当桩距小于4倍桩径后，随着桩距的减小，复合地基承载力的增长明显下降，从桩、土作用的发挥考虑，桩距大于4倍桩径为宜。

基础形式也是值得注意的一个因素。

桩距的选择应综合多种因素进行设计，一般桩距l=3～4d或参考表7·3·3。表7·3·3给出是振动沉管机施工桩距的选用表，供设计时参考。

桩距选用表表7·3·3

注：d为桩径，实际桩径

（三）桩长L

由式(7·3·6)可解得

R k =m

A

f

m

f

P

k

sp

/

]

)

1(

[-

-αβ (7.3.13)

在进行复合地基设计时，天然地基承载力f

k 是已知的，设计要求的复合地基承载力f

sp

也为已知的。桩径d和桩距l设定后，置换率m和桩的断面积A P均为已知。桩间土强度提高系数α和桩间土强度发挥度的取值同式(7·3·6)。

将以上各数值代入(7·3·13)式后，则可求得R

k

。

再将 R

k 值代入式(7·3·9)，根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)中的q

si

和q

p

就能

算出所需的桩长L 。

（四） 桩体强度

由R K 和桩断面面积A P ，可计算桩顶应力为：

P k P A R /=σ

根据桩体强度和承载力的关系分析可知，桩体强度一般取3倍桩顶应力即可。

R 28P σ3≥

褥垫层的设计

1、褥垫层材料

褥垫层的材料多用碎石、级配砂石（限制最大粒径一般不超过3cm ）、粗砂、中砂等。

2、褥垫层的铺设范围

褥垫层的加固范围要比基底面积大，其四周宽出基底的部分不宜小于褥垫的厚度。

3、褥垫层的厚度

经过大量的工程实践，既考虑到技术上的可靠又考虑到经济上的合理，褥垫层的厚度取10～30cm 为宜

（五） 桩的布置

对可液化地基或有必要时，可在基础外某一范围设置护桩，通常情况下，桩都布置在基础范围内。桩的数量按下是确定：

P

p A m A n = 式中 m ——面积置换率；

A ——基础面积(m 2)；

A P ——桩断面面积(m 2)；

n p ——面积为A 时的理论布桩数。

实际布桩时受基础尺寸大小及形状等影响，布桩数会有一定的增减。

对独立基础、箱型基础、筏基，基础边缘到桩的中心距一般为桩径或基础边缘的最小距离不小于150mm ，对条形基础不小于75mm 。

施工工艺

在进行CFG 桩设计时，要了解施工可能出现的问题，以及如何防止这些问题的发生与施工时采用什么样的设备和施工工艺。要根据场地土的性质、设计要求的承载力、变形以及拟建场地周围环境等情况综合考虑施工设备及施工工艺和控制施工质量措施。