浅谈CFG桩地基处理及工程实例

板涵的形式,而在一些特殊地区,如软土地区则采用箱涵,石拱涵则很少采用,甚至不用。这是因为石拱涵的砌筑质量不易控制、工期较长,而且对地基承载力的要求较高。圆管涵的圬工数量少、造价低,可以大规模集中预制,便于控制质量,安装简易、快速,对地基承载力要求较低。另外,由于大型筑路机的使用,可以使路基填土压实度大大提高,圆管涵甚至可以直接修筑在路基填土上,这一点,对于流量不大而纵坡又较陡的地方非常适用,而过去这种地形通常需要设置阶梯盖板涵或者采用数量很大的干片石基础。盖板涵对于涵顶填土的最小高度没有限制,甚至可以在涵顶直接铺筑路面,且盖板也可以大规模集中预制,安装简易、快速,从而缩短工期,缺点就是钢筋用量较多,且涵台也采用浆砌圬工,质量和进度易受影响。箱涵的整体性强,适用于软土地基,但造价较高。

4 涵洞进、出水口的处理

涵洞的进、出水口起到调节水流流速、流态和流向的作用,并保护涵洞、附近路基边坡及上下游河床不受冲刷破坏,因此,进、出水口设施的设置必须坚固耐用,并结合地形,平顺的与原沟渠相衔接,灵活布设。对于冲刷较厉害和容易产生涡流的部位,必要时可以加固。另外,还需注意当出水口流速较大时,应设置相应的消能设施,避免冲刷边坡、河床或农田设施。

总之,只要本着安全可靠、经济实用、方便施工的原则,一切从防止洪水危害出发,灵活处理,就可以做好涵洞布设设计工作。来稿日期:2007-12-05

责任编辑:于爱民

浅谈CFG桩地基处理及工程实例

王剑峰 赵竹莹

(黑龙江省林业设计研究院)

[摘 要] 水泥搅拌桩复合地基处治深厚层软土能够有效减少路堤工后沉降,增加路基稳定,提高地基承载力,施工快速方便。90年代以来在我国公路工程软基处理中得到广泛应用。但越来越多的工程实践表明该方法加固有机质含量较高的地基效果不明显,水泥土强度一般较低,往往达不到设计要求。

[关键词] CFG桩;地基处理;工程实例

A Brief Talk On CFG Pile Foundation Treatment And Engineering Practice

Wang Jianfeng Zhao Zhuying

(Forest Design And Research Institute Of Heilongjiang Province)

Abstract:The composite foundation with C FG pile can reduce the embankment settlement,increase foundation stabiliza tion and improve subsoil bearing capacity.It is widely used in the treatment of road engineering soft foundation in our country from1990.But it can not get obvious effect in strengthening the foundation with higher organic matter content ac cording to the results of many engineering practice and can not meet the design de mand.

Key words:CFG pile;foundation treatment;engineering practice

1 机理分析

深层搅拌法处理软土地基的基本原理,是基于水泥加固土(即水泥土)的一系列物理化学反应过程。但因在水泥加固土中,水泥的掺量占被加固土量的比例较小(一般为13%~15%),水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质 土的围绕下进行。导致其硬化速度缓慢且作用复杂,既有水泥的水解和水化作用,普通硅酸盐水泥中的水泥矿物(硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙等)与软土中的水发生一系列化学反应生产氢氧化钙、含水硅酸钙,溶解于水直至饱和,形成胶体,同时又有粘土颗粒与水泥水化物之间的离子交换和团粒化作用、凝结反应,水泥水化物反应析出的大量钙离子与粘土矿物中的二氧化硅及三氧化二铝发生化学反应,形成不溶于水的稳定的结晶化合物,从而增大了水泥土的强度。土中有机质的存在阻碍了水泥水化反应的进行,这是由其结构特征所决定的。从微观结构来看,有机质颗粒比大多数粘土矿物颗粒还要小,呈圆粒状、分子结构不紧密,具絮状结构、微孔隙发育,且呈链状联结而形成集粒。有机质的结构特征在相当程度上决定了其持水性和吸附性都很强,有机质颗粒吸附于水泥颗粒及粘土颗粒表面,阻碍和延缓了水泥水化产物的形成及水泥水化物与粘土颗粒间的作用;而且有机质为酸性体,颗粒带负电,且具比粘土矿物颗粒更发育的双电层。总之,有机质的结构特征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,这些因素阻碍了水泥土强度提高,导致水泥加固土的效果较差,难以满足设计要求。

2 解决方案

目前已经提出的解决办法不外乎提高水泥标号及其掺入比、添加外加剂、改进施工工艺等,对有机质土层水泥土强度的提高的确有一定的效果,但理论仍不成熟,在复杂的地质环境下,水泥土强度提高很有限,往往达不到预期效果。

CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩,在建筑物地基处理方面取得了令人瞩目的成就。近年来,在工程质量要求较高的

高等级公路建设中,C FG桩复合地基正在逐渐得到应用。

CFG桩与传统的水泥搅拌桩成桩原理上有根本不同,水泥搅拌桩属于原状土搅拌成桩,水泥的水解和水化反应完全是在原状土的参与下进行。C FG桩属于钻孔(或沉管)置换成桩,原状土体不参与水泥粉煤灰碎石的成桩化学反应。因此在水泥搅拌桩不适用的有机质含量较高的深厚软土条件下CFG桩也能够达到很好的处理效果。

3 工程实例

3 1 工程地质条件

厦门集美跨海大桥是连接厦门本岛和厦门集美区的跨海大桥,桥头接线位于人工填海造地区,地质条件较差,根据本次钻探揭露及地质调查,本场地地层结构较单一,但地层岩性、厚度和埋藏分布等在空间分布上变化较大。表层由第四系全新统沉积的淤泥质粘性土、砂混淤泥和上更新统的粘土及亚粘土、中粗砾砂所覆盖,下伏基岩为燕山期侵入的花岗岩( ),自上而下分述如下:

3 1 1 填砂(Qme):该层主要揭露于XHDLZK4、XHDLZK27、XHDLZK28钻孔附近。其顶板埋深0~2 0m,顶板标高+0 25~-7 37m,厚度为0 85~2 0m。呈灰黄色为主,饱和-稍湿,成份主要由中、粗粒石英砂颗粒回填而成,泥质含量约占20%,颗粒级配一般。该层属新近回填,整体呈松散状,平均标贯击数N=1击,力学强度低。

3 1 2 淤泥(Q4m):灰、灰黑色,饱和,流塑状,含少量有机质,略具腐臭味,滑腻感强,含云母、贝壳屑及贝壳碎片。层厚2 45~6 1m,平均标贯击数N<1击。该层属高压缩性土、低强度软弱土,工程性能不良。

3 1 3 砂混淤泥(Q4m):灰、灰黑色,混砂,松散,饱和状,具腐臭味。含较多石英砂和贝壳碎屑,含砂量约20~ 30%,层厚约0 8~5 9m,呈层状或透镜体状分布于表层,该层压缩系数平均值为0 13MPa-1,属中等压缩性土,平均标贯击数N=2(1~3)击,力学强度低。

3 1

4 粘土及亚粘土(Q3al+pl):浅灰、灰黄间灰白色,软塑~硬塑状,混砂。层厚约3 7~9 2m,呈层状或透镜体状分布,平均标贯击数N=11(7~23)击,该层压缩系数平均值为0 23MPa-1,属中等压缩性土。力学强度一般。

3 1 5 残积砾质粘性土Qel:黄褐、灰黄、浅灰色,硬塑状~坚硬状,夹10~20%的砾砂。系花岗岩强烈风化残留而成,成分主要为长石风化而成的粘粉粒和石英颗粒及少量云母碎屑组成,在垂直方向上随深度增大而风化减弱、强度增高的趋势。层厚约3 8~20 7m,局部为残积粘性土,平均标贯击数N=21(7~29)击,平均压缩系数a1-2为0 44MPa-1,属中等压缩性土。

3 1 6 全风化花岗岩( ):褐黄、灰黄、灰白色,坚硬状,岩石风化强烈,成分以长石和石英为主,长石基本风化为粘土,厚

4 7~21 0m,该层局部地段缺失,平均标贯击数N=37(28~49)击,力学强度较高,该层具有浸水后会很快软化、崩解使强度降低的特点。在XHDLZK8、XHDLZK14、CZK155孔中揭露有孤石,为花岗岩球形风化而成。

3 2 设计方案

集美大桥桥坡段填土较高,软土层较厚,工程地质条件较差,有机质含量较高且分布不均匀,这引起了设计人员的高度重视。在初步设计中针对该桥坡段的地质特性,设计单位结合国内已有经验,提出了以高标准施工工艺结合不同标号水泥的多种配比,及各种外加剂配合的深层搅拌桩试桩方案。施工单位在业主的组织下,于两岸桥台位置共试桩三次,计54根搅拌桩。经过多次检测,以上试桩成桩效果差,承载力为80~100Kpa,虽然外加剂具有一定改善作用,但仍不能满足设计要求的150Kpa。因此设计单位经认真分析研究,决定将桥坡段软基处理方案变更为CFG桩复合地基处理方案。

3 2 1 CFG桩复合地基处理方案:采用长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺,成桩直径50cm。在桩顶做50cm厚碎石垫层及铺设两层土工格栅,用于增强路基基底刚度及调整桩顶应力的分布。布桩型式采用正三角形;A区桩间距1 5m,B区桩间距2m。桩长经计算并结合该地区类似工程经验最终确定为16m。CFG桩处理段和采用固结排水预压处理段的接头部位设计采用铺设两层双向土工格栅加强过渡处理。

3 2 2 施工工艺 采用长螺旋钻机,最大打设深度需达到30m,其施工工序为:桩位放样 钻机就位 钻孔至预定标高 预先在搅拌机内按给定配比搅拌混合料 通过溜槽将搅拌好的混合料投入混凝土泵料斗中 启动混凝土泵将混合料通过输送管线泵入钻杆芯管 边泵送混合料边提钻直至成桩 整理桩头 成桩结束 施工下一根桩。

为减少先打桩的桩径发生缩小或缩颈现象,桩的施打顺序采用隔桩跳打;不宜从四周转圈向内推进施工,容易造成大面积土体隆起和断桩,可采用从中心向外推进或一边向另一边推进的施打方案。

3 2 3 检测:成桩后28d对C FG桩和CFG桩复合地基进行检测,检测包括低应变对桩身质量的检测和静载荷试验对承载力的检测,静载荷试验采用单桩或多桩复合地基,根据试验结果评价复合地基承载力。静载荷试验数量取CFG 桩总桩数的0 5~1 0%,但不小于3点;低应变检测数量取CFG桩总桩数的10%。单桩静载荷试验按JGJ94-94!建筑桩基技术规范∀附录C#单桩竖向抗压静载试验∃执行。CFG桩复合地基试验JGJ79-91!建筑地基处理技术规范∀#复合地基试验要点∃执行。

4 处理效果

经过对CFG桩的低应变动力检测,对实测数据和动测曲线分析表明:桩身完整性全部合格。C FG桩复合地基静载试验3组,测试结果表明该场地复合地基承载力提升为200~300Kpa,完全满足设计要求。实践证明C FG桩有效处理深度大,能大幅提升地基承载力,处理桥头段有机质含量较高的深厚层软土地基是完全成功的。

5 结束语

水泥搅拌桩在深厚层软土地基处理中的应用已取得一定的经验成果,大多数情况的深厚层软基处理水泥搅拌桩是适用的。对于含有伊利石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、酸碱度较低的粘性土的加固效果较差,宜通过原位土室内试验确定其适用性。

对于深厚层软基处治,CFG桩复合地基与水泥搅拌桩复合地基都具有有效减少路堤工后沉降,增加路基稳定,提高地基承载力,施工快速方便的优点。设计时应根据建设项目的具体要求和实际地质情况灵活合理的选择处理方案。

来稿日期:2007-12-01

责任编辑:于爱民