地基的沉降計算方法畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 背景和意義1</p><p>　　1.2 本論文的主要工作2</p><p>　　2 軟土地基處理方法4</p><p>　　2.1 樁板

2、結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.2 深層攪拌法6</p><p>　　2.3 水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）15</p><p>　　2.4 樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)23</p><p>　　3 復(fù)合地基變形的計算29</p><p>　　3.1 復(fù)合地基變形計算的經(jīng)驗公式29</p><p&

3、gt;　　3.1.1 加固區(qū)變形量的計算29</p><p>　　3.1.2 樁端下臥層沉降計算29</p><p>　　3.1.3 CFG樁復(fù)合地基壓縮模量的計算31</p><p>　　3.2 分層總和法32</p><p>　　3.3 附加應(yīng)力的計算方法33</p><p>　　4 樁板結(jié)構(gòu)

4、沉降計算34</p><p>　　4.1 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)34</p><p>　　4.2 ZK標(biāo)準(zhǔn)荷載34</p><p>　　4.3 樁板結(jié)構(gòu)代表性斷面的地質(zhì)條件34</p><p>　　4.4 樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計資料35</p><p>　　4.5 樁板結(jié)構(gòu)沉降計算35</p><

5、;p>　　5 CFG樁沉降量計算41</p><p>　　5.1 CFG樁結(jié)構(gòu)代表性斷面的地質(zhì)條件41</p><p>　　5.2 CFG樁的設(shè)計資料42</p><p>　　5.3 沉降計算44</p><p>　　5.4 CFG樁沉降量計算45</p><p>　　5.4.1 不同高度

6、路基、路塹附加應(yīng)力計45</p><p>　　5.4.2 高度2m路堤的沉降計算46</p><p>　　5.4.3 高度分別為2.7m、4m、6路堤沉降量計算51</p><p>　　5.4.4 路塹沉降計算52</p><p>　　5.5 土層壓縮模量對工后沉降的影響56</p><p>　　6

7、地基處理方法的施工工藝62</p><p>　　6.1 樁板結(jié)構(gòu)施工62</p><p>　　6.1.1 施工總程序62</p><p>　　6.2.2 施工方法62</p><p>　　6.3.3 檢測與監(jiān)測65</p><p>　　6.2 水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）65</p>

8、<p>　　6.2.1 施工工藝的選擇65</p><p>　　6.2.2 施工前的準(zhǔn)備工作66</p><p>　　6.2.3 CFG樁施工66</p><p>　　6.2.4 施工順序的選擇67</p><p>　　6.2.5 施工監(jiān)測67</p><p>　　6.2.6 施工注意

9、事項68</p><p><b>　　結(jié) 論69</b></p><p><b>　　致 謝70</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)71</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　

10、1.1 背景和意義</p><p>　　我國鐵路正在實現(xiàn)跨越式發(fā)展，新建高速鐵路客運專線和改造既有鐵路提速建設(shè)方興未艾，由于高速行車要求其提供一個高平順和穩(wěn)定的軌下基礎(chǔ)，控制變形是路基設(shè)計的關(guān)鍵，以往，對路基可能產(chǎn)生的變形可能認(rèn)識不足，認(rèn)為路基只要能保證一定的強(qiáng)度，不致發(fā)生穩(wěn)定性破壞，就滿足要求，事實證明，路基變形是制約列車速度的重要因素之一，在低速清況下，路基變形造成的影響不太突出，即便有不均勻沉降，對于低速

11、情況行車并不構(gòu)成嚴(yán)重影響，可以通過起道作業(yè)改善這一問題，這也是長期以來路基不在重視的一個癥結(jié)所在，在高速情況下，路基在重復(fù)荷載作用下所產(chǎn)生的累計沉降和不均勻下沉所造成的軌道不平順將嚴(yán)重影響列車運行速度，舒適度和線路養(yǎng)護(hù)工作量，此外，高速行車過程中路基所產(chǎn)生的彈性變形直接反映到軌面的彈性變形，對列車的高速走行條件也有重要的影響，彈性變形過大則行車速度不能提高，因而變形問題成為高速鐵路路基的主要控制因素。</p><p&

12、gt;　　路基沉降變形主要包括：列車行使中對路基面的彈性變形；長期行車引起的基床積累下沉（塑性變形）；路基本體土及地基的壓縮下沉。</p><p>　　參考國內(nèi)外經(jīng)驗可知，列車行使中彈性變形，運營階段的塑性變形及路基填土壓實下沉，只要滿足基床及路基本體填筑材質(zhì)，壓實標(biāo)準(zhǔn)，其值都是有限的，而且也可得到控制，因此，如何控制地面的沉降變形特別是工后沉降值，關(guān)鍵在與控制支承路基的地基的沉降，現(xiàn)代鐵路修筑經(jīng)驗表明：作為支承

13、路基的地基不允許發(fā)生地基破壞，也不允許發(fā)生不適應(yīng)使用要求的沉降量和沉降速率。以往的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，多只考慮對地基不允許發(fā)生地基破壞，而對變形雖有一定要求，但是沒有一定的重視，我國鐵路路基主要病害現(xiàn)象是下沉問題，因填土壓實度不夠造成之外，不少也是基底變形所致，特別是長期困擾我國的軟土地基修筑路基所存在的不斷下沉病害問題。</p><p>　　隨著客運專線的大規(guī)模建設(shè)開展，地基沉降變形控制問題越來越得到建設(shè)著的重視，地基沉

14、降變形標(biāo)準(zhǔn)也也經(jīng)歷了認(rèn)識，實踐，再認(rèn)識的發(fā)展歷程，沉降控制標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，客運專線路基工程設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)“先進(jìn)，成熟，安全，可靠，經(jīng)濟(jì)”的原則。高速旅客列車要求路基軌下基礎(chǔ)提供高平順的軌道系統(tǒng)，按照（京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定），路堤基底以下25米壓縮層內(nèi)的地基土不符合基底條件（對武廣線主要事粘性土，標(biāo)準(zhǔn)比貫入阻力大于1.2MPa，地基容許承載力不小于0.15MPa）時，應(yīng)做工后沉降分析，路基工后沉降不大于2cm。另外，再鋪設(shè)無喳軌道的路基地段

15、，軌道高度調(diào)節(jié)器要求路基工后沉降量不應(yīng)大于2cm。</p><p>　　從德國針對我國高速鐵路設(shè)計咨詢的成果來看，德法強(qiáng)調(diào)控制路基的不均勻沉降，對于無喳軌道路基，德國有更為嚴(yán)格的要求，要求路基的差異沉降為零，由于中德兩國的國情不同，德國采用較長的施工周期來達(dá)到工后沉降為零的目的（德國200km左右的高速鐵路的工期可達(dá)到5-8年），而我國只能采用金錢換時間的辦法來來盡量消除工后沉降的影響（加大對地基的處理力度）工后

16、沉降2cm的指標(biāo)相對而言較嚴(yán)格，如何確保路基沉降變形滿足設(shè)計要求成為路基工程的重點課題，特別是深厚軟土路基。常規(guī)方法很難滿足工后沉降的要求，迫切需要逐步引入新型的更為有效的路基處理方法。</p><p>　　武廣鐵路客運專線是《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中第一批經(jīng)國務(wù)院審批立項的鐵路客運專線，也是我過鐵路目前開工建設(shè)的線路里程最長，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高，投資最多的客運專線，全長995公里，工程投資930億元，建設(shè)期4年半，根據(jù)鐵

17、道部工程設(shè)計鑒定中心《武廣客運專線初步設(shè)計中間審查意見》（初稿）精神，武漢至廣州客運專線正線軌道采用無喳軌道，無喳軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計及線下基礎(chǔ)技術(shù)要求，執(zhí)行相應(yīng)的無喳軌道設(shè)計技術(shù)條件，其中DK2062+260-DK2064+265區(qū)段，上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積層及坡洪積層粉質(zhì)粘土和軟土，軟土厚3-40m，目前國內(nèi)對不同類型的軟土特性及其工程措施已有研究，但對高速鐵路尤其是武廣這種在深度和分布上差異性很大的軟土還沒有深入的研究。</p>

18、;<p>　　1.2 本論文的主要工作</p><p>　　本論文主要研究武廣客運專線地基的處理技術(shù)及沉降計算分析，按照《京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》，設(shè)計時速為350km/h的客運專線，路基工后沉降不應(yīng)大于2cm，武廣（武漢-廣州）客運專線設(shè)計時速為300km/h以上，要求全線一次性鋪設(shè)無喳軌道，其部分區(qū)段為深厚軟土地基，并且松軟土及其表層硬殼分布不均勻，傳統(tǒng)的固結(jié)排水法相對來說難以控制路基的工后

19、沉降，這時地基處理工程措施方案和施工機(jī)具的選擇帶來難題，本文針對武廣客運專線采用的不同工程措施進(jìn)行分析研究，提出了不同的地基的沉降計算方法。本文開展了以下工作：</p><p>　?。?） 收集資料，研究軟土的性質(zhì)，軟土地基常用的處理方法，對軟土地基采用地基加固并進(jìn)行沉降量的計算；</p><p>　　（2） 對武廣客運專線采用樁板結(jié)構(gòu)加固和CFG樁進(jìn)行加固；</p><

20、;p>　?。?） 對不同高度的路堤、路塹采用不同的樁長加固，計算沉降量，并求出每種路堤、路塹所需的最佳的樁長；</p><p>　?。?）分析軟土不同的壓縮模量，采用不同的樁長進(jìn)行加固時的沉降量變化；</p><p>　?。?）介紹了樁板結(jié)構(gòu)和CFG樁結(jié)構(gòu)的施工方法和施工主意事項。</p><p>　　2 軟土地基處理方法</p><p&

21、gt;<b>　　2.1 樁板結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　樁板結(jié)構(gòu)是適用于處理深厚軟土地基的一種路基結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)再德國鈕倫堡-英戈爾施塔特高速鐵路及荷蘭-比利時高速鐵路軟土地質(zhì)情況復(fù)雜的線路上應(yīng)用，取得了成功，但是我國鐵路，尤其是高速客運專線中采用樁板結(jié)構(gòu)處理深厚軟土地基尚屬首次，其結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計方法等都需要進(jìn)行研究確定，該結(jié)構(gòu)主要由鋼筋混凝土樁基和鋼筋混凝土承臺板組成，其主要的工作

22、機(jī)理是：通過承臺將上部荷載傳遞到樁體，樁體把荷載擴(kuò)散到樁間土，下臥層或樁基層巖石層，從而達(dá)到控制軟土路基沉降及變形破壞的目的。因而它是一種新型結(jié)構(gòu)。</p><p>　　樁板結(jié)構(gòu)是一種較為靈活的結(jié)構(gòu)形式，大致可以分為一下三種：</p><p><b>　　（1）獨立墩柱式</b></p><p>　　獨立墩柱式樁板結(jié)構(gòu)為樁基與承臺板直接相連的結(jié)

23、構(gòu)，承臺板直接固結(jié)或鉸接于</p><p>　　樁上，此時承臺板為多跨連續(xù)雙向板結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　（2）托梁式</b></p><p>　　托梁式有樁基，托梁于承臺板三部分組成，托梁連續(xù)架于橫向樁基上，其上再與承臺板相連，樁基與托梁固結(jié)，承臺與托梁固結(jié)或鉸接，此時承臺板為多跨連續(xù)的單向板，再局部活載作用下為雙向板。</p

24、><p><b>　?。?）復(fù)合式</b></p><p>　　復(fù)合式則為獨立墩柱式和托梁式的組合結(jié)構(gòu)，中跨采用獨立墩柱式，而邊跨采用的是托梁式。</p><p>　　三種樁板結(jié)構(gòu)有很多共性又格有其特點，其中，獨立墩柱式板體不單縱橫兩方向，而且視支撐情況可以任意方向共同受力，托梁式板則主要縱橫兩方向受力，其設(shè)計較獨立墩柱式簡單，總體來講，托梁式樁板

25、結(jié)構(gòu)形式相對來講要簡單，是典型的梁式結(jié)構(gòu)，有利于設(shè)計和推廣。</p><p>　　武廣客運專線樁板結(jié)構(gòu)擬采用托梁式，具體結(jié)構(gòu)見圖2-1。承臺板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，托梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁，樁基為鉆孔灌注樁，樁與托梁要固結(jié)，1#，4#托梁與承臺板搭接，2#，3#托梁與承臺板固接，通過構(gòu)造縫措施減小了收縮徐變，溫度應(yīng)力的影響。</p><p>　　考慮工程技術(shù)條件等因素，樁板結(jié)構(gòu)采用三跨為一聯(lián)，

26、相鄰聯(lián)處共用托梁和樁基，從而避免了懸挑段易受列車荷載沖擊破壞的不利影響，相鄰聯(lián)的板間橫向預(yù)留2cm寬的伸縮縫，考慮到溫度應(yīng)力，收縮徐變以及施工的難易（主要是模板的安置，拆除以及混凝土的澆注等）等因素，樁板結(jié)構(gòu)跨度不易過大，參照鐵路橋板中最大板跨不易超過10m的原則，綜合考慮軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計，伸縮縫設(shè)置以及方便施工等因素，跨度采用5m，</p><p>　　考慮雙線行車對板的動力作用問題，承臺板采用上下行線雙板分隔設(shè)

27、置，以降低橫向撓曲變形，減小單線過車對樁板結(jié)構(gòu)整體使用性能的影響，承臺板的寬度模擬路肩寬度和軌道寬度等確定，其寬度采用2×4.99m（雙線），中間預(yù)留2.0cm構(gòu)造縫，承臺板幾何尺寸主要是對承臺板高度的優(yōu)化，關(guān)于承臺板的高度，參照鐵路橋規(guī)中鋼筋混凝土簡支梁高度取值，造價較為合理的取0.8m</p><p>　　托梁的長度設(shè)計為10.4m，即再每隔板的外側(cè)加寬20cm；托梁的寬度設(shè)計為1.6m，當(dāng)托梁高度

28、在0.7-1.2范圍內(nèi)，造價經(jīng)濟(jì)，為降低結(jié)構(gòu)造價，從高度考慮，設(shè)計托梁高度選用1.0m.</p><p>　　樁基設(shè)計要包括：樁經(jīng)，樁長和樁間距等，樁板結(jié)構(gòu)樁間距確定為線間距，即5.0m，綜合考慮方便施工和經(jīng)濟(jì)節(jié)約兩方面因素，樁徑設(shè)計為1.0m，樁長應(yīng)考慮承載力和變形兩方面的要求，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和施工能力考察最終確定。</p><p>　　2.2 深層攪拌法</p>&

29、lt;p><b>　　（1）概述</b></p><p>　　深層攪拌法[2]是用于加固飽和軟粘土地基的一種較新的地基處理方法。它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械邊鉆邊往軟土中噴射漿液或霧狀粉體，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，使噴入軟土中的固化劑與軟土充分拌和在一起，由固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理——化學(xué)作用，形成抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度

30、高得多，并具有整體性、水穩(wěn)性的水泥加固土樁柱體，由若干根這類加固土樁柱體和樁間土構(gòu)成復(fù)合地基。</p><p>　　所謂“深層”攪拌法是相對“淺層”攪拌法而言的。最初的淺層攪拌加固法深度一般小于1～3m。后來隨著加固技術(shù)的發(fā)展，淺層攪拌法逐步發(fā)展成在含水量高得軟土地基中原位進(jìn)行加固處理，處理深度一般為3～4m，對于處理深度小于2m的就稱為表層處理，是從路基穩(wěn)定方法中發(fā)展而來的，即先在軟土中散布石灰或水泥等粉體固結(jié)

31、材料，再將其卷入土中混合攪拌，而深層攪拌法用特制的攪拌機(jī)械，一般能使加固深度都大于5m，國外最大加固深度可達(dá)60m。</p><p>　　深層攪拌法適應(yīng)于軟土地基的加固。如沿海一帶的海濱平原、河口三角洲、湖盆地周圍、山間谷地等沉積的河海相軟土，對在這類沉積厚度大、含水量高（一般在60﹪～80﹪，高者達(dá)100﹪～200﹪），孔隙比大于1.0，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性高，滲透性差的軟土地區(qū)進(jìn)行建筑時，通常都需要進(jìn)行地基處理

32、。深層攪拌法是一種有效的地基處理方法，它具有成樁效率高、成本低、施工占地面積小、不使施工現(xiàn)場周圍遭受污染、并且施工過程中無振動、無噪音等特點，特別適合于建筑物較為密集的地域施工和加固，尤其對20m深度范圍內(nèi)沒有理想持力層的軟土地基處理效果更為顯著。近二十年來，這種技術(shù)在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　?。?）發(fā)展歷史與現(xiàn)狀</p><p>　　早在二次世界大戰(zhàn)后，美國就成功研

33、制水泥深層攪拌法，制成水泥土樁稱為就地攪拌樁（Mixing in-place Pile），即從不斷回轉(zhuǎn)的羅旋轉(zhuǎn)中空軸的端部向周圍已被較松的土中噴射水泥漿，經(jīng)葉片的攪拌而形成水泥土樁，樁徑0.3～0.4m，長度10～12m。1953年日本從美國引進(jìn)水泥深層攪拌法，繼而又開發(fā)出以螺旋鉆機(jī)為基本施工機(jī)械的CSL法和MR-D法。CSL法和MR-D法都是采用螺旋鉆桿上帶有特殊形狀的攪拌翼片，并通過鉆桿供給水泥漿，與土進(jìn)行強(qiáng)制攪拌而成。到了本世紀(jì)6

34、0年代，日本和瑞典分別開發(fā)研制成功一種用于加固深層軟土的方法——深層攪拌法，可用來處理地下深部的河流沖積軟土、湖沼和海底極軟的沉積土，以及河道兩岸的超軟吹填土，甚至新近沉積的淤泥等。一般采用的固化劑均為水泥漿和石灰粉。1967年，瑞典BPA公司提出粉體噴射攪拌法（Dry Jet Mixing）加固軟土地基，即將生石灰與粘土原位攪拌以形成具有較高強(qiáng)度的石灰柱體，這標(biāo)志著粉體噴攪技術(shù)的誕生。1971年瑞典的Lindent-Aliamt公司進(jìn)

35、行了第一次石灰樁的試驗。1974年該技術(shù)正式獲得專利，并進(jìn)入工程實踐。而同在1967年，</p><p>　　近十年來，深層攪拌法加固技術(shù)發(fā)展迅速。目前，按照固化材料的種類可分為水泥系深層攪拌（噴射水泥漿或霧狀水泥粉體）和石灰系深層攪拌（噴射霧狀石灰粉體）等；若按噴射材料的形態(tài)可分為漿液噴射深層攪拌（噴射水泥漿等）和粉體噴射深層攪拌（噴射霧狀石灰粉體或水泥粉體、石灰水泥混合粉體等）。</p><

36、;p>　　粉噴樁的歷史并不長，它是在攪拌樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這兩種工法合在一起，有時被稱為深層攪拌法。這兩種方法的原理都是通過機(jī)械的原位攪拌，將原粘土的原狀結(jié)構(gòu)破壞，再用石灰、水泥等粘結(jié)材料，以粉狀或漿狀噴入深層軟土，形成新的復(fù)合體，最終提高了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。</p><p>　　粉噴樁主要應(yīng)用于軟土地基的處理，粉噴樁在施工時常用的粘結(jié)材料有石灰、水泥等。隨著現(xiàn)代大型工程的增多，對地基要求不斷提高，粉

37、噴樁大部分采用水泥作為凝結(jié)材料。</p><p>　　深層攪拌法對于處理有機(jī)質(zhì)土、粉質(zhì)土和粘質(zhì)土都有較好的處理效果，由于深層攪拌法施工速度快、無振動、無噪音、無地面隆起、不排污、不污染環(huán)境及對相鄰建筑物無不利影響等，所以粉噴樁在地基加固、基坑支擋結(jié)構(gòu)等多方面得到廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著高速鐵路、公路的大量修建，在我國各省特別是沿海地區(qū)，粉噴樁已被廣泛地用于各種軟基處理中。實踐證明，噴粉攪拌樁加固軟土地基能夠有效地

38、減少和控制沉降量及工后沉降量，與其它軟基處理方法相比，具有無法替代的優(yōu)越性。然而，粉噴樁處理軟基在設(shè)計理論、施工技術(shù)及檢測方法等方面尚不完善，因此在一定程度上又限制了它的發(fā)展。</p><p>　　我國于20世紀(jì)70年代末致力于這項技術(shù)的開發(fā)并應(yīng)用于工程實踐中。1977年由冶金部建筑研究總院和交通部水運規(guī)劃設(shè)計院進(jìn)行了室內(nèi)實驗和機(jī)械研制工作，1978年底制造出我國第一臺雙攪拌軸、中心管輸漿、陸上型的深層攪拌機(jī)，1

39、980年在上海軟土加固工程正式采用并獲得成功。1980年初，天津市機(jī)械化施工公司與交通部一航局科研所等單位引進(jìn)開發(fā)成功單攪拌軸、葉片輸漿型深層攪拌機(jī)。1983年鐵道部第四勘察設(shè)計院開始進(jìn)行噴石灰粉攪拌法研究，并獲得成功，不久應(yīng)用于噴水泥粉深層攪拌。目前深層攪拌法可分為噴漿深層攪拌法合噴粉深層攪拌法兩種，其中噴漿深層攪拌法在建筑地基處理中應(yīng)用較廣，而噴粉深層攪拌法則在道路工程中廣泛應(yīng)用。</p><p><b

40、>　?。?）工程應(yīng)用情況</b></p><p>　　深層攪拌水泥土樁問世以來，發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。</p><p>　　國外的深層攪拌機(jī)械采用了高新技術(shù)，實現(xiàn)了施工監(jiān)控的自動化，確保了施工質(zhì)量，目前尚未見到失敗的工程例證。其工程應(yīng)用中，設(shè)計方法比較保守，置換率高達(dá)40﹪～80﹪，樁體設(shè)計強(qiáng)度取值一般不超過0.6MPa。</p><p>　　深層攪

41、拌水泥土樁在我國應(yīng)用10余年來，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，形成了我國的特色。深層攪拌樁率先用于10層綜合樓的地基處理，大量用于8層左右的多層建筑物地基處理以及道路工程中。根據(jù)我國國情開發(fā)的價格低、機(jī)型輕便的攪拌機(jī)械，在軟土地基加固中取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　90年代，我國的水泥土樁發(fā)展進(jìn)入高潮，除西北、西南、東北邊遠(yuǎn)地區(qū)以外，其它十幾個省、市、自治區(qū)，包括臺灣，都有應(yīng)用的實例，尤其以浙江、上海

42、、江蘇、廣東等省市應(yīng)用最多。冶金工業(yè)部、建設(shè)部以及專家、武漢、上海、福建、天津等先后頒布了行業(yè)規(guī)范及地區(qū)性規(guī)范（規(guī)定），成為當(dāng)前深層攪拌水泥土樁設(shè)計和施工的依據(jù)。</p><p>　　目前，國內(nèi)已有粉噴樁加固軟弱地基的設(shè)計與施工規(guī)范。鐵道部于1996年2月26發(fā)布，1996年4月1日實施的“四化建設(shè)噴攪法加固軟弱土層技術(shù)規(guī)范”（TB10113-96)，為鐵道部行業(yè)規(guī)范。上海市建設(shè)委員會于1994年12月頌布，19

43、95年4月1日實施的“上海市標(biāo)準(zhǔn)地基處理技術(shù)規(guī)范”中關(guān)于水泥土攪拌法章節(jié)，將攪拌樁分為“干法”和“濕法”.除施工不同外，其設(shè)計和質(zhì)量檢測不予區(qū)別，這為上海地方規(guī)范。兩年后，即1997年4月28日，由上海市建設(shè)委員會發(fā)出“關(guān)于粉噴樁及探層攪拌樁在建筑工程地基處理中應(yīng)用問題的通知”(滬建(97)第0372號)，規(guī)定于1997年5月1日起報監(jiān)的工程，一律暫停地基處理中使用粉噴樁，主要原因是粉噴樁的噴粉控制及施工質(zhì)量有較多缺陷。后經(jīng)過多方科研機(jī)

44、關(guān)與廠家聯(lián)合，粉噴控制問題已基本得到解決，如杭州森宇電控機(jī)械有限公司研制的FZ-1型噴粉記錄器，從現(xiàn)場實際情況來看巳基本趨于成熟。至于施工質(zhì)量，加強(qiáng)管理和采取有效措施應(yīng)該說也能夠得以解決。然而通過現(xiàn)場鉆取芯和靜載荷試驗及大量的工程實踐，對深部淤泥或淤泥質(zhì)粘土，其粉噴樁加固的效果并不理想。盡管采取了有效的粉噴記錄和嚴(yán)格的施工管理</p><p>　　在工程實踐中，由于我國攪拌機(jī)械的性能及施工監(jiān)控系統(tǒng)比較落后，加上操

45、作不認(rèn)真，設(shè)計理論不完善，工程中出現(xiàn)了不少事故，暴露了許多問題。當(dāng)務(wù)之急是繼續(xù)完善和開發(fā)適合我國國情的攪拌機(jī)械，重點解決施工監(jiān)控系統(tǒng)裝置的研制。在設(shè)計理論上，雖然我國的科技人員進(jìn)行了大量的工作，在水泥土的基本性質(zhì)、臨界樁長、固結(jié)特性、樁體動測等方面取得了可喜的進(jìn)展，但缺少系統(tǒng)的研究，沒有揭示水泥土樁復(fù)合地基的應(yīng)力場和變形場，使設(shè)計水平停滯不前。當(dāng)今水泥土樁應(yīng)用繼續(xù)升溫，解決上述問題意義重大。</p><p>　　

46、現(xiàn)場施工過程中，現(xiàn)場監(jiān)理人員主要關(guān)心的只是計量及平面位置是否正確，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。有很多影響粉噴樁施工質(zhì)量的因素未被注意，如樁體的復(fù)攪深度，在噴灰過程中是否出現(xiàn)?；业?，無法被管理人員了解。在驗收階段一般采用壓樁頭的方法，這種方法只是一種事后的檢測方法，而且所檢驗的只是樁體上部的強(qiáng)度，對樁體下部強(qiáng)度分布及強(qiáng)度大小，無法做出估計。同時在時間上也無法對粉噴樁的施工質(zhì)量進(jìn)行實時控制。這樣粉噴樁的施工質(zhì)量勢必會由施工人員的質(zhì)量意識及施工經(jīng)驗決定。

47、</p><p>　　要保證施工質(zhì)量，必須注意工程的科學(xué)管理，嚴(yán)把質(zhì)量監(jiān)督關(guān)，在質(zhì)量控制上可以從兩方面入手：一是施工過程中的質(zhì)量控制，即找到能控制施工期間的進(jìn)尺速度與噴灰量的儀器，動態(tài)地監(jiān)控這些參數(shù)，保證噴灰均勻而連續(xù)，使噴灰質(zhì)量符合設(shè)計要求。二是成樁后的質(zhì)量檢測，一旦發(fā)現(xiàn)問題馬上進(jìn)行處理，對施工過程中的控制結(jié)果及時反饋，確保施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求。</p><p>　?。?）深層攪拌法的特

48、點及適用性</p><p>　　深層攪拌法加固軟土技術(shù)，其獨特的優(yōu)點如下：</p><p>　?、?深層攪拌法由于將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，因而最大限度地利用了原土，無須開采原材料，大量節(jié)約資源。</p><p>　　② 針對擬加固土質(zhì)和加固目的，可以自由選擇加固材料，包括水泥粉、水泥漿、石膏、礦渣、粉煤灰、砂或碎石粉末等，設(shè)計比較靈活。如果事先加以混合，可

49、以同時噴射兩種以上的混合加固材料。</p><p>　?、?可以自由選擇加固材料的噴入量，能適應(yīng)于多種土質(zhì)。</p><p>　　④ 除機(jī)械擠土的夯實水泥土樁外，其施工工藝震動和噪音很小，減少了對環(huán)境和原有建筑物的影響，可以在市內(nèi)密集建筑群中施工。</p><p>　?、?土體加固后重度 基本不變，對軟弱下臥層不致產(chǎn)生附加沉降。</p><p&g

50、t;　?、?與鋼筋混凝土樁基相比，節(jié)省了大量的鋼材，并降低了造價。</p><p>　?、?根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要，可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形式。</p><p>　?、?施工速度快，國產(chǎn)的深層攪拌樁機(jī)每臺班（8h）可成樁100～150m。人工成孔夯實水泥土樁速度更快。</p><p>　?、?國產(chǎn)粉噴樁有一定的粉塵污染，采用水泥漿時亦有一些漿液污染。

51、日本等國采用了封閉的輸送供給系統(tǒng)，雨天也能施工，基本消除了環(huán)境污染。</p><p>　　深層攪拌法最適用于加固各種成因的飽和軟粘土。</p><p>　　國外使用深層攪拌法加固的土質(zhì)有新吹填的超軟土、泥炭土和淤泥質(zhì)土等飽和軟土。加固場所從陸地軟土到海底軟土，加固深度60m。國內(nèi)目前采用深層交辦法加固的土質(zhì)有淤泥、淤泥質(zhì)土、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120kPa的粘性土和粉性土等地基（限于當(dāng)前

52、攪拌機(jī)械攪拌能力的限制）。加固場所已從陸地發(fā)展到海底軟土，加固深度一般可以達(dá)到18m。</p><p>　　深層攪拌法可用于增加軟土地基的承載能力，減少沉降量，提高邊坡的穩(wěn)定性，多數(shù)適用于以下情況：</p><p>　?、?作為建筑物和構(gòu)筑物的地基加固。</p><p>　?、?高速公路、鐵道和機(jī)場場道以及高填方路堤等。</p><p>　　

53、③ 進(jìn)行大面積地基加固，以防止深基坑開挖時坍塌、坑底隆起和減少軟土中地下構(gòu)筑物的沉降。</p><p>　　④ 對深基坑開挖中的樁側(cè)背后的軟土加固，以增加側(cè)向承載能力；作為地下防滲墻，以阻止地下滲透水流。</p><p>　?。?）深層攪拌法的加固機(jī)理</p><p>　　深層攪拌法是用固化劑水泥漿和石灰與外加劑（石膏等）通過特制的深層攪拌機(jī)械輸入到軟土中并加以充分

54、拌和，固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理——化學(xué)作用，改變了原狀土的結(jié)果，使之硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥土和石灰土。由于土質(zhì)不同，其固化機(jī)理也有不同。</p><p>　　粉噴樁處治軟基屬于深層攪拌法中的一種，它是利用壓縮空氣向軟弱土層中輸送石灰、水泥等粉狀加固料，使其與原位軟弱土混合、壓密，通過加固料與軟弱土之間的離子交換作用、凝聚作用、化學(xué)結(jié)合作用等一系列物理化學(xué)作用，使軟弱土硬結(jié)成具有整體性、

55、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的柱狀加固土，它與原位軟弱土層組成復(fù)合地基，提高軟土地基承載力，減少地基沉降量。</p><p><b>　　粉噴樁的加固機(jī)理：</b></p><p>　?、?軟土與水泥的化學(xué)組成</p><p>　　土的化學(xué)成分因其成因的不同而有較大的區(qū)別。在我國沿海地區(qū)，特別是在河海、黃河、長江、珠江、閩江、錢塘江的入?？诟浇?，土層大多屬

56、于近代沉積土層，在這些河流的下游流域，分布著含水量很高的軟粘土。習(xí)慣上，將淤泥、淤泥質(zhì)土以及大然強(qiáng)度低、壓縮性高的一般粘性土等軟弱土層統(tǒng)稱為軟土(Soft Soil)，它是在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用形成，天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的粘性土。當(dāng)天然孔隙比大于或等于1.0而小于1.5時為淤泥質(zhì)土(Mucky Soil)；當(dāng)天然孔隙比大于或等于1.5時為淤泥(Muck)。軟土廣泛分布在我國東南沿海、內(nèi)陸平原

57、和山區(qū)，如廣東、上海、杭州、寧波、溫州、福州、廈門以及昆明和武漢地區(qū)。</p><p>　　軟土的一般特性是其有機(jī)含量較一般粘土高，以化學(xué)風(fēng)化形成的次生礦物組成，并以蒙脫石為主要成分，顆粒粒徑非常微小，在電子顯微鏡下呈片狀或磷片狀；表面帶有負(fù)電荷，與水有很強(qiáng)的相互作用；表面能大，對于海相沉積的軟土，所含的水分中有大量的硫酸鹽。</p><p>　　粉噴樁施工中用到的水泥一般為普通硅酸鹽水泥

58、，它是由硅酸鹽水泥熟料、石膏及混合材料等組成。其中硅酸鹽水泥熟料對水泥的性能起決定性作用。硅酸鹽水泥熟料由多種礦物組成，其實際礦物組成是相當(dāng)復(fù)雜的，是由多種礦物及中間物組成的聚合體 。硅酸鹽水泥熟料有代表性的組成礦物有下列四種:硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣及鐵鋁酸四鈣。此外，還含有少量的鈣礬石、玻璃相和游離的氧化鈣及氧化鎂 。</p><p>　　硅酸三鈣是硅酸盆水泥熟料的主要成分，其含量一般在15～65%左右。

59、硅酸三鈣是硅酸二鈣在1250℃以上時吸收游離的氧化鈣而形成的高溫化合物。當(dāng)水泥熟料急冷時，硅酸三鈣來不及分解.而以一種亞穩(wěn)定態(tài)存在下來。因此，從熱力學(xué)角度來看，常溫下硅酸三鈣處于高能狀態(tài)，具有較高的化學(xué)活性。硅酸三鈣的水化速度較快，水化產(chǎn)物的強(qiáng)度較高，是水泥早、中期強(qiáng)度的主要組成成分，對總強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也較大。另外，硅酸三鈣對水泥其它性質(zhì)的影響也很大。</p><p>　　硅酸二鈣也是硅酸鹽水泥熟料的重要組成成分，其

60、含量一般在10～40%左右。硅酸二鈣晶格結(jié)構(gòu)隨環(huán)境溫度的變化而不同，由于水泥熟料的急冷，常溫下，硅酸二鈣處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，具有較高的水化活性。但硅酸二鈣的水化速度較慢，對水泥的早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，其主要貢獻(xiàn)在水泥的中后期強(qiáng)度，水泥的最終強(qiáng)度在很大程度上取決于硅酸二鈣的含量和水化程度。</p><p>　　鋁酸三鈣在水泥熟料中含量一般在10%以下，但是鋁酸三鈣的水化速度非常快，水化熱高，是水泥早期強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者.但水

61、化鋁酸三鈣的耐腐蝕性較差，在環(huán)境中若存在硫酸鹽時，鋁酸三鈣可與硫酸鹽形成鈣礬石，產(chǎn)生非常大的體積膨脹。因此，當(dāng)水泥中鋁酸三鈣的含量較大時，水泥強(qiáng)度受硫酸鹽的影響極大.抗硫酸鹽腐蝕的能力相當(dāng)差。</p><p>　　鐵鋁酸四鈣的水化也是水泥早期強(qiáng)度的來源之一，它的水化速度非?？?，水化熱高，是水泥抗折強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者。</p><p>　?、?水泥加固土的原理</p><p

62、>　　軟土與水泥采用機(jī)械深層攪拌加固的基本原理是基于水泥加固土（即水泥土）的物理化學(xué)反應(yīng)過程。在水泥加固土中，由于水泥的摻量很少（僅僅占被加固土重的7﹪～20﹪），水泥水解和水化反應(yīng)完全是在有一定活性的介質(zhì)——土的圍繞下進(jìn)行，土質(zhì)條件對于攪拌樁樁身質(zhì)量的影響主要有兩個方面：一是土體的物理力學(xué)性質(zhì)對攪拌樁樁身水泥土攪拌均勻性的影響；二是土體的物理化學(xué)性質(zhì)對樁身水泥土強(qiáng)度增加的影響。因此水泥土硬化速度緩慢且作用復(fù)雜，所以水泥加固土強(qiáng)度

63、增長的過程也比較緩慢。</p><p>　　① 水泥的水解和水化反應(yīng)</p><p>　　普通硅酸鹽水泥主要是由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫等組成，由這些不同的氧化物分別組成了不同的水泥礦物：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。將水泥拌入軟土后，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣及水化鐵酸鈣等化合

64、物。</p><p>　　各自的反應(yīng)過程如下：</p><p>　　a.硅酸三鈣：在水泥中含量最高（約占全重的50﹪左右），是決定強(qiáng)度的主要因素。</p><p>　　b.硅酸二鈣：在水泥中含量較高（占25﹪左右），它主要產(chǎn)生后期強(qiáng)度。</p><p>　　c.鋁酸三鈣：占水泥重量的10﹪，水化速度最快，促進(jìn)早凝。</p>&l

65、t;p>　　d.鐵鋁酸四鈣：占水泥重量的10﹪左右，能促進(jìn)早期強(qiáng)度。</p><p>　　e.硫酸鈣：僅占水泥重量的3﹪，它與鋁酸三鈣一起與水發(fā)生反應(yīng)，生成一種被稱為“水泥桿菌”的化合物：</p><p>　　據(jù)X射線衍射分析可知，這種反應(yīng)迅速，反應(yīng)結(jié)果把大量的自由水以結(jié)晶水的形式固定下來，這對于高含水量的軟粘土的強(qiáng)度增長有特殊意義。</p><p>　　②

66、粘土顆粒與水泥水化物的作用</p><p>　　當(dāng)水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架；有的則與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)。</p><p>　　a.粒子交換和團(tuán)粒化作用</p><p>　　水泥水化生成的凝膠粒子有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來，形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)之間的空隙，形成堅固的聯(lián)結(jié)。從宏觀上看也

67、就是使水泥土的強(qiáng)度大大提高。</p><p><b>　　b.凝硬反應(yīng)</b></p><p>　　這些反應(yīng)生成的化合物在水中和空氣中逐漸硬化，增大了水泥土的強(qiáng)度。而且由于其結(jié)構(gòu)比較致密，水分不易進(jìn)入，從而使水泥土具有足夠的水穩(wěn)定性。</p><p><b>　　c.碳酸化作用</b></p><p&g

68、t;　　水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不容于水的碳酸鈣。</p><p>　　這種反應(yīng)也能使水泥土增加強(qiáng)度，但增長的速度較慢，幅度也較小。</p><p>　　從水泥加固土的機(jī)理分析可見，水泥加固土的強(qiáng)度主要來自水泥水化物的膠結(jié)作用，在水泥水化物中水化硅酸鈣對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最大。另外對于軟土地基深層攪拌加固技術(shù)來說，由于機(jī)械的切削攪拌作用，在水泥土

69、中不可避免的會產(chǎn)生強(qiáng)度較大的和水穩(wěn)定性叫好的水泥石區(qū)和強(qiáng)度較低的圖快區(qū)，兩者在空間相互交替，從而形成一種獨特的水泥石結(jié)構(gòu)。因此，水泥和土之間攪拌的越充分，土塊被粉碎的越小，水泥分布到土中越均勻，則水泥土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度離散性越小，其宏觀的總體強(qiáng)度也越高。</p><p>　?、?樁體強(qiáng)度及其影響因索</p><p>　　由于土和水泥水化物之間的物理化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行緩慢，因此水泥土柱體的強(qiáng)度隨時間

70、增加不斷增長。與普通混凝土相比，粉噴樁的樁體強(qiáng)度較低，一般設(shè)計樁體強(qiáng)度在1.0～4.OMPa之間，是普通混凝土的約1/10。</p><p>　　影響樁體強(qiáng)度的因素很多，但主要因素有:水泥摻合比、水泥標(biāo)號、齡期、土的含水量、土中有機(jī)質(zhì)含量、外摻劑及其土體圍壓等，其中以齡期、水泥摻合比、土的含水量影響最為顯著。</p><p>　　水泥摻合比對水泥上的強(qiáng)度影響較大，當(dāng)水泥摻合比小于5%時，水

71、泥土固化反應(yīng)很弱，水泥土比原狀土強(qiáng)度增長甚弱，因此加固效果不明顯，當(dāng)摻合比超過20%時，水泥土強(qiáng)度增長隨摻合比增加幅度減緩，費用-效果比不合理，導(dǎo)致成本加大，或產(chǎn)生浪費。</p><p>　　另外，加固土含水量對水泥土的強(qiáng)度有明顯影響，含水量愈小，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度愈大，反之，就愈小。當(dāng)含水量達(dá)到一定值后，按規(guī)范推薦的最大摻合比已經(jīng)不能保證達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求，因此，從經(jīng)濟(jì)、合理、有效的角度，在保證水泥土樁強(qiáng)度滿足規(guī)范要

72、求的前提下，對于含水量較小的軟土可適當(dāng)降低摻合比，而對軟土含水量過大的軟土宜增加摻合比，最大摻合比可大于20%，具體摻合比的選用應(yīng)根據(jù)試驗確定。</p><p>　?。?）深層攪拌法的加固效果</p><p><b>　　① 有硬殼層時</b></p><p>　　從加固效果看，當(dāng)淺部存在硬殼層時，其復(fù)合地基效果較好，處理后建筑物變形較小，一般

73、可控制在10cm以內(nèi)；而對于有些地區(qū)，由于淺部均存在較厚的吹填土，經(jīng)深層攪拌法加固后，其復(fù)合地基效果相對較差，處理后建筑物變形一般較大。因此，在設(shè)計時，應(yīng)盡量利用淺部的硬殼層，或采取一定措施后使淺部形成一個硬殼層，以提高深層攪拌樁復(fù)合地基的效果。</p><p><b>　?、?有機(jī)質(zhì)含量高時</b></p><p>　　當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量較高時，會阻礙水泥水化反應(yīng)，影響水

74、泥土的強(qiáng)度增長。對有機(jī)質(zhì)含量較高的明、暗濱填土及沖填土，在考慮采用深層攪拌法進(jìn)行加固處理時，應(yīng)予特別慎重對待。實踐表明，在這種情況下，即使在濱域內(nèi)加大樁長，也仍然得不到理想的效果；但若采取提高置換率、增加水泥摻入量、長短樁結(jié)合等措施，往往可使加固效果得到較明顯的提高。</p><p>　　當(dāng)用于處理泥炭土地基時，宜通過試驗確定其適用性。</p><p><b>　　③ 有侵蝕性環(huán)

75、境時</b></p><p>　　在某些軟土地區(qū)，地下水中有大量的硫酸鹽(如沿海海水滲入地區(qū))，硫酸鹽與水泥發(fā)生反應(yīng)，對混凝土具有結(jié)晶性侵蝕。使用普通水泥拌制的水泥土受硫酸鹽溶液侵蝕后會出現(xiàn)結(jié)晶性開裂、崩壞而喪失強(qiáng)度。如選用抗硫酸鹽的水泥，使水泥土中產(chǎn)生的結(jié)晶膨脹物質(zhì)控制在一定數(shù)量范圍內(nèi)，則可大大提高水泥土的抗蝕性能。</p><p>　?、?存在不同成分的礦物質(zhì)時</p

76、><p>　　水泥加固土的室內(nèi)試驗表明，有些軟土的加固效果較好，而有些不夠理想。一般認(rèn)為，含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好；而含有伊利石、抓化物和水鋁英石等礦物的粘性土，以及有機(jī)質(zhì)含童較高、酸堿度(PH值)較低的粘性土加固效果較差。</p><p>　　2.3 水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）</p><p><b>　?。?）概述&l

77、t;/b></p><p>　　水泥粉煤灰碎石樁[2]是由粉煤灰、碎石、石屑、砂石摻適量水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械在地基中制成的強(qiáng)度等級為C5～C25的高粘結(jié)強(qiáng)度的樁，簡稱為CFG樁(Cement Fly-ash Gravel)。該種處理方法是通過在碎石樁體中添加以水泥為主的膠結(jié)材料，添加粉煤灰是為增加混合料的和易性并有低標(biāo)號水泥的作用，同時還添加適量的石屑以改善級配，使樁體獲得膠結(jié)強(qiáng)度，并從散體材料樁轉(zhuǎn)

78、化為具有某些柔性樁特點的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。</p><p>　　CFG樁復(fù)合地基成套技術(shù)，是在80年代由中國建筑科學(xué)研究院立題(建設(shè)部“七五”計劃課題)開始試驗研究，1992通過了部級鑒定，1994年被建設(shè)部列為全國重點推廣項目，1995年被國家科委列為國家級全國重點推廣項目。1997年被列為國家級工法，并制定了中國建筑科學(xué)研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已列入國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》

79、。為了進(jìn)一步推廣這項新技術(shù)，國家投資對施工設(shè)備和施工工藝進(jìn)行了專門研究，并列入“九五”國家重點攻關(guān)項目，1999年12月通過了國家驗收。</p><p>　　CFG樁一般根據(jù)工程地質(zhì)條件、地下水位等，采用錘擊、振動沖擊沉管灌注樁及干(濕)作業(yè)成孔灌注樁，就地灌注樁施工工藝、施工設(shè)備進(jìn)行施工，CFG樁拌和料具有良好和易性、流動性及容易灌注等特點，因而施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價低廉。該技術(shù)已在全國23

80、個省、市廣泛推廣應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計，該技術(shù)已在1000多個工程中應(yīng)用。近幾年來，CFG樁加固技術(shù)在高層、超高層建筑地基處理中也得到應(yīng)用，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(yè)廠房均可使用。另外還可用于高速公路的過人涵洞、管道和橋臺后過渡段等的地基處理。</p><p>　　CFG樁復(fù)合地基與碎石樁復(fù)合地基相比較，碎石樁系散體材料樁，樁本身沒有粘結(jié)強(qiáng)度，主要靠周圍土體的約

81、束形成樁體強(qiáng)度，并和樁間土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部建筑的垂直荷載。土越軟對樁的約束作用越差。樁體強(qiáng)度越小，樁傳遞垂直荷載的能力越差。根據(jù)眾多工程實踐和對現(xiàn)行的碎石樁的比較，得到結(jié)果如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 CFG樁復(fù)合地基與碎石樁復(fù)合地基的對比</p><p>　　在碎石樁體中，摻入適量石屑，粉煤灰和水泥加水拌和，制成一種粘結(jié)強(qiáng)度較高的樁，所形成的樁的剛度遠(yuǎn)大于碎石

82、樁的剛度，但和剛性樁相比剛度相差較大，它是一種具有高粘結(jié)強(qiáng)度的柔性樁。CFG樁、樁間土、褥墊層一起形成柔性樁復(fù)合地基。CFG樁與素混凝土樁的區(qū)別僅在于樁體材料的構(gòu)成不同，而在其變形和受力特性方面沒有太大的區(qū)別。</p><p>　　與樁基相比，由于CFG樁樁體材料可以摻人工業(yè)廢料粉煤灰不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力，工程造價一般為樁基的1/3～1/2，還能減輕環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著。隨著CFG樁

83、復(fù)合地基的推廣應(yīng)用，CFG樁復(fù)合地基技術(shù)也得到了發(fā)展，新型的CFG樁復(fù)合地基，如夯實擴(kuò)底CFG樁復(fù)合地基、帶承力盤的CFG樁復(fù)合地基等，以及與CFG樁復(fù)合地基聯(lián)合的地基加固技術(shù)，如強(qiáng)夯—CFG樁聯(lián)合加固復(fù)合地基、振動擠密碎石樁與CFG樁復(fù)合地基聯(lián)合應(yīng)用處理地基、強(qiáng)夯置換CFG樁(墩)復(fù)合地基、鉆孔壓灌CFG樁復(fù)合地基、CFG樁—網(wǎng)復(fù)合地基等在工程實際中都得到了應(yīng)用與實踐。</p><p>　　總之CFG樁復(fù)合地基

84、是一種新型的地基加固處理方法，和其它傳統(tǒng)地基處理方法相比，CFG樁具有顯著的樁體作用、明顯的擠密作用、應(yīng)力集中與擴(kuò)散作用，復(fù)合地基承載力提高幅度大，變形小沉降穩(wěn)定快等特點，能有效的調(diào)整樁體應(yīng)力，充分發(fā)揮樁間土、樁體的承載力。</p><p>　?、?CFG樁的適用性</p><p>　　CFG樁復(fù)合地基既適用于條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)、也適用于筏基、箱形基礎(chǔ)。就土性而言，適用于處理粘性土、粉土、

85、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土地基。即可用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土。當(dāng)CFG樁用于擠密效果好的土?xí)r，承載力的提高既有擠密作用，又有置換作用；當(dāng)CFG樁用于擠密效果差的土?xí)r，承載力的提高只與置換作用有關(guān)。CFG樁和其它復(fù)合地基的樁型相比，它的置換作用很突出，這是CFG樁的一個重要特征。</p><p>　　② CFG樁各種施工方法的適用性</p><p>　　CFG樁常用的施工方法

86、有振動沉管成樁、螺旋鉆孔成樁、泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁以及長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁等。</p><p>　　各種施工方法各自有其自身的優(yōu)點和適用性，長螺旋鉆孔灌注成樁適用于地下水位以上的粘性土、粉土和填土地基；泥漿護(hù)壁鉆孔灌注成樁適用于粘性土、粉土、砂土、人工填土、碎石及礫石類土和風(fēng)化巖層分布的地基；長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁法，適用于粘性土、粉土、砂土分布的地質(zhì)條件及對噪音和泥漿污染要求嚴(yán)格的場地；振動沉

87、管灌注成樁法，適用于粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、人工填土及無密實厚砂層的地質(zhì)條件。</p><p>　?。?）CFG樁的工作機(jī)理</p><p>　　CFG樁不同與碎石樁，是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁，在外荷載作用下，樁身不會像碎石樁那樣出現(xiàn)鼓脹破壞，并可全樁長發(fā)揮側(cè)摩阻力，樁落在好土層上具有明顯的端承力，樁承受的荷載通過樁周的摩阻力和樁端阻力傳到深層地基中，其復(fù)合地基承載力可大幅度提高。并且CFG

88、樁沒有像碎石樁那樣的臨界樁長，它可以像剛性樁一樣把外荷載傳遞到深層地基。</p><p>　　水泥、粉煤灰、水灰比、石屑率對CFG樁模量的影響:</p><p>　?、?模量與泥粉比成正比關(guān)系，但當(dāng)泥粉比達(dá)到一定時，模量隨泥粉比增長不明顯。這說明在28天時，粉煤灰活性發(fā)揮作用，此時增加水泥用量效果不明顯。</p><p>　?、?模量與水灰比有關(guān)，在石屑率、水泥+粉

89、煤灰、泥粉比一定的條件下，只有當(dāng)水灰比適中時模量才達(dá)到最大，泥粉比在1左右時，模量較高，水灰比在0.9～1.4之間，模量較大。</p><p>　?、?模量與石屑率有關(guān)，在水泥+粉煤灰、泥粉比一定的條件下，當(dāng)石屑率在適當(dāng)范圍內(nèi)(28.6%)時混合料級配最好，強(qiáng)度最大，模量高。</p><p>　　（3）CFG樁加固機(jī)理</p><p>　?、?褥墊層的加固作用<

90、;/p><p>　　CFG樁復(fù)合地基由樁、樁間土及褥墊層構(gòu)成，褥墊層將上部基礎(chǔ)傳來的基底壓力(或水平力)通過適當(dāng)?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁間土，使二者共同受力，形成了一個復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來的荷載。墊層是復(fù)合地基的重要組成部分，是高粘結(jié)強(qiáng)度樁形成復(fù)合地基的必要條件，復(fù)合地基的許多特性都與墊層有關(guān)，因此，墊層技術(shù)是CFG樁復(fù)合地基的一個核心技術(shù)。其主要作用有：保證樁、土共同承擔(dān)荷載；調(diào)整樁、土荷

91、載分擔(dān)比；減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。</p><p>　?、?保證樁和土共同承擔(dān)外荷載</p><p>　　對CFG樁復(fù)合地基來說，基礎(chǔ)是通過厚度為H的褥墊層與樁和樁間土聯(lián)系，如圖2-3所示。</p><p>　　在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置一定厚度的褥墊層。當(dāng)基礎(chǔ)承受荷載時，樁和樁間土都要發(fā)生沉降變形，由于樁的模量遠(yuǎn)比土的變形模量大，因而樁比土的變形小，由于基礎(chǔ)下面設(shè)置了一定

92、厚度的（h＞0）褥墊層，樁可以向上刺入，伴隨這一變化過程，墊層材料不斷調(diào)整補(bǔ)充到樁間土上，以保證基礎(chǔ)始終把一部分荷載傳到樁間土上，也就能保證在任一荷載作用下樁和樁間土始終參與工作。</p><p>　　圖2-3 褥墊層示意圖</p><p>　　② 調(diào)整樁和樁間土的荷載分擔(dān)比</p><p>　　a.調(diào)整樁和樁間土垂直荷載分擔(dān)比</p><p&

93、gt;　　復(fù)合地基樁、土垂直荷載分擔(dān)比可用樁、土應(yīng)力比n表示</p><p>　　式中 ——CFG樁樁頂應(yīng)力（kPa）；</p><p>　　——樁間土應(yīng)力（kPa）。</p><p>　　CFG樁復(fù)合地基中樁、土應(yīng)力比n多在10～14之間變化，在較軟的土中有的可達(dá)100左右，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比一般在40﹪～75﹪。需要注意的是：CFG樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力

94、具有很大的可調(diào)性，當(dāng)樁的其它參數(shù)（樁徑、樁距等）不變時，減小樁長可減小單樁承載力，樁土應(yīng)力比亦降低；同樣，增大樁長可使樁土應(yīng)力比提高。當(dāng)樁的其它參數(shù)（樁徑、樁距、樁長等）相同時，增加褥墊層的厚度可以使樁土應(yīng)力比減小，減小褥墊層的厚度可以使樁土應(yīng)力比增大，褥墊層厚度越大，樁土所承擔(dān)的荷載越趨均勻，樁土應(yīng)力比越接近于1。</p><p>　　b.調(diào)整樁和樁間土水平荷載分擔(dān)</p><p>　　

95、CFG樁主要是用來傳遞垂直荷載的，而對于水平荷載而言，褥墊層厚度越達(dá)，樁頂水平位移越小，即樁頂所承受的水平荷載越小。大量試驗結(jié)果表明，只要褥墊層厚度不小于10cm，樁體就不會發(fā)生水平折斷，樁在復(fù)合地基中就不會失去工作能力。</p><p>　?、?減小樁頂對基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中</p><p>　　當(dāng)褥墊層厚度h=0時，CFG樁對基礎(chǔ)的應(yīng)力集中和鋼筋混凝土樁對承臺或樁上基礎(chǔ)的應(yīng)力集中現(xiàn)象類似

96、，需要考慮樁對基礎(chǔ)的沖切破壞。</p><p>　　總之若在基礎(chǔ)下設(shè)置一定厚度的墊層(h>0)，即使樁端落在好的土層上，也能保證一部分荷載通過褥墊作用在樁間土上，使樁、土共同承擔(dān)荷載。樁土應(yīng)力比n逐漸減小，樁對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的應(yīng)力集中也顯著降低，水平傳力方式改為摩擦傳力，樁承擔(dān)的水平荷載較小。</p><p>　　但當(dāng)墊層厚度過大時，會導(dǎo)致樁土應(yīng)力比等于或接近1，此時樁承擔(dān)的荷載非常小

97、，復(fù)合地基中樁的設(shè)置己失去了意義，復(fù)合地基的承載力較天然地基不會有太大的提高，反而建筑物的變形會增大。根據(jù)大量的試驗研究、理論分析及數(shù)值計算分析，并結(jié)合大量的工程實踐，考慮到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，目前有一個共識，墊層的厚度一般取10cm～30cm為宜。</p><p>　　若基礎(chǔ)下面不設(shè)置墊層(h=0)，基礎(chǔ)直接與樁和樁間土接觸，在垂直荷載作用下承載特性和樁基差不多。由于樁的沉降很小，樁上的荷載向土上轉(zhuǎn)移數(shù)量很

98、小，樁間土承載力很少發(fā)揮，樁、土應(yīng)力比很大，在軟土中n可以超過100，樁對基礎(chǔ)的應(yīng)力集中很顯著，和樁基一樣，需要考慮樁對基礎(chǔ)的沖剪破壞，水平荷載作用下，水平傳力方式為接觸傳力，水平荷載主要由樁來承擔(dān)。</p><p>　?、?CFG樁工作機(jī)理</p><p>　?、?CFG樁的剛性樁性狀</p><p>　　對于像砂樁和碎石樁那樣的散粒材料樁，它們主要是通過有限樁長

99、傳遞垂直荷載，當(dāng)樁長大于某一數(shù)值后，樁傳遞荷載的作用已顯著減弱。CFG樁不同于碎石樁，是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁在外荷載作用下樁身不會像碎石樁那樣出現(xiàn)鼓脹破壞，并可全樁長發(fā)揮側(cè)摩阻力，樁落在好土層上具有明顯的端承力，樁承受的荷載通過樁周的摩阻力和樁端阻力傳到深層地基中，其復(fù)合地基承載力可大幅度提高。</p><p>　?、?單樁承載力的可調(diào)性</p><p>　　CFG樁的樁長可根據(jù)實際工程要

100、求和地質(zhì)條件確定，從幾米到20多米，如前所說，CFG樁能像剛性樁那樣全樁長發(fā)揮樁的側(cè)摩阻力。據(jù)統(tǒng)計資料表明，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比可在35%～70%之間變化，有的工程這個比例更高，使得復(fù)合地基承載力提高幅度大并具有很大的可調(diào)性。這是因為當(dāng)?shù)氐鼗休d力較高時，荷載又不很大，可將樁長設(shè)計得短些，荷載大時，樁長可設(shè)計得長些。特別是天然地基承載力較低而設(shè)計要求的地基承載力較高時，用柔性樁復(fù)合地基一般難以滿足設(shè)計要求，用CFG樁處理時，復(fù)合

101、地基承載力比較容易實現(xiàn)。</p><p>　?、?樁體的排水作用 </p><p>　　CFG樁在處理飽和粉土和砂土地基的施工中，由于成樁過程中的沉管和拔管的振動作用，會使土體內(nèi)產(chǎn)生較大的超靜孔隙水壓力。剛剛施工完的CFG樁將是一個良好的排水通道，特別是在較好透水層上面還有透水性差的土層覆蓋時，這種排水作用更加明顯，孔隙水沿著剛完工的樁體向上排出，直到CFG樁體結(jié)硬為止。這種

102、排水過程可延續(xù)幾個小時。人們曾擔(dān)心這樣的排水現(xiàn)象是否會影響樁體的強(qiáng)度，通過施工后分層鑿樁體解剖和靜載試驗，并沒有發(fā)現(xiàn)上述所擔(dān)心的問題發(fā)生。這種排水作用反過來對減小因孔壓消散太慢引起地面隆起和增加樁間土的密實度大為有利。</p><p><b>　?、?時間效應(yīng)</b></p><p>　　利用振動沉管法施工工藝施工，由于其振動作用，將會對樁間土產(chǎn)生擾動，特別是對于高靈

103、敏度土，會使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度喪失，強(qiáng)度降低。成樁結(jié)束后，隨著恢復(fù)期的增長，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的逐漸恢復(fù)，新的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的形成，樁間土承載力有所提高。</p><p>　?、?CFG樁復(fù)合地基承載特性</p><p>　　復(fù)合地基由于發(fā)揮了樁間土的承載力能力，在樁側(cè)產(chǎn)生一個較大的豎向增量，使得復(fù)合地基中樁的承載特性與自由單樁不同。對CFG樁復(fù)合地基，當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時，由于基礎(chǔ)下設(shè)置了褥墊層，樁可以向上刺入

104、，墊層材料不斷調(diào)整補(bǔ)充到樁間土上，使樁和樁間土始終參與工作。給定荷載下，樁和土的荷載分擔(dān)均為一常值，它不隨時間變化而改變。樁的荷載承擔(dān)比Pp/P隨荷載的變化規(guī)律為:復(fù)合地基上施加荷載P后，隨著時間</p><p>　　的延續(xù)，樁頂和樁間土頂面的平均接觸應(yīng)力有一個調(diào)適過程，當(dāng)P小于復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值人時，隨著時間的延續(xù)， Pp由上升趨勢逐漸趨于穩(wěn)定，而Ps開始表現(xiàn)為下降趨勢，這種現(xiàn)象說明，在復(fù)合地基受到荷載作用

105、的初期，樁間土承擔(dān)的荷載有向樁體轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，這種荷載向樁體轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象與一般碎石樁復(fù)合地基的承載特性相似。當(dāng)復(fù)合地基承擔(dān)的荷載Pp超過其標(biāo)準(zhǔn)承載力時，在施加荷載的短時間內(nèi)，樁承擔(dān)的荷載略有向樁間土轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，但轉(zhuǎn)移量較小，時間較短，樁土應(yīng)力比很快就達(dá)到穩(wěn)定，但隨著荷載的繼續(xù)增大，樁土應(yīng)力比呈下降的趨勢，因此在復(fù)合地基中樁的承載能力和樁間土的承載能力不能夠同時完全發(fā)揮。</p><p>　?、?樁、土荷載分擔(dān): CF

106、G樁復(fù)合地基，隨著荷載的增加，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比逐漸增加，土承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比逐漸減小。荷載較小時，土承擔(dān)的荷載大于樁承擔(dān)的荷載，隨著荷載的增加，樁間土承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比逐漸減少，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比逐漸增大。在荷載一定，其它條件相同時，樁承擔(dān)的荷載隨樁長、樁截面面積增加而增大；隨樁距減小而增大。 </p><p>　?、?樁傳遞軸向力的特征:樁基中樁與承臺剛性連接，在正常情況下

107、，受垂直荷載后樁頂?shù)某两?、樁間土表面的沉降以及承臺的沉降都相等。樁頂以下樁各部位的位移都大于相應(yīng)部位土的位移，樁側(cè)土體對樁產(chǎn)生與樁位移方向相反的側(cè)阻力，即正摩擦力，樁的最大軸力發(fā)生在樁的頂部。CFG樁復(fù)合地基在任一荷載下樁頂?shù)某两怠堕g土表面的沉降以及基礎(chǔ)的沉降均不相同，在某一深度Z0范圍內(nèi)，土的位移大于樁的位移，上對樁產(chǎn)生的摩擦力方向是與樁沉降方向一致的，即所謂的負(fù)摩擦力。Z0處樁的位移和土的位移相等，該斷面所處位置為中性點。當(dāng)Z＞Z

108、0時，樁的位移大于土的位移，土對樁產(chǎn)生的是正摩阻力。在中性點以上，樁的軸向應(yīng)力隨著深度的增加而增大，中性點以下樁的軸向應(yīng)力隨著深度的增加而減小，樁的最大軸向應(yīng)力就在中性點處。中性點位于樁頂下0.5～1.2m之間，隨著褥墊層厚度增加，樁身軸力相應(yīng)降低。由于褥墊層的設(shè)置，無論樁端落在軟土層還是硬土層上，從加荷一開始樁就存在一個負(fù)摩擦區(qū)。CFG樁復(fù)合地基土對樁的負(fù)摩擦作用并非有害，它對提高樁間土的承載力、減少復(fù)合土層的變形起著有益的作用。&l