簡易型干混砂漿設(shè)備在各種砂漿中的應(yīng)用
隨著工程建設(shè)的飛速發(fā)展,地基處理手段也日趨多樣化,復(fù)合地基由于其充分利用樁間土和樁共同作用的特有優(yōu)勢和相對低廉的工程造價得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本工程應(yīng)用CFG樁和水泥土樁復(fù)合地基,充分發(fā)揮了CFG樁的高承載力性能和水泥土樁的抗變形性能,并通過褥墊層的設(shè)置發(fā)揮樁間土的承載力。
1. 基本原理
CFG樁復(fù)合地基粘結(jié)強度樁是復(fù)合地基的代表,目前多用于高層和超高層建筑中。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱(即cement fIying-ash gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁,和樁間士、褥墊層一起形成復(fù)合地基。CFG樁復(fù)合地基通過褥墊層與基礎(chǔ)連接,無論樁端落在一般土層還是堅硬土層,均可保證樁間土始終參與工作。由于樁體的強度和模量比樁間土大,在荷載作用下,樁頂應(yīng)力比樁間士表面應(yīng)力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應(yīng)減少了樁間土承擔(dān)的荷載。這樣,由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高,變形減小,再加上CFG樁不配筋,樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料,大大降低了工程造價。 夯實水泥土樁是用人工或機械成孔,選用相對單一的土質(zhì)材料,與水泥按一定配比,在孔外充分拌和均勻制成水泥土,分層向孔內(nèi)回填并強力夯實,制成均勻的水泥土樁。樁、樁間土和褥墊層一起形成復(fù)合地基。夯實水泥土樁作為中等粘結(jié)強度樁,不僅適用于地下水位以上淤泥質(zhì)土、素填土、粉土、粉質(zhì)粘土等地基加固,對地下水位以下情況,在進行降水處理后,采取夯實水泥土樁進行地基加固,也是行之有效的一種方法。夯實水泥土樁通過兩方面作用使地基強度提高,一是成樁夯實過程中擠密樁間土,使樁周土強度有一定程度提高,二是水泥土本身夯實成樁,且水泥與土混合后可產(chǎn)生離子交換等一系列物理化學(xué)反應(yīng),使樁體本身有較高強度,具水硬性。處理后的復(fù)合地基強度和抗變形能力有明顯提高。
復(fù)合地基設(shè)計中,基礎(chǔ)與樁和樁間土之間設(shè)置一定厚度散體粒狀材料組成的褥墊層,是復(fù)合地基的一個核心技術(shù)。基礎(chǔ)下是否設(shè)置褥墊層,對復(fù)合地基受力影響很大。若不設(shè)置褥墊層,復(fù)合地基承載特性與樁基礎(chǔ)相似,樁間土承載能力難以發(fā)揮,不能成為復(fù)合地基?;A(chǔ)下設(shè)置褥墊層,樁間土載力的發(fā)揮就不單純依賴于樁的沉降,即使樁端落在好土層上,也能保證荷載通過褥墊層作用到樁間土上,使樁土共同承擔(dān)荷載。
由基體(天然地基土體)和兩種增強體三部分組成的人工地基,既能發(fā)揮CFG樁高承載力和良好的排水作用的特點,又因CFG樁的插入而使水泥土樁的側(cè)限約束作用得到增強。同時,由于設(shè)置了夯實水泥土樁,地基土的變形能力可得到有效的改善,并同時提高了土體的抗剪強度,亦可使CFG樁避免產(chǎn)生刺入破壞的可能。
2. 工程概況
河南科技大學(xué)綜合實驗樓的主樓為12層,另才有1層地下室,副樓8層,均為框架結(jié)構(gòu)。地基采用CFG樁與水泥土樁復(fù)合地基進行加固處理,兩種樁總樁數(shù)約為3600余根。復(fù)合地基承載力設(shè)計值350kpa。CFG樁采用長螺旋鉆成孔,樁身強度為20MPa;水泥土樁采用機動洛陽鏟成孔,樁身強度為5MPa:褥墊層采用5~10m礫石,厚度為0.2m。
2.1 工程地質(zhì)條件
在建的河南科技大學(xué)綜合實驗樓位于洛陽市澗西區(qū)西苑路北側(cè)。場地地形較平坦,地貌單元屬澗河II級階地。其工程地質(zhì)條件如表1所示。
2.2 平面布置綜合實驗樓占地45×143.4m2,主樓高52.5m,平面形狀為長方形,主樓東、西兩側(cè)各有一副樓,高38m。復(fù)合地基所采用的樁的類型有3種:CFG樁,水泥土長樁,水泥土短樁。布樁時考慮樁受力的合理性,盡量利用樁間土應(yīng)力σs產(chǎn)生的附加應(yīng)力對樁側(cè)阻力的增大作用。通常σs越大,作用在樁上的水平力越大,樁的側(cè)阻力越大。此復(fù)合地基采用夯實水泥土短樁與CFG樁成排間隔布置,CFG樁與水泥土短樁間隔0.75m,并在褥墊層周圍采取水泥土長樁圍護的隔水措施。主樓的CFG樁有效樁長不小于12m,水泥土樁短樁有效樁長不小于7.5m,水泥土樁長樁有效樁長不小于12m,副樓的CFG樁有效樁長不小于14.5m,水泥土樁短樁的有效樁長不小于7m,水泥土樁長樁的有效樁長不小于14.5m,樁徑均為0.5m。由于此場地19.3m處出現(xiàn)地下水位,而設(shè)計的CFG樁達到地下26m,這就需要降水處理。CFG樁復(fù)合地基的設(shè)置,不僅可以大幅度的提高地基承載力,而且具有很好的排水作用,這就無需其它的排水措施。水泥土樁體具有很高的模量,因此,用夯實水泥土樁加固的復(fù)合地基比原地基變形模量會有較大增長,抗變形能力有明顯提高。
3. 試驗結(jié)果分析
3.1 復(fù)合地基靜載荷試驗
受現(xiàn)場條件限制,試驗采用對不同樁型單樁復(fù)合地基承載力按單樁處理面積加權(quán)平均的辦法,評價CFG樁和水泥土樁混合地基承載力。試驗有兩組復(fù)合地基試驗,每組試驗各有一個CFG樁與一個水泥土樁單樁復(fù)合地基試驗點。兩組CFG樁與水泥土樁復(fù)合地基靜載荷試驗P-S曲線如圖1所示。第一組為CFG-308#和SNT-410#,第二組為CFG-518#和SNT-632#。從P-S曲線可以看出,復(fù)合地基靜載荷試驗曲線基本屬于漸進型的光滑曲線,不存在陡降點。取s/b=0.01(b為方形壓板的寬度)對應(yīng)的荷載,其值均超過最大加荷量的一半,因此取最大加荷量的一半作為CFG樁、水泥土樁的單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計值。即CFG樁單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計值大于550kpa,水泥土樁單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計值大于200kpa,對兩組值進行加權(quán)平均后,可知CFG樁與夯實水泥土樁混合樁型復(fù)合地基承載力不小于375kpa,復(fù)合地基承載力提高1倍,滿足設(shè)計要求。分別對兩組中的CFG樁及夯實水泥土樁的試驗曲線作比較,兩組復(fù)合地基的承載力相差不大,說明主樓部分的地基土質(zhì)分布比較均勻,基底持力層的承載力和壓縮模量差別不大。
3.2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗結(jié)果
試驗進行了2根水泥土樁及2根CFG樁單樁靜荷試驗,Q-S曲線如圖2所示。CFG樁單樁極限承載力不小于1000KN,地基承載力提高130%;水泥土樁單樁極限承載力不小于5000KN,地基承載力提高近20%,均滿足設(shè)計要求。從曲線可以看出,4根樁的總沉降都小于10mm,遠小于《規(guī)范》要求,且沉降隨時間、荷載的變化都是均勻的,基本上是彈性的。由此可以看出,當(dāng)Q=1000KN時,CFG樁還沒有達到極限承載力狀態(tài),當(dāng)Q=500KN時,水泥土樁也沒有達到極限承載力狀態(tài),還有很大“儲備”。由卸載曲線可以看出,樁的彈性回彈量很小,最多只有2m,說明樁體剛度很大,沉降量主要是由于樁整體下沉造成的。從單樁復(fù)合地基靜荷試驗的結(jié)果分析,692#CFG樁比53#CFG樁的樁間土好,382#水泥土樁比416#水泥土樁的樁間土好,單樁復(fù)合地基承載力偏高。說明樁間土的作用明顯,壓板下樁土協(xié)調(diào)作用效果良好。
3.3 輕便觸探試驗
為對比加固前后樁間土承載力的變化,完工后,布置了7個輕便觸探點進行試驗。綜合分析樁間土測試結(jié)果可知,經(jīng)水泥土樁與CFG樁處理后淺層樁間土的承載力基本值不低于120kpa,比地基處理前的樁間土承載力有所提高。
3.4 應(yīng)變樁身完整性檢測
本工程低應(yīng)變檢測CFG樁樁身完整性463根樁,檢測比例約為30%。所測的463根CFG均屬于完整樁或基本完整樁。主樓、副樓均沒有影響正常使用的樁。
4. 結(jié)論
(1)以復(fù)合地基靜壓結(jié)果數(shù)據(jù)看,本工程所采用的組合型復(fù)合地基的應(yīng)用,可最大限度地發(fā)揮這兩種樁的優(yōu)點,使復(fù)合地基的承載力得到大幅度的提高,地基變形得以降低和控制。
(2)復(fù)合地基中由于CFG樁樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力,其受力和變形類似于素混凝土樁,具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡單易行、工程質(zhì)量易保證等優(yōu)點,工程造價一般為樁基的1/3~1/2,經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著。
(3)夯實水泥土樁處理地基是一種效果明顯的處理方法,用夯實水泥土樁加固后的復(fù)合地基比原地基變形模量會有較大增長,抗變形能力有明顯提高。
(4)是否設(shè)置褥墊層以及墊層的材料和厚度,直接影響復(fù)合地基的樁和樁間土強度的發(fā)揮,合理的墊層厚度對提高復(fù)合地基承載力和減少沉降變形是非常有利的。
(5)由該工程證明此種地基處理方案,質(zhì)量易控制,造價低,經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益明顯,有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/P> |
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