维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第９期 总第１１１期 福 建 建 筑 Ｎ０９・２ｏｏ７ Ｖｏｌ・１１１ Ｆｕｉｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 水泥粉煤灰碎石桩在软基处理中的应用 卢勇胜 （福州市规划设计研究院摘３５０００３） 要：通过Ｓ－程实例，介绍了采用水泥粉煤灰碎石桩处理软基的设计和施工技术，经静载实验检验加固效果良好，为类似工程的 设计与施工提供借鉴经验。 关键词：水泥粉煤灰碎石桩 软土地基 设计计算 施工技术 中图分类号：ＴＵ４７３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—６１３５（２００７）０９—００６５—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＦＧ Ｐｉｌｅ ｉｎ Ｓｏｆｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｌｕ ｙｏｎｇｓｈｅｎｇ （Ｆｕｚｈｏｕ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｅ ｓｏｍｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ＣＦＧ ｐｉｌｅ ｔｈａｔ ｔｒｅａ— ｔｅｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｐｅｒｆｅｃｔ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＧ ｐｉｌｅ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｌ 引言 随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化， 复合地基由于充分利用桩问土和桩共同作用的特有优势和相 对低廉的工程造价，得到了越来越广泛的应用。水泥粉煤灰 碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑和砂加水拌和，用各种成 次为： ①素填土：土黄、褐黄色，可塑，主要为粘性土填土。回填 土很湿，欠压实，厚度为１．８～３．６ｍ，桩周侧阻力特征值 １８ｋＰａ，地基承载力特征值为８５ ｋＰａ。 ②淤泥：深灰、灰黑色，流塑，饱和，岩芯手捏有滑腻感，具 臭味，含腐植物，层厚１０．０～１５．６ｍ，含水量６６．１％，孔隙比 １．４７，塑性指数为２０，压缩系数为１．４３ＭＰａ～，粘聚力为 ３．７ｋＰａ，内摩擦角２．８。。桩周侧阻力特征值１５ｋＰａ，地基承载 力特征值为５０ｋＰａ。 ③粘土：褐灰、褐黄色，可塑为主，局部软可塑，很湿，岩芯 切面光滑，粘性强，含少量细砂，层厚１。８—７。１ｍ。桩周侧阻 力特征值５０ｋＰａ，桩端端阻力特征值１６００ ｋＰａ，地基承载力特 征值为１８０ｋＰａ。 桩机械制成的高粘结强度桩，桩身强度等级为Ｃ５一Ｃ２５之 间，简称ＣＦＧ桩。水泥粉煤灰碎石桩和桩问土、褥垫层一起 形成复合地基，通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土 层还是坚硬土层，均可保证桩问土始终参与工作。由于桩体 的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士 表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应 减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基 承载力提高，变形减小，再加上ＣＦＧ桩不配筋，桩体利用工业 废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。由于该技术 具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉等特 ④中砂：褐灰、浅灰色，稍密状为主，局部中密状，饱和，主 要由中粒石英砂组成，局部为粗砂，层厚２．７～９．７ｍ。 点，目前已成为全国各地普遍应用的地基处理技术之一…。 本文结合工程实例，介绍了采用水泥粉煤灰碎石桩处理软基 的具体设计和施工技术。 ３水泥粉煤灰碎石桩设计 根据地质勘察资料，桥头位置为软土地基，为避免路基沉 陷产生“桥头跳车”不良影响，决定采用水泥粉煤灰碎石桩技 术进行软基处理。 ３．１水泥粉煤灰碎石桩的间距及其布置：水泥粉煤灰碎石桩 直径为０．４ｍ，三角形布置，水平间距为２ｍ，竖向间距为２ｍ， ２工程概况及场地地质条件 某道路工程，路线全长约６ｋｍ，所经地带属冲海积平原地 貌，地势平缓。线路跨越一河道，设置大桥一座，桥梁长度 １８０ｍ，桥宽３２ｍ，桥梁两侧原为农田、菜地、池塘，已填土平 整。根据设计纵断标高，在现状场地条件下，桥头填土平均高 度为３．８ｍ。 该地段地质条件差，根据地质勘察结果，地层自上而下依 作者简介：卢勇胜，１９７１年生，男，地质勘察专业，工程师，从事岩 见图１。直径及间距由多次计算确定。 ３．２水泥粉煤灰碎石桩的长度：软土层较厚，设计要求桩底 穿透淤泥层，进入粘土层１ｍ，单根平均长度为１８ｍ。桥头填 土平均高度３．８ｍ，水泥粉煤灰碎石桩软基处理宽度为４５ｍ， 处理长度为桥头两侧各９０ｍ。 ３．３土工格栅及砂砾垫层的设置：台后回填砂性土，竖向间 土工程勘察工作。 收稿日期：２００７—０７—１１ 距０．５ｍ加设一层土工格栅，土工格栅采用￥２０双向格栅，延 伸率不大于１ １％，抗拉强度２０ｋＮ／ｍ，土工格栅对称于路中线 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第９期总第１１１期 卢勇胜・水泥粉煤灰碎石桩在软基处理中的应用 ： ・—— 一／Ｉ＿Ｉ１ ——０ －一— 『 ／Ｉ Ｊ！—＝一—・４—｛ 一ｌ－ 一— 目目ｉ 图１（单位：ｃｍ） 布设，砂砾垫层厚１ｍ。 ３．４设计计算 ． ①基础底面处承载力计算 在荷载作用下，假定水泥粉煤灰碎石桩和软土地基在刚 性基础下，刚性基础埋深为０ｍ，仅计３．８ｍ填土的自重，基础 底面压力ｆｋ＝７６ ｋＰａ。 ②单桩竖向承载力特征值０ ｎ Ｒ ＝ ｇ １＋ｑｐＡＰ 式中：Ｒ。为单桩竖向承载力特征值（ｋＮ），“ 为桩的周长 （ｍ），ｑ 为土层桩周侧阻力特征值（ｋＰａ），１ 为土层厚度（ｍ）， ｑ。为桩端端阻力特征值（ｋＰａ），Ａｐ为桩的截面积（ｍ ）。 Ｒ。＝３．１４ Ｘ ０、４ Ｘ（１８ Ｘ ３．８＋１５ Ｘ １３．２＋５０ Ｘ １．０）十 ３．１４×０．２ Ｘ１６００ 计算得：Ｒ。＝５９８．６ｋＮ ③桩间土的承载力 ｝Ｉｋ：｝ 式中 为处理后桩间土的承载力特征值 为天然地基 承载力特征值８５ ｋＰａ。 ＝８５．０ ｋＰａ ④复合地基承载力计算 ＝ｍＲ。／Ａ。十卢（１一ｍ 式中厶为复合地基承载力特征值，ｍ为面积置换率，卢 为桩间土承载力折减系数，取０．８。 ｍ＝３．１４ Ｘ０．２２／８＝０．０１６，Ａ ＝３．１４ Ｘ０．２ ＝０．１２５６ｍ ＝。 ０．０１６ Ｘ５９８．６／０．１２５６＋０．８×（１—０．０１６）Ｘ ８５ 计算得 ＾＝１４３．２ｋＰａ＞ ＝７６ ｋＰａ，满足设计要求。 ４水泥粉煤灰碎石桩施工 本桥台基下砂垫层在施工水泥粉煤灰碎石桩前进行摊 铺，砂砾垫层施工采用装载机配合自卸车运输，压路机碾压， 并抽水进行水沉法进行砂的密实度处理。 ４．１ 机械设备准备：采用振动沉管机，沉管与地面垂直，确保 垂直度偏差不大于１％。 ４．２建筑材料准备与配合比设计：施工前进行水泥粉煤灰碎 石的配合比试验，本工程进行了配合比组成设计试验，测定不 同的水泥、粉煤灰剂量的７天及２８天抗压强度，以确定满足 桩体设计强度的水灰比。采用水泥＋粉煤灰占总量的１５％、 ２０％，以水灰比０、６、０．７、０．８分别进行试验。具体试验数据 如表１，经比较，选用水灰比为０．６。成桩后的桩体强度控制 在Ｃ６～Ｃ１０之间，碎石和石屑杂质含量不大于５％，混合料塌 落度控制在３—５ｃｍ之间。 表１ 配合比组成设计试验 水灰比水泥用量粉煤灰用量水７ｄ抗压强度 ２８ｄ抗压强度 ４．３施工工艺顺序：在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小， 但当采用连打作业时，由于饱和软土的特性，新打桩将挤压已 打桩，产生严重的缩颈和断桩，应采用从中心向外隔桩跳打， 不得采用四周转圈向内施工 。 ４．４过程控制 ①一次换浆控制：在钻进结束后，要仿佛来回拉动钻头， 使孔内沉渣随泥浆排出，由于碎石桩施工主要是采用清水钻 进，所以，在第一次清孔时，控制孔内沉渣尤为重要。 ②下注浆管：根据孔深，注浆管离孔底高度一般要小于 ３０ｍ。 ⑧投石子：在二次清孔的同时向孔内投放石子，在这过程 中，要注意使石子均匀落入孔内，避免石子大量涌入卡在孔 中，出现断桩现象。 ④灌注水泥浆：采用双控标准，即：第一、控制水泥用量每 米不小于４５ｋｇ，第二、当孔内水泥浆溢出后方可停止第一次 注浆。 ⑤二次复注：在第一次注浆结束后３０ｍｉｎ提拔注浆管至 桩长的１／２处进行复注，这样，一方面，可以补充因为水泥浆 的沉淀而导致桩的上部空缺，另一方面，也可以增强桩的密实 度。 ⑥拔除注浆管：拔除注浆管后再在桩头部位添加适量的 石子，以填补拔除注管后桩体的下沉。拔管速率：拔管速率太 快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率太慢又会又造 成水泥浆分布不均，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混合 料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时严格控制拔管速 率，拔管速率为０，７—０，８ｍ／ｍｉｎ。同时，拔管过程避免反插： 在拔管过程中若出现反插，由于沉管垂直度的偏差，容易使土 与桩体材料混合，导致桩身掺土，影响桩身质量。 ４．５设置保护桩长：桩顶标高应高出设计桩顶标高０．５ｍ，即 设置保护桩长。将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合 料加振３—５秒，提高桩顶混合料密实度。 ４．６加强施工监测：在施工过程中，加强施工监测。施工前 测量场地标高，测点要有足够的数量和代表性。施工中随时 测量地面是否发生隆起，因为断桩常与地面隆起有关；随时测 量已做桩桩顶标高的变化，对于桩顶标高变化较大的桩必要 时可以“跑桩”，即在桩体达到一定强度后，逐桩快速静压，静 压时间为３ｍｉｎ，静压荷载以保证使断桩接起来为准。 （下转第５２页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第９期总第１ １ １期 林水通・福建省厦门市杏林湾地热资源特征及其开发利用前景分析 ・５２・ ４００个。其余各岛用于建各国花卉博览园，规划中两座温泉 宾馆共有８５０个房间，连同温泉游泳池等温泉保健娱乐设施 项目，总计使用地下热水量２０００ｍ ／ｄ。 ４．２．２集美镇 根据集美镇远景规划（１９９４年）集美区人口将发展到ｌ０ 万人，预测宾馆、温泉疗养院、休养所等１０００个床位，房地产 开发居民使用温泉住宅按６０００户计，预计地下热水供应量约 ２５００ｍ。／ｄ。 ４．２．３杏林镇 杏林镇主要为厦门工业区，近年已发展成厦门市的卫星 城，城市人口增长迅速，预计可达ｌ０万人，根据其地理位置可 引地下热水供应居民住宅小区和旅游宾馆，按５０００户居民使 用地下热水，预计地下热水供应量约为２０００ｍ ／ｄ。 ４．２开发利用前景 根据厦门市远景规划，厦门将由传统的海岛城市向海湾 型城市过渡，岛外集美、杏林、海沧等成为新市区，杏林湾地热 资源优越的地理位置和丰富水量，使其具良好的开发前景。 除在杏林湾内开发利用外，还可将地热输往集美、杏林和厦门 岛北部地区。 ４．２．１杏林湾中洲岛 目前杏林湾中洲岛已规划建设世界园博园，将中洲岛重 ５结语 厦门市杏林湾地热资源水温大于９０℃，水量大于 １００００ｍ ／ｄ，位于市区范围内，是宝贵的新能源，同时又是宝 贵的旅游资源，具有良好的开发前景，应认真做好远景开发规 划制定管理办法、加强资源保护，充分利用地热资源优势，为 厦门地区经济建设发挥重要作用。 参考文献 ［１］福建南方地热矿泉研究院《厦门杏林湾地热开发利 用可行性论述与规划方案》 ［２］厦门地质工程勘察院《厦门杏林湾地热资源勘查报 告》 新改造成十多个岛屿，各岛之间舟桥相通，中间修建一条南北 向园博园大道。其中温泉出露的Ｈ岛上建两座宾馆和两个 游泳池，总用地面积２１２７００ｍ （其中建筑面积１ １８００ｍ ）建筑 密度１５～２０％，建筑限高ｌ５—２０ｍ，绿地率５０～６０％，停车位 （上接第６６页） 值Ｒ ＝５６０ｋＮ，桩问土的承载力特征值９４．４ｋＰａ，代人公式得 ５加固效果检验 ５．１静载试验 ｋ＝１４５．６ ｋＰａ与计算值１４３．２ｋＰａ接近。 ６结语 总之，水泥粉煤灰碎石桩桩体材料可以掺人工业废料粉 煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力；其受力和变形 类似于素ｔ昆凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工 简单易行、工程质量易保证等优点，工程造价一般为桩基的 １／３—１／２，经济效益和社会效益非常显著，因此具有十分广泛 的应用前景。为检验ＣＦＧ桩施工工艺、机械性能及质量控 制，核对地质资料，在工程桩施工前，应先做不少于２根试验 为检验水泥粉煤灰碎石桩加固软基的效果，了解单桩及 复合地基相关的强度和变形指标，本试验对ＣＦＧ单桩及复合 地基进行现场静载试验。 ①因水泥粉煤灰碎石桩数量较多，为保证试验成果充分． 并有代表性，静载试验作了６处，均作在桩长为１８ｍ的地段。 因水泥粉煤灰碎石桩并非完全的刚性桩，压板实验对其影响 深度是有限的，所以分不同的深度作试验，为了检验桩距的合 理性，相邻四桩中间的桩间土也应作试验。具体试验点位选 择如下：淤泥厚和淤泥管的地段各３处，其中桩顶２处，桩间 土１处；桩顶的试验深度可分别取４－０．０和一０．５—１．０ｍ，桩 桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混凝土密实度、强度和 桩身垂直度，根据发现的问题修订施工工艺。在施工时只要 合理安排施工顺序，加强设计及施工质量管理，就能较好保证 间土作在４－０．０ｍ的深度。 质量，充分发挥水泥粉煤灰碎石桩的技术性能和经济效果，促 进更广泛的应用。根据以上工程实例和工程经济比较表明， 采用ＣＦＧ桩加固软弱地基在技术上是可行的，加固效果十分 明显，经济效益显著，是值得推广应用的地基加固技术。 ②从水泥粉煤灰碎石桩静载试验Ｑ—ｓ曲线和ｌｇ【～ｓ曲 线上看，加载至６４０ＫＮ时，桩体沉降显著增加，桩体从弹性工 作状态转为非弹性工作状态，桩体趋于破坏状态，取破坏前一 级荷载５６０ＫＮ为水泥粉煤灰碎石桩单桩竖向承载力特征值。 ③从桩间土的静载试验Ｑ～ｓ曲线和ｌｇ【～ｓ曲线上看， 第一拐点Ｑ：２４０ＫＮ，第二拐点Ｑ＝３２０ＫＮ。静载试验承压板 参考文献 ［１］徐至钧，伍曙光．水泥粉煤灰碎石桩复合地基［Ｍ］ ．为直径１．８ｍ的圆，换算成桩间土的承载力特征值９４．４ ｋＰａ。 ５．２复合地基承载力验算 复合地基承载力计算公式： ＝ｍＲ ／Ａ ＋ｐ（１一ｍ） ， 将静载试验所得的水泥粉煤灰碎石桩的单桩竖向承载力特征 北京：机械工业出版社，２００４．４—６． ［２］ＪＧＪ ７９—２００２，《建筑地基处理技术规范》［ｓ］． ［３］郑俊杰．地基处理技术［Ｍ］．武汉：华中理工大学 出版社，２００４．４２—４３．
