CFG桩和砂石换填法复合地基在昌吉热电厂地基处理施工中的应用

　　摘要：使用CFG桩和砂石换填联合复合地基处理主厂房区域圆砾层夹粉土层的地基工程，施工后的静载试验检测结果表明，修正后复合地基承载力标准值满足设计要求。
　　关键词：CFG桩，垫层换填法，复合地基，不均匀沉降，工程应用
　　1.工程概况
　　新疆华电昌吉新热电（2×330MW）热电联产工程建设本期工程拟建设容量为2×330MW燃煤亚临界直接空冷供热式汽轮发电机组，并留有扩建余地。
　　根据岩土勘测报告可知，本区域的地址特点如下：主厂房基础底标高为-5.50米，基础下的土层主要有：②号粉土层，③号圆砾层，④号粉土层，⑤号圆砾层。②号粉土层在基底以下厚度变化较大，范围在0m~8m之间；③号圆砾层厚度变化较大，范围在3.2m~10.6m之间，且中间粉土夹层分布较广且不均匀，最厚处达到5.5米，多以透镜体出现；④号粉土层与⑤号圆砾层顶标高起伏不大，且厚度相对稳定，④号粉土层的厚度基本在4米左右，⑤号圆砾层厚度基本在5米左右，顶标高在-19米左右，地下水位-10.0m。
　　岩土各层物理力学指标统计
　　指标
　　地层 fak
　　（KPa） γ
　　（KN/m3） Ck
　　（KPa） Фk
　　（o） ES
　　MPa
　　②粉土 150 17 22 20 6∽9
　　③圆砾 350 21  38 40∽50
　　③2粉质粘土 160 19 25 25 7∽9
　　④粉细砂 140 20  25 8∽10
　　2.复合地基设计
　　2.1方案选择
　　本工程的特点是厂区范围内土层分布不均匀，且建（构）筑物荷载、结构形式差异性较大，所以对各建（构）筑物应分区分等级分别予以考虑。其中②号土层（粉土）做为辅助建（构）筑物等荷载较小的结构的持力层可以满足承载力的要求，但地基变形的不均匀性，需采用一定的地基处理方法和上部结构的措施来调整，另外。对于主厂房、烟囱、等大荷载建（构）筑物且对沉降敏感的结构，②号土层（粉土）的力学指标显然不能直接做为持力层，需考虑采用③号土层（圆砾）作为主要持力层，同时考虑解决部分区域内③号土层（圆砾）偏薄或含粉土夹层较厚的问题。
　　2.2复合地基设计
　　复合地基具体设计步骤如下：
　　（1）首先对主厂房区域进行CFG桩处理，用CFG桩加固主厂房地基，使加固后的地基承载力达到设计要求。
　　（2）CFG桩复合地基加固后，在此基础上铺设垫层，使整个场地③号土层（圆砾）偏薄或含粉土夹层较厚造成的不均匀沉降消除。
　　3．复合地基处理施工
　　本工程拟采用CFG水泥粉煤灰碎石桩和换填法地基处理方式进行处理。褥垫层厚度35cm，分为两层，第一层为10cm厚碎石，第二层为25cm厚戈壁料。褥垫层铺设由夯填度控制，夯填度即褥垫层夯实厚度与虚铺厚度之比，应满足不大于0.9，施工机械采用压路机压实（非振动碾）。碎石垫层施工时分层碾压压实，每层厚度为0.4m，用压路机压实，压实系数不小于0.97。地基处理形式见右图：
　　设计参数：地基处理后复合地基承载力标准值为300KPa，总沉降量不大于60mm，设计CFG桩桩径为400mm，桩数为5586根，有效桩长在5.1～7.6m内，保护桩长为0.7mm，桩身混凝土强度为C25，级配砂石褥垫层为2000mm。
　　3.1CFG施工流程
　　CFG桩施工流程：桩位放点－长螺旋钻机就位及成孔-泵送商品砼-压灌砼-边提升钻杆，边压灌素砼-成桩-桩体养护-桩体检测-清除桩间土及预留桩头-凿桩头。
　　3.2CFG施工方法
　　（1）桩位放点：测量人员根据业主提供的建筑物场地的水准控制点和建筑物的坐标定出2个轴线控制点，然后测放各个桩位。按照设计图布置的桩位、间距、数量，从已经定好的2个轴线控制点引放定出每个桩的桩位点，并撒白灰做好标识，一般桩位误差不宜超过2.0cm，钻机垂直度偏差不超过1.5%，经监理验线合格后进行下道工序。
　　（2）钻机就位及成孔：将长螺旋钻就位，调整钻机水平并固定，专人检查将钻头尖对准桩位中心点，螺旋钻机就位后，司钻人员根据钻机架上的铅垂调节钻机垂直度，确保垂直度偏差≤1.0H%。
　　全部调整就位后，开始钻孔，在钻机架上预先做好深度标识，利用深度标识进行成孔深度控制，CFG桩均超打300-500mm。在施工过程中控制孔深，保证有效桩长，并不超过允许偏差。在大面积施工前，首先进行试桩工作，工试验3根桩，由此取得成桩必须参数（提升速度、砼灌注速度、灌注量等），确定出成桩的顺序为：对称、间隔临排斜向跳打，严禁从一端开始按顺序逐个施打。
　　（3）砼搅拌：按照设计配合比配制混凝土，严格控制组骨料粒径，一般选用小于20mm的一级配砼，为了能顺利泵送，混凝土内掺加泵送剂，砼的塌落度控制在180-220mm。
　　（4）拔管、压灌砼成桩：商品砼到现场后进行砼和易性的检查，做塌落度试验，保证砼的检测塌落度为180-220mm。本工程要求水泥采用抗硫酸盐硅酸盐水泥或铝酸三钙含量不大于5%的普通硅酸盐水泥，要求厂家供应商品同时提供相应的合格证。
　　长螺旋钻机钻至设计深度后开始泵送砼，等钻杆中孔灌满后，开始提升钻杆、压灌砼。随后一边泵送砼，一边拔管。设专人指挥协调钻机操作手和砼泵送操作手保证泵送砼和提钻的默契配合，以确保成桩质量。在正常情况下，钻机的提升速度≤2.5m/min，以防止断桩、塌孔现象。提钻的速率与砼的泵送速率相协调，保证钻杆孔内砼表面够阿杜始终略高于钻杆底出料口，直至灌到超过桩顶标高50cm。
　　（5）停灌桩顶标高、移动钻机到下一桩位：尽量控制好桩顶标高停灰面这一环节，在达到技术要求的条件下，做到尽可能少浪费砼，降低充盈系数。
　　（6）施工过程中应抽样做好混凝土试块，一个台班做一组，进行抗压试验。并按照规定做好抗渗试块的组数。
　　3.3垫层施工
　　3.3.1垫层料的选用
　　垫层应采用质地坚硬、抗风化和抗浸水软化的砂石料，不得使用细砂和粉砂的组合。本工程碎石最大粒径不大于150mm，但100mm～150mm的粒径颗粒不能超过碾压总体积的10%～20%，且应分散分布。粒径大于20mm的颗粒含量应大于50%碾压体积。碎石料中所含耕(植)土、淤泥质土、有机质和其他杂物不应大于4%，含盐量不应大于0.5%。碎石土不应有湿陷、冻涨、盐渍、溶陷等不良地质现象。
　　2.3.2垫层施工方法
　　⑴碾压机具采用压路机振动碾，工作质量≥18t。机械机振力不小于270KN，振动频率为28Hz，机械行走速度2Km/h。
　　⑶在铺筑碎石土料前，基底土质应为坚硬状态。如土质处于饱和或湿的状态时，需凉晒至坚硬状态，方可回填，若土质被扰动应人工清除。
　　⑷每层碾压遍数暂按平碾2遍，振动碾8遍控制。然后作分层取样进行土工实验，若达到压实系数，可施工下一层，若不满足设计要求，可继续碾压，直到达到压实系数；并取得实验碾压次数数据。最后施工具体的碾压遍数可按试压确定的遍数调整。
　　⑸施工控制含水率应在最优含水率±1%范围内。
　　⑹施工流程
　　基坑开挖找平碾压→虚铺碎石土→平碾2遍→振动碾8遍→压实度测试→合格→虚铺下一层碎石土直到设计厚度→载荷试验。
　　⑺压实系数控制为0.97。
　　
　　
　　3．CFG桩和换填法联合复合地基施工效果及评价
　　施工完成后，进行了CFG桩复合地基单桩、多桩静载检测和垫层静载荷检测。单桩静载试验点15个，多桩静载试验点10个，垫层试验点15个，全部地基承载力均大于300KPa。检测结果表明，设计采用CFG桩符合地基方案，经济合理可靠，有利于提高地基强度，较小地基沉降，处理效果良好。
　　参考文献：
　　（1）JGJ94–94，建筑桩基技术规范
　　（2）JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范
　　（3）叶书麟地基处理工程实例应用手册（北京：中国建筑工业出版社1997）
　　（4）阎明礼张东刚CFG桩复合地基技术及工程实践（北京中国水利水电出版社2001）
　　

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