淺析CFG樁地基處理技術在高層建筑中的應用

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1.CFG樁在高層建筑中的應用 和普通建筑不同，高層建筑荷載大，對地基要求高。因此天然地基常常無法滿足其安全等方面的要求，樁基礎以及樁——箱基礎地基也隨之涌現(xiàn)。這類地基鋼筋與水泥需求量大，造成造高的缺點，并且工期長、施工難度大，應用受到一定的限制。而我們在實踐中發(fā)現(xiàn)，對于高層建筑來說，如采用CFG地基能夠同時具有安全和施工方便、造價低的有點，比天然地基更安全，比傳統(tǒng)的樁基礎施工快、造價低，優(yōu)勢非常明顯，因此在高層建筑中是一種非常理想的地基施工方法，也已經(jīng)引起建筑設計人員的大量關注，在高層建筑中得到普遍應用。 2.CFG樁的施工工藝 結(jié)合工作實踐，CFG樁的施工工藝主要包括成孔、清孔、灌注、振密、拔管等幾大部分，施工過程中主要采用鉆機、起吊設施、機架、水泵、發(fā)電機等設備。具體來說，CFG樁施工包括如下幾個部分。 準備工作。測量等準備工作是CFG樁施工的第一步，測量過程中應當嚴格按照測量規(guī)范的要求進行操作。測量儀器應當事先校核確保測量的準度和精度；技術準備、設計圖紙、施工資料等要準備到位；技術人員和施工人員要事先進行培訓。通過認真做好施工之前的技術準備工作，保障整個施工工作的順利開展。 鉆孔成孔。這一過程中主要采用鉆機進行施工，鉆機安排到位，鉆桿對準樁位的中心位置，并保持CFG樁的垂直度偏差小于1%。鉆孔開始后需要首先應當關閉鉆頭的閥門，然后啟動開關實施施工，并按照先慢后快進行鉆孔。施工過程中，為了確保樁位的垂直度，可在鉆架的上方掛垂球，并配備專人對每一根樁的樁位和垂直度仔細檢查。只有在滿足要求的情況下，才可以開鉆。 清孔與灌注。成孔過程中同時進行清孔操作，通過回水稀釋孔內(nèi)的泥漿，清理孔口。當鉆孔深入到預先設定好要求時，即可停止鉆進，進而進行混合料灌注。成孔之后不要立刻將鉆機提出，而是要將碎石連續(xù)的填入到孔內(nèi)，使它們可以自然的下沉到至孔的底部，如果級配沒有特殊的要求，那么一般每米的填料量應當控制在0.7至0.9立方米。施工過程中，每一根樁上的投料量都應當多于或等于設計預期的灌注量。實際操作過程中，常常采用連續(xù)的填料法進行關注，從而保證成樁的連續(xù)性和均勻性。振密施工操作。填料下沉到孔的底部時，可借助鉆機將填料擠向周圍的土層之中，實際操作中，隨著砂層的密實度不斷增大，砂層的抗擠入阻力也會不斷的增大，因此鉆機要輸出更大的功率，完成振密過程。完成這一操作后，便將鉆機上提，重復灌注、振密過程，直到完成施工。拔管施工操作。鉆桿的芯管充滿了混合材料后即可開始拔管。當灌注成樁以后，應當在樁頂上蓋土封，起到保護的作用。 施工后轉(zhuǎn)移和記錄工序。一根CFG樁施工完畢后，要對鉆機頭進行保護和移動，并繼續(xù)下一根柱樁的施工。同時，為了保障施工質(zhì)量，施工人員應當詳細的記錄每一根CFG樁施工過程中水壓、電流、深度、填料高度等各個參數(shù)，以便追溯和研究。 3.CFG樁施工注意點 地基是高層建筑的基礎，CFG樁的施工好壞決定著建筑的質(zhì)量，為了保障工程的高質(zhì)量完成，筆者認為CFG樁施工中，有如下幾點值得注意。首先，施工前制定專項施工方案，是確保成樁質(zhì)量的關鍵前提。精確的測量定位和根據(jù)各鉆孔土層分布情況綜合評判場地地質(zhì)概況，不僅可以確保樁的軸線位置，還可以控制鉆孔深度，確保樁端伸入持力層長度達到設計要求。控制好鉆塔垂直度，才能保證樁的垂直度，從而保證樁的承載力。其次，混凝土灌注是最關鍵的一道工序，壓灌與鉆桿提升配合好壞，將直接影響成樁質(zhì)量。壓灌應連續(xù)進行，并應把握好壓灌與鉆桿提升時機。有經(jīng)驗的司機對縮短混凝土的灌注時間、防止卡管或堵管事故，起著相當大的作用。此外，實際施工過程中，應當根據(jù)現(xiàn)場施工的實際情況，合理調(diào)整，選擇合適的施工方法，如回填土、粘土、砂土等地質(zhì)條件宜采用柱錘夯擴法，這一工藝噪音低、無泥漿污染、樁體質(zhì)量容易；無堅硬土層和密實砂層可采用振動沉管灌注成樁，這一方法施工效率高、造價相對較低的優(yōu)點；另外還可采用長螺旋鉆孔灌注成樁等。 在目前高層建筑中，CFG樁使用較為普遍，這一地基施工工藝相對簡單，一般的施工單位均可進行。在實際應用中，我們證實，只要沉降控制設計得當、并確保施工質(zhì)量，CFG樁能夠有效發(fā)揮其樁體材料的優(yōu)勢，并通過結(jié)合天然地基承載力，有效減小地基的沉降，創(chuàng)造出良好的社會效益和經(jīng)濟效益，實現(xiàn)經(jīng)濟性和安全性的雙贏，值得推廣采用。 4.質(zhì)量檢測及處理效果 4.1質(zhì)量檢測的方式 （1）樁間土采用標貫試驗、靜力觸探、輕便觸探等手段進行加固前后土的物理力學性質(zhì)試驗；（2）樁體進行靜載荷試驗；（3）復合地基進行單樁或多樁復合地基靜載荷試驗。 4.2處理效果及分析處理 實踐中，某工程從2010年6月12日開始，連續(xù)觀測歷時14個月，施工期間每7d沉降觀測1次，最終沉降量最大為65.4mm，與設計估算結(jié)果吻合度較高。結(jié)果表明，采用該技術對高層建筑地基進行處理，在荷載及沉降變形等各方面均有較好的表現(xiàn)。 5.經(jīng)驗探討 根據(jù)該工程實際存在的問題、方案論證與選擇、設計計算所存在的問題以及當?shù)毓こ探?jīng)驗和規(guī)范等，總結(jié)本次設計，可得到如下認識：（1）CFG樁復合地基較適合于本地區(qū)，特別對粉質(zhì)粘土、粉砂土和軟弱粘土等地基的承載力提高幅度較大，其技術效果較好，經(jīng)濟效益顯著。（2）根據(jù)現(xiàn)代高層建筑的布置型式和工程特點，在復合地基設計時應考慮周邊邊載卸荷（開挖新建建筑物）、相鄰建筑地基附加應力疊加等因素的影響。（3）由于CFG樁復合地基施工工藝的特性，對現(xiàn)場施工用地要求較大，場地空間有限，應合理組織CFG樁與周圍建筑的施工，統(tǒng)籌安排，以減小對周圍建筑的影響。（4）CFG樁施工過程，直接影響成樁質(zhì)量及地基處理效果，須嚴格管理，加以控制。目前，在北方很多地區(qū)，CFG樁復合地基技術從最初應用于多層建筑已發(fā)展到廣泛應用于高層和超高層建筑地基處理。而本地區(qū)正處于發(fā)展推廣階段，對其設計、施工和如何推廣應用于本地區(qū)等一系列問題，還值得我們深入探討和研究。 CFG樁加固地基能大幅度地提高天然地基的承載力，對軟弱地基承載力的提高尤其明顯。CFG樁復合地基設置200mm厚的褥墊層，可以保證樁土共同承擔荷載，減少基礎底面的應力集中，褥墊層厚度可調(diào)整樁土荷載分擔比例，同時具有排水作用。CFG樁加固地基與灌注樁基礎相比，工程造價節(jié)約50%以上，經(jīng)濟效益顯著。CFG樁的剛度較大，樁土應力比與其它復合地基相比要大，除設置褥墊層外，在樁的荷載傳遞中，樁頂部承受的荷載較大，樁頂部分一定深度范圍內(nèi)的樁體質(zhì)量要有可靠的保證。建筑物的沉降要控制在允許范圍內(nèi)，對不均勻沉降敏感的高層建筑物應用CFG樁復合地基時要慎重，確保高層建筑物的變形控制在可接受的范圍內(nèi)。