一种用于铁质红土地区的CFG桩复合地基及其施工方法与流程

本发明属于桩基施工技术领域，特别是涉及一种用于铁质红土地区的CFG桩复合地基。

背景技术：

CFG桩复合地基，全称水泥粉煤灰碎石桩复合地基，它是由水泥、粉煤灰、碎石、砂加水拌合，利用振动打桩机或长螺旋钻孔、管内泵压成桩制成的一种具有一定粘结强度的半下桩。CFG桩、桩间土以及褥垫层共同形成CFG桩复合地基。CFG桩复合地基在我国的研究历史并不长，1988年才正式立项研究并正式推广应用。截至到2012年，CFG桩复合地基已经在全国所有的省市推广运用，并且成功解决了很多软土地基承载力不足以及沉降变形大等难题。

现今，土木工程设计师已习惯于将桩基应用于高层或超高层建筑中，采用桩基理然效果不错，但是桩间土的承载力并没有得到充分发挥，尤其是桩间土承载力较高时，显得尤为浪费。如果此时采用复合地基，可以充分发挥桩间土的承载力，减少布桩数量，CFG桩复合地基就是其中的一种。CFG桩复合地基具有强度高、刚度大、造价低、施工周期短等特点，既能提高地基承载力，又能很好地控制地基变形，目前在工程中已经得到了广泛应用。在高层建筑中通常采用复合地基与筏板基础、条形基础等联合使用，取得了良好的经济效益和社会效益，现已成为广大岩土工作者的研究热点。

本公司莫桑比克6000T/D水泥生产线项目场地位于非洲东南部。莫桑比克的气候，北部属热带，南部是副热带，全年平均气温为19.4℃。这个国家年分干湿两季，干季比较短，为每年四月至八月；湿季很长，为每年九月到次年三月。因此雨水丰富，几乎常年都会下雨，年雨量约500毫米到1000毫米。中部和西部下游沿岸雨量最多，年雨量差不多有1000毫米到1500毫米。根据现场观察，拟建场地内分布的主要地层岩性为第四系表土、铁质红土等。现将拟建场地内地层岩性自上而下分述如下：

①表土：褐色～红褐色，松散，以可塑状粉质粘土为主，夹大量植物根茎、砂粒及铁质等，土质欠均匀。

②铁质红土：褐色、红褐色，可塑～坚硬，主要为粘土、粉质粘土，局部夹砂粒、铁质结核，呈团块状分布，分布不均匀，磨园度较差，大小1～3mm，含量一般5～15％，16米以下砂粒含量增加局部达30％。本层根据实测标贯数据可以分为若干亚层，各亚层厚度变化较大，故综合判定为不均匀地基。

由于该拟建场地持力层分布不均匀且承载力较低，所以研发一种适用于该拟建场地的CFG桩复合地基对该场地进行地基加固处理具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于铁质红土地区的CFG桩复合地基及其施工方法，该复合地基的承载力均匀，沉降量小，不易变形、结构强度高且施工方便，适用于铁质红土地区的地基加固，另外本发明CFG桩的制备原料不会污染周边环境，环保效应明显，有效节约社会资源。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于铁质红土地区的CFG桩复合地基，包括基础层、褥垫层、若干个CFG桩和位于相邻所述CFG桩之间的桩间土，所述基础层位于所述褥垫层的上方，所述褥垫层位于所述CFG桩的上方且与所述CFG桩垂直；

所述褥垫层包括上褥垫层、钢丝层、补偿层和下褥垫层，所述钢丝层位于所述上褥垫层的下方，所述补偿层位于所述钢丝层的下方，所述下褥垫层位于所述补偿层的下方，所述上褥垫层位于所述基础层的下方，所述下褥垫层位于所述CFG桩的上方且与所述CFG桩垂直；所述上褥垫层和所述下褥垫层皆为内部布满孔隙的结构，所述上褥垫层和所述下褥垫层的密实度皆为84-93％，所述钢丝层为网状结构，所述钢丝层的网格空隙为40-80mm²，所述补偿层为片状结构，所述下褥垫层的底部设有连接孔，所述CFG桩与所述连接孔一一对应且套于所述连接孔内，所述连接孔的孔径与所述CFG桩的内径相等，所述连接孔的高度为1-3m；

所述CFG桩中包含一加强体，所述加强体与所述CFG桩等高，所述加强体的直径从上到下逐渐递增，且所述加强体的顶部直径为所述CFG桩的直径的1/3-1/2，所述加强体的底部直径与所述CFG桩的直径相等；所述加强体的外表面均匀焊接有多根加强斜筋，每根所述加强斜筋皆是自所述加强体的上端沿加强体表面延伸至加强体的下端；所述加强体的外部还具有多个周向的环状加强筋，多个所述环状加强筋沿所述加强体的长度方向均匀排布，所述环状加强筋包覆于所述加强体和所述加强斜筋的外周；

所述褥垫层的厚度为230-480mm，其中，所述上褥垫层的厚度为80-160mm，所述钢丝层的厚度为30-80mm，所述补偿层的厚度为50-80mm，所述下褥垫层的厚度为70-160mm；

所述CFG桩的直径为270-340mm，所述CFG桩的桩长为18-22m；相邻所述CFG桩的桩间距为3-5m；

所述加强体是中空结构且壁厚为50-70mm的中空异径钢管；

所述CFG桩用混凝土的制备原料包括32.5#硅酸盐水泥、粉煤灰漂珠、矿渣粉、硅砂粉、沸石粉、工业废料、矿石、碎石、细中砂和密胺系减水剂，余量为水，每立方米混凝土包括400-600kg32.5#硅酸盐水泥、40-90kg粉煤灰漂珠、40-76kg矿渣粉、30-60kg硅砂粉、30-80kg沸石粉、35-60kg工业废料、30-50kg矿石、10-50kg碎石、18-40kg细中砂和5-11kg密胺系减水剂，其中，所述矿渣粉、所述硅砂粉和所述沸石粉的质量比为1-2：1：1-2.5，所述矿渣粉和所述沸石粉两者的质量总和与所述碎石的质量比为6：1-9：1，所述粉煤灰漂珠的质量占每立方米混凝土总重的7-12％。

进一步地说，所述褥垫层的厚度为253-456mm，其中，所述上褥垫层的厚度为84-149mm，所述钢丝层的厚度为35-77mm，所述补偿层的厚度为54-70mm，所述下褥垫层的厚度为80-160mm。

进一步地说，每立方米混凝土包括400-500kg32.5#硅酸盐水泥、60-90kg粉煤灰漂珠、55-70kg矿渣粉、30-47kg硅砂粉、36-71kg沸石粉、45-60kg工业废料、30-45kg矿石、15-43kg碎石、22-37kg细中砂和8-11kg密胺系减水剂。

进一步地说，所述CFG桩为圆柱形。

进一步地说，所述环状加强筋的数量为3-10个，所述加强斜筋的数量为8根。

进一步地说，所述补偿层为砂石补偿层、粗砂补偿层或碎石补偿层。

所述的一种用于铁质红土地区的CFG桩复合地基的施工方法，包括以下步骤：

S1、桩位放线：将选定场地平整后，按照设计图纸中的控制点放桩位，在每个桩位上钉入木棍，技术人员对桩位进行校验；

S2、桩机就位：技术人员对桩点进行十字定位，钻机就位后，钻头对准桩点垂直向下，并保证钻杆的垂直度偏差控制在1％以内；

S3、CFG桩混凝土的制备：将32.5#硅酸盐水泥、粉煤灰漂珠、矿渣粉、硅砂粉、沸石粉、工业废料、矿石、碎石、细中砂和密胺系减水剂按质量配比依次投入500L强制式搅拌机，加水搅拌，每盘料搅拌时间不少于60s，搅拌均匀后制得桩基混凝土；

S4、灌注CFG桩混凝土：启动马达沉管，待沉管到达预设深度后，向管内置入加强体，并于加强体的外周填入混凝土，混凝土填入速度控制在5-8L/min，使用混凝土振捣器振实30-40min并静置20-30min，待混凝土初凝，开始拔管，拔管速度控制在2-3m/min；

S5、褥垫层铺设：待CFG桩全部完成后，在桩体的上方先铺设一层下褥垫层，压实至设定厚度后在下褥垫层的上表面喷洒土壤稳定剂，晾干10-15min；再铺设钢丝网至设定厚度；然后铺设补偿层并压实至设定厚度，在补偿层的上表面喷洒土壤凝固剂，晾干10-15min；最后铺设上褥垫层，压实至设定厚度后，即可。

进一步地说，所述步骤S3中搅拌机中混合料的坍塌度由余量水控制，坍塌度为20-30mm，混合料成桩后的浮浆厚度控制在10-15cm。

进一步地说，所述步骤S4中沉管过程要做好记录，激振电流每沉1m记录一次，严格控制最后30s电机的电流电压值。

进一步地说，步骤S5中使用的土壤稳定剂是由烷基苯磺酸、稀硫酸、中性水玻璃和水混合而成的液体。

本发明的有益效果至少具有以下几点：

一、本发明的褥垫层包括上褥垫层、钢丝层、补偿层和下褥垫层，该叠构能够提高褥垫层的刚度，有利于提高复合地基的径向支撑力；上褥垫层和下褥垫层的内部布满空隙的结构、钢丝层的网状结构以及补偿层的片状结构有利于提高褥垫层整体的滤水性能、缓冲吸振性能；

二、本发明CFG桩中包含一加强体，该加强体能够提高桩基本体的稳固性和抗压强度，不因水平外力的作用使桩身断裂，进而减小地基的变形，而且便于施工，减少施工时间和工作量；

三、本发明CFG桩的制备原料包括32.5#硅酸盐水泥、粉煤灰漂珠、矿渣粉、硅砂粉、沸石粉和工业废料，不会污染周边环境，环保效应明显，有效节约社会资源；

四、本发明结构合理且施工简单，承载力均匀，沉降量小，适用于持力层分布不均匀的铁质红土地区使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明褥垫层的结构示意图；

图3是本发明加强体的结构示意图；

图4是本发明加强体的俯视图；

附图中各部分标记如下：

基础层1、褥垫层2、CFG桩3、连接孔4、加强体5、环状加强筋6、加强斜筋7、上褥垫层21、钢丝层22、补偿层23和下褥垫层24。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例：一种用于铁质红土地区的CFG桩复合地基，如图1-4所示，包括基础层1、褥垫层2、若干个CFG桩3和位于相邻所述CFG桩3之间的桩间土，所述基础层1位于所述褥垫层2的上方，所述褥垫层2位于所述CFG桩3的上方且与所述CFG桩3垂直；

所述褥垫层2包括上褥垫层21、钢丝层22、补偿层23和下褥垫层24，所述钢丝层22位于所述上褥垫层21的下方，所述补偿层23位于所述钢丝层22的下方，所述下褥垫层24位于所述补偿层23的下方，所述上褥垫层21位于所述基础层1的下方，所述下褥垫层24位于所述CFG桩3的上方且与所述CFG桩3垂直；所述上褥垫层21和所述下褥垫层24皆为内部布满孔隙的结构，所述上褥垫层21和所述下褥垫层24的密实度皆为84-93％，所述钢丝层22为网状结构，所述钢丝层22的网格空隙为40-80mm²，所述补偿层23为片状结构，所述下褥垫层24的底部设有连接孔4，所述CFG桩3与所述连接孔4一一对应且套于所述连接孔4内，所述连接孔4的孔径与所述CFG桩3的内径相等，所述连接孔4的高度为1-3m；

所述CFG桩3中包含一加强体5，所述加强体5与所述CFG桩3等高，所述加强体5的直径从上到下逐渐递增，且所述加强体5的顶部直径为所述CFG桩3的直径的1/3-1/2，所述加强体5的底部直径与所述CFG桩3的直径相等；所述加强体5的外表面均匀焊接有多根加强斜筋7，每根所述加强斜筋7皆是自所述加强体的上端沿加强体表面延伸至加强体的下端；所述加强体5的外部还具有多个周向的环状加强筋6，多个所述环状加强筋6沿所述加强体5的长度方向均匀排布，所述环状加强筋6包覆于所述加强体5和所述加强斜筋7的外周；

所述褥垫层的厚度为230-480mm，其中，所述上褥垫层的厚度为80-160mm，所述钢丝层的厚度为30-80mm，所述补偿层的厚度为50-80mm，所述下褥垫层的厚度为70-160mm；

所述CFG桩3的直径为270-340mm，所述CFG桩3的桩长为18-22m；相邻所述CFG桩3的桩间距为3-5m；

所述加强体5是中空结构且壁厚为50-70mm的中空异径钢管；

所述CFG桩3用混凝土的制备原料包括32.5#硅酸盐水泥、粉煤灰漂珠、矿渣粉、硅砂粉、沸石粉、工业废料、矿石、碎石、细中砂和密胺系减水剂，余量为水，每立方米混凝土包括400-500kg32.5#硅酸盐水泥、60-90kg粉煤灰漂珠、55-70kg矿渣粉、30-47kg硅砂粉、36-71kg沸石粉、45-60kg工业废料、30-45kg矿石、15-43kg碎石、22-37kg细中砂和8-11kg密胺系减水剂，其中，所述矿渣粉、所述硅砂粉和所述沸石粉的质量比为1-2：1：1-2.5，所述矿渣粉和所述沸石粉两者的质量总和与所述碎石的质量比为6：1-9：1，所述粉煤灰漂珠的质量占每立方米混凝土总重的7-12％。

所述褥垫层2的厚度为253-456mm，其中，所述上褥垫层21的厚度为84-149mm，所述钢丝层22的厚度为35-77mm，所述补偿层23的厚度为54-70mm，所述下褥垫层24的厚度为80-160mm。

所述CFG桩3为圆柱形。

所述环状加强筋6的数量为3-10个，所述加强斜筋7的数量为8根。

所述补偿层23为砂石补偿层、粗砂补偿层或碎石补偿层。

所述的一种用于铁质红土地区的CFG桩复合地基的施工方法，包括以下步骤：

S1、桩位放线：将选定场地平整后，按照设计图纸中的控制点放桩位，在每个桩位上钉入木棍，技术人员对桩位进行校验；

S2、桩机就位：技术人员对桩点进行十字定位，钻机就位后，钻头对准桩点垂直向下，并保证钻杆的垂直度偏差控制在1％以内；

S3、CFG桩混凝土的制备：将32.5#硅酸盐水泥、粉煤灰漂珠、矿渣粉、硅砂粉、沸石粉、工业废料、矿石、碎石、细中砂和密胺系减水剂按质量配比依次投入500L强制式搅拌机，加水搅拌，每盘料搅拌时间不少于60s，搅拌均匀后制得桩基混凝土；

S4、灌注CFG桩混凝土：启动马达沉管，待沉管到达预设深度后，向管内置入加强体，并于加强体的外周填入混凝土，混凝土填入速度控制在5-8L/min，使用混凝土振捣器振实30-40min并静置20-30min，待混凝土初凝，开始拔管，拔管速度控制在2-3m/min；

S5、褥垫层铺设：待CFG桩全部完成后，在桩体的上方先铺设一层下褥垫层，压实至设定厚度后在下褥垫层的上表面喷洒土壤稳定剂，晾干10-15min；再铺设钢丝网至设定厚度；然后铺设补偿层并压实至设定厚度，在补偿层的上表面喷洒土壤凝固剂，晾干10-15min；最后铺设上褥垫层，压实至设定厚度后，即可。

所述步骤S3中搅拌机中混合料的坍塌度由余量水控制，坍塌度为20-30mm，混合料成桩后的浮浆厚度控制在10-15cm。

所述步骤S4中沉管过程要做好记录，激振电流每沉1m记录一次，严格控制最后30s电机的电流电压值。

步骤S5中使用的土壤稳定剂是由烷基苯磺酸、稀硫酸、中性水玻璃和水混合而成的液体。

实施例1-实施例4为CFG桩用混凝土的各组分的配比情况，如下表1：

表1

本发明的工作原理如下：本发明的褥垫层包括上褥垫层、钢丝层、补偿层和下褥垫层，该叠构能够提高褥垫层的刚度，有利于提高复合地基的径向支撑力；上褥垫层和下褥垫层的内部布满空隙的结构、钢丝层的网状结构以及补偿层的片状结构有利于提高褥垫层整体的滤水性能、缓冲吸振性能；CFG桩中包含一加强体，该加强体能够提高桩基本体的稳固性和抗压强度，不因水平外力的作用使桩身断裂，进而减小地基的变形；CFG桩的制备原料包括32.5#硅酸盐水泥、粉煤灰漂珠、矿渣粉、硅砂粉、沸石粉和工业废料，不会污染周边环境，环保效应明显，有效节约社会资源；本发明结构合理且施工简单，承载力均匀，沉降量小，适用于持力层分布不均匀的铁质红土地区使用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。