素混凝土短桩复合地基技术的实施？
CFG短桩复合地基技术是根据我国北方建筑地质条件，针对普通CFG桩(简称长桩)施工中存在的缺点而提出的一种全新的地基加固理论。
1998 65438+2月申请发明专利，2002年8月国家专利局授予发明专利，专利号为98 125248.6。经过多年的施工实践，CFG短桩复合地基技术的推广应用取得了长足的进步，取得了良好的经济、技术和社会效益。现总结如下。
1.设计和施工
以总参北京地区干休所南区1#和2#楼为例。
1.1项目概况
总参北京市离休干部住宅区南1#和2#楼位于朝阳区安定门外大屯，安定路东侧，大川寺北路与新店路之间。由总参行政部投资建设，建筑施工图由总参行政部建筑设计院设计。
南侧1#和2#建筑地上24层，地下2层，建筑长度37.2m，南沿宽度24m，北沿宽度36.1m。箱形基础和剪力墙结构，正负0标高相当于1#楼44.12m和2#楼44的绝对标高。根据设计要求，地基承载力设计值为450kPa。
1.2工程地质和水文地质条件
1.2.1地层概况
根据调查报告编号北京勘察设计院1014，拟建场地地层土分为人工堆积层、新近沉积层和一般第四系沉积层。
人工堆积层:地表分布有①层粉质粘土填土和①层房屋渣土，厚度1.4 ~ 3.2m..
新沉积层:位于人工堆积层之下，呈条带状分布于拟建南2#楼西北和东南方向，为粉质粘土和粘质粉土②层。
第四系沉积层:该层位于人工堆积层和新近沉积层之下，主要由以下土层组成:
(1)标高38.20~40.38m以下为粘质粉土、粉质粘土③和砂质粉土，粘质粉土③1，③ Es=6.6MPa，③ ES = 1+1。
(2)标高35.57 ~ 36.83米以下有四层粉质粘土和粘质粉土，四层中低压缩性的砂质粉土和粘质粉土，四层中高压缩性的粘土和四层重质粉质粘土。
(3)高程32.22 ~ 32.97米以下为中细砂层。该层顶部分布有粉细砂⑤1层。砂层总厚度为3.40 ~ 3.90米
(4)标高28.42~29.57m以下为6层粉质粘土和粘质粉土，6层粘土和重质粉质粘土(1)。有两层低压缩性的粉土和细砂，以及粘质粉土和砂质粉土。
(5)标高20.60~21.90m以下为粉质粘土⑦层和粘土、重质粉质粘土⑦层，为低压缩性粉细砂⑦1层和粘土质粉土、砂质粉土⑦层。
1.2.2地下水概况
各层地下水位分布见表1。在干湿交替的情况下，该场地仅第一层地下水中的腐蚀性介质C1对钢筋混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性。
地下水层分布表1
1.2.3建筑抗震设计相关资料
根据勘探结果，拟建场地覆盖层15m深度范围内的平均剪切波速值υsm=240m/s。场地土类型为中软土，场地覆盖层厚度大于80m，建筑场地类别为ⅲ类。
根据北京地区地震烈度区划图，拟建场地地震基本烈度为8度。
在北京地区的抗震设计中，只考虑了近震的影响，该地区不存在地基土液化的可能性。
1.3地基处理方案设计
设计原则为1.3.1
深度修正后，满足设计要求的复合地基承载力不小于450kPa。软弱下卧层满足强度要求。建筑物基础最终沉降不大于8cm，倾斜值满足规范要求。
1.3.2设计基础
北京勘测设计院《总参北京地区离休干部住宅小区岩土工程勘察报告》(1#楼、南侧2#楼)，工程编号98，技改014。
总参机关事务管理局建筑设计院(JJ-2)展示了总参大屯南退1#住宅和总参大屯南退2#住宅的地基平面图(地基处理)。
1.3.3地基处理方案选择
调查报告提出了四个方案:
(1)采用浅层换土处理的天然地基方案。开挖④层、④1层、④2层软粘性土，槽底加深至32.20~32.70m，持力层土质为细砂、粉砂⑤1、中细砂⑤，然后用低标号素混凝土或级配砂分层夯实回填至拟定设计。
(2)鉴于拟建高层住宅均为单体建筑，各建筑土层分布较为均匀，且无裙房连接等有利条件，在满足高层建筑地基允许变形值的条件下，经地基造价比较，可考虑将槽底加深至34.00m标高，以上为粉细砂⑤1及中细砂⑤持力层。④层粉质粘土和粘质粉土、④层粘土和重质粉质粘土厚度为1.20 ~ 1.50米，结合槽底一般钻探结果控制预留土层的均匀性，然后用低标高素混凝土回填至设计基底标高，本次换土处理地基承载力标准值(fka)为180kPa。
(3)采用钻孔灌注桩方案
钻孔灌注桩桩端承载力标准值qp和桩周土摩擦力标准值qs根据勘察报告给出的数值计算。
(4)采用预制桩基方案。
1)选用φ400~900mm预应力离心混凝土管桩，桩尖必须进入细砂⑧持力层不小于0.50m，下卧层为卵石、卵石⑧。建议单桩竖向承载力标准值按1400kN/根考虑。
2)为顺利进行桩基施工，建议先钻后钻，预钻的导孔试验和直径由试桩确定。同时，施工前应将地下水降至28.50米标高以下，以防止预钻孔和打桩过程中的涌砂和塌孔。
13次，其中第12次和第13次观测数据见表3。
表3
1.6的技术经济比较及结论
根据北京的市场价格比较:
方案(1)，全部换填(厚度3米)费用654.38+0.4万元，沉降大于7cm；
方案二，换填厚度约2m，加上外扩2m，造价654.38+0.3万元，沉降8cm以上；；
方案三:灌注桩、钢筋混凝土单方造价850元，总造价200多万元；
方案④:预制桩，单方造价1.020元，总造价240万元；
方案⑤，CFG长桩复合地基，单方造价700元，总造价654.38+0.7万元；
方案⑥，CFG短桩复合地基，单项造价550元，总造价654.38+0万元，沉降小于8cm。
结论:通过以上比较，CFG短桩复合地基既能节省投资又能满足设计要求，是以上比较方案中的最优方案。
2.制定了相应的质量验收标准。
CFG短桩复合地基技术的施工质量严格遵循《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)。同时，根据CFG短桩的施工特点，我们对短桩质量验收的允许偏差进行了统一规定。如表:CFG(或素混凝土)短桩的允许偏差、检验数量和检验方法。
表4
3 CFG短桩复合地基桩间土承载力折减系数研究
一般没有扰动和压实，α为1.0。
β通常为0.75~1.0，范围较广，对设计结果影响较大。如果数值过于保守，会造成很大的浪费。
根据计算，β值的范围为0.907≤β≤1.0，β的平均值为0.967。因此，建议桩间土承载力折减系数的β值为0.90≤β≤1.0。当取β=1.0时，复合地基承载力计算值与载荷试验值的误差范围为0 ≤δ≤ 4.13%。
建议公式(1)中的β值为0.90≤β≤1.0。当没有桩设计的试验数据时，其平均值也可为0.967，或采用略保守的0.95。
4“短桩”相对于“长桩”的特点和优势
我们称普通CFG桩为“长桩”，短CFG桩为“短桩”。
经过近两年的分析、论证和研究，我们发明了CFG短桩复合地基技术。CFG短桩复合地基技术的技术特点是CFG桩的桩端持力层选在北京地层韵律中的第一砂层或其他硬土层上，其作用机理可视为端承桩。二层地下室7~8 m的基坑，其桩长一般为2.50~5.0m .成孔工艺为长螺旋或人工洛阳铲干法成孔，孔底用重锤夯实，CFG混合料或素混凝土用振捣棒振捣密实成桩。同样，以处理面积为1000 m2的22 ~ 25层为例，地基处理费用仅需35 ~ 50万元，比“长桩方案”可节省20%~60%。其显著特点是:省钱，施工质量好，能满足设计承载力和最终沉降的要求。
与“长桩”复合地基技术相比，“短桩”技术有以下区别:
(1)设计指导思想:“长桩”即“疏桩论”，即疏而长，充分利用桩间土承担上部竖向荷载；“短桩”是“密而短”，以大面积置换率使桩承担更多的上部竖向荷载，桩土共同工作满足上部荷载的需要。“短桩”技术很好地利用了地基沉降的规律。
(2)桩长:“长桩”长度在6米以上，有的甚至达到16~23米，而“短桩”长度不到6米。
(3)置换率:“长桩”的面积置换率一般不大于10%，“短桩”的面积置换率一般大于10%，有的高达20%。
(4)桩间距:一般布置“长桩”时桩间距为3~6倍桩径，布置“短桩”时为1~3倍桩径。
(5)CFG材料:“长桩”CFG材料强度等级一般高于C20，掺泵送剂较多；“短桩”用CFG材料强度等级一般采用C10和C15，不掺泵送剂，也可采用粗骨料配制的素混凝土材料。
(6)防护桩长度:“长桩”的防护桩长度一般为0.5~0.7m，“短桩”的防护桩长度一般为0.1 ~ 0.3m..
(7)施工工艺:“长桩”采用超流态技术，即采用中孔长旋钻成孔，混凝土泵将CFG料注入桩内，或采用长螺旋钻成孔，振动沉管将CFG料注入桩内；“短桩”用长螺旋钻或手动洛阳铲钻孔，孔底夯实，然后灌注CFG(或素混凝土)，用振动棒夯桩。
(8)施工质量:“长桩”的施工质量很难保证，但“短桩”由于桩短，施工质量极易保证。
(9)力学机理:“长桩”多为摩擦桩或端摩擦桩，桩端不一定有硬层；“短桩”主要以端承为主，桩端必须有硬层，而不是软弱层。
(10)经济性:“长桩”的单位处理面积成本较高，“短桩”的成本较低。以总参北京离退休干部居住区12高层为例，“长桩方案”每栋楼cfg桩复合地基处理最低报价为75万元，“短桩方案”为45万元，仅地基处理一项费用就节省了360万元，相当于减少每平方米建筑面积造价10元。以北苑小区为例。一栋楼的短桩方案只要30万，长桩方案80万。仅地基处理一项费用，一栋楼就能省50万，全区有100栋高层建筑。仅此一项就能节省5000万元。
5应用的工程实例
(1)北京北苑小区4-01#、4-02#、3-05#、3-06#、3-12#、5-13#(均为地下两层，
(2)总参北京地区离休干部住宅小区南侧1、2、4、5号住宅楼(地下2层，1二层地上24层，四、五层地上28层，剪力墙结构)；
(3)北京市第一房管公司大屯职工宿舍5号楼(地下2层，地上16层剪力墙结构)；
(4)北京建国公寓A、B栋(地下2层，地上22-24层，剪力墙结构)；
(5)朝阳区太阳宫芍药居小区302号楼，地上24层，地下3层；
(6)朝阳区石佛营广厦时代家园一期9#10#住宅楼，其中9号楼地上28层，地下2层，10号楼地下2层，地上22层；
(7)新发地住宅小区一期工程为3号楼地下室，地上10~13层；
(8)廊坊大厂回族自治县工业园夏安路东侧年产2500万平方米矿棉吸音板项目地基处理工程；
(9)北京豪庭花园1#住宅楼(地下2层，地上16层)。
6效益分析
6.1经济效益分析
与“长桩”相比，“短桩”在节约工程投资方面效果显著。
北京北苑小区地下2层、地上24-26层住宅楼7栋，总参北京离退休干部居住区南部地下2层、地上24-28层住宅楼4栋，北京建国公寓A、B、北京豪庭花园1#住宅楼等地下2层、地上22-24层高层住宅楼，原设计为CFG桩，后改为素混凝土短桩，桩长3.5-5..
假设北京每年建500栋带地下室的高层建筑，采用“短桩”复合地基技术。按每栋楼节约30万元计算，每年可节约工程投资654.38+0.5亿元。从1998年至今，项目投资应节省不少于6543.8+0.5亿元。可以解释为“短桩”复合地基的技术成就。
6.2技术效益:从工程实践效果、前述特点及施工要点来看，质量易于控制，合格率均为100%，工期短，比其他施工方法缩短工期1/4 ~ 1/2。
6.3社会效益:与CFG桩相比，变长桩为短桩，节省了水泥、砂石的消耗，节约了自然资源，节约了大量能源；利用工业废弃物粉煤灰作为素混凝土的添加剂，解决了工业废弃物的再利用问题。
6.4环境效益:素混凝土短桩施工过程中，无灰尘，无振动，适用于旧城改造。特别是素混凝土可以统一从商品混凝土供应商处采购，既节约了成本，又消除了施工现场搅拌造成的环境污染，完全符合绿色施工的要求。
7 .发表或交换学术论文
(1) CFG短桩复合地基技术在高层建筑地基处理中的应用探讨(勘察工程1999第4期)
(CFG短桩复合地基技术在某小区地基处理中的应用(《勘察工程》2000年第3期)
(3)不等径CFG短桩复合地基在某阶梯式高层住宅楼中的应用(2001勘探工程补充)。
(4)《CFG短桩复合地基桩间土承载力折减系数研究》( 2003年勘察工程增刊)
(5)《CFG短桩复合地基技术在高层建筑地基处理中的应用》(第五届全国岩土工程记录交流会)兵器工业出版社，2000年9月。
(6)6)CFG短桩复合地基沉降规律研究(长春工程学院学报(自然科学版)2010003)。
8 .结论及获奖情况
综上所述，CFG短桩复合地基技术从理论到现场施工实践都是成熟的，是国内首创的技术，取得了显著的经济、社会和环境效益。我们将认真总结并在整个华北地区推广，使CFG短桩复合地基技术取得更好的应用前景。
“CFG(素混凝土)短桩复合地基工法”荣获2008年省工法，工法编号为JSGF-119-2008。并获得南通市科技进步三等奖、南通市通州区科技进步一等奖。该技术完成的“北京建国公寓地基加固工程”项目获得2002年中国建材工程建设(部级)优秀工程勘察一等奖。
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