CFG桩复合地基处理技术

2013-01-26甘肃省陇盛建筑安装有限责任公司甘肃兰州730070

中国建材科技 2013年4期

王斌（甘肃省陇盛建筑安装有限责任公司，甘肃兰州 730070）

1 CFG桩复合地基加固机理

CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的复合地基半刚性桩。CFG桩复合地基是由桩、桩间土、褥垫层构成，褥垫层将上层基地传来的应力通过协调变形，以一定的比例分配给桩及桩间土，使得它们共同受力，从而形成一个统一的整体，共同承担上部传来的荷载，其加固机理主要有以下几个方面。

1.1 桩体的置换作用

CFG桩中的水泥经水化反应与水解反应以及和粉煤灰的凝硬反应后生成了铝酸钙、硅酸钙水化物等不容于水的纤维状的结晶化合物，这种纤维状的化合物不断生长并延伸填充到碎石屑的空隙中，相互交织成网状的空间结构。这样原来的骨料由点与点，点与面的接触形态就变成了空间互相缠绕的形式，从而使得桩体的抗剪强度及变形模量大大的提升了。

1.2 桩体排水和加筋作用

CFG桩桩体材料的渗透性与混合料中粉煤灰和水泥的用量有关，也与粉煤灰的性质有关。CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于成桩的振动作用使得土体内产生超孔隙水压力，刚刚施工完的CFG桩是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩体结硬为止。同时，由于桩体强度与桩间土强度相差较大，桩体作用明显，在自然土层中的柱状体实际上构成了土层的竖向加筋，从而改善了土体受力特征，大大提高了复合地基承载力[1]。

1.3 桩体挤密作用

在粉土、砂土和塑性指数较低的粘性土地基中，采用非排土法施工时，施工对土体的振动或挤压使土体得到挤密，提高了桩间土的强度和桩侧法向应力，使桩侧摩阻力增加，桩体的承载力加强，进而提高了复合地基的承载力。

1.4 褥垫层调整均化作用

在竖向荷载作用下，CFG桩复合地基由于褥垫层的作用，桩体逐渐向褥垫层中刺入，桩顶部垫层材料在受压缩的同时，向周围发生流动；垫层材料的流动补偿，使桩间土的承载力得到充分发挥，桩体承担的荷载相对减少，从而使基底的接触压力得到了均衡和调整，地基中的竖向应力分布均衡，其变形状况明显改善，复合地基的承载力大大提高[2]。

2 影响CFG桩复合地基承载力的因素

CFG桩可以改善天然软土的性质，通过桩体与桩间土的复合，大幅度提高地基承载力。复合地基承载力与桩间土性质、桩端土性质、桩身强度、桩的尺寸、桩间距等有直接关系[5,6]，分述如下：

1)桩间土性质

桩间土软的增强效果比桩间土硬的增强效果差，因为桩间土硬时与桩的摩阻力大，土软时与桩的摩阻力就小，即桩间土越硬，增强效果越明显。

2)桩端土性质

桩端土越硬，桩端承载力越高，加固效果越好；桩端土越软，桩端土承载力就越小，因而单桩承载力就低，复合地基承载力提高程度越小。

3)桩身强度

复合地基承载力由桩本身的承载力和桩间土承载力两部分决定。一方面单桩承载力由桩周土摩擦力以及桩端土端承力决定；另一方面，由桩本身的强度决定。根据《地基处理技术规范》规定，桩体试块(标准养28天立方)抗压强度平均值应不小于桩身应力的3倍。即≥/。

4)桩的截面尺寸

桩长相同、地基土性质相同时，桩径越大则桩周面积越大，桩与桩周土的摩擦力相应越大;桩径愈大其桩端面积愈大，则桩的端阻力愈大。

5)桩间距(置换率)

复合地基承载力由桩和桩间土承载力两部分组成，桩的承载力较桩间土大很多，当桩径、桩长一定时，桩间距越小(在合理桩间距内)即置换率越大则复合地基承载力越高，桩间距越大即置换率越小则复合地基承载力越低。

3 CFG桩复合地基施工及质量控制

3.1 施工工艺简介

CFG桩施工工艺归纳起来主要有两种基本方法，即：振动沉管打桩机施工和长螺旋钻管内泵压施工。振动沉管打桩机施工主要机具为振动沉管机、搅拌机，具有施工操作简便、施工费用较低及对桩间土的挤密效应显著等优点；缺点为振动及噪声污染严重，难以穿透硬土层，施工时混合料的运输一般为翻斗车或人工运输，效率相对较低，新打桩对已打桩产生不良影响(如挤断已打桩等)。长螺旋钻管内泵压施工机械是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成，具有低噪声、无泥浆污染、穿透能力强、施工效率高等优点，是城区和居民区的首选工艺。

1)原地面处理

水田地段排水疏干后挖除地表0.3m厚种植土，旱地和旱田地段挖除地表植物根系，并用土回填至原地面。水塘地段排水疏干，对保留的水塘围堰抽水后，挖出0.5m厚淤泥，用土回填至水塘坎顶高程。回填土需按规定分层碾压密实至K≥0.9。

2)测量放线

由技术人员在已处理好的地面上，按设计间距和高程，正方形布置，准确施放CFG桩的桩位。放线后要对桩橛加以保护，并做好记录。施工过程中出现桩橛错动和丢失时，应及时补放，确保桩位准确。

3)钻机就位

施工采用的钻机为长螺旋钻机，施钻前必须准确就位，并保持钻机自身水平及钻杆垂直。当对位误差超标时，必须重新进行调整。钻机对位后需经现场技术人员检查核对后（桩位误差≤±50mm、钻杆垂直度误差≤1%），方可开钻。

4)长螺旋钻机成孔

长螺旋钻机钻孔至设计桩底标高时，应准确掌握停钻时间，防止超钻造成浪费。若发生超钻，不准反钻回土抬高孔底高程，超钻部分必须与设计桩长同时灌注。施工过程中，应随时人工配合清除钻机吐出的钻碴（软土、淤泥等），保持钻机工作面的整洁。

5)泵压混合料灌注成桩

灌桩完成钻机移位后，人工用插入式混凝土振捣器对桩顶2.5m范围进行振捣固作业，促使桩顶部位混合料密实。为了保证桩体质量，设计上要求截去设计高程以下被污染的60cm桩头，在桩顶设置高60cm直径90cm的现浇C15混凝土倒园台型桩帽，在CFG桩达到强度未达到设计强度之前任何机械、车辆不得随意入内，防止扰动造成断桩。

6)截去桩头

由于灌注桩身时，灌注料表面极有可能被残留钻碴、孔壁土体等杂质污染，要求混合料始终将钻头埋入1m左右，目的是将所有污染集中在桩头范围内，因此桩头部位的强度偏低，不满足设计强度要求。设计时已有意加长60cm桩长，即为应截去的桩头长度。待CFG桩达到28天强度后，经检测满足设计要求后开始截取桩头。

7)加筋碎石褥垫层

CFG桩经检测合格后，即可进行加筋碎石褥垫层施工。加筋碎石褥垫层采用50cm厚碎石夹一层单向拉伸塑料土工格栅（TGDG110kN/m）施工前应将地面预留1%～2%的排水横坡，防止施工期间遇雨造成加筋褥垫层下积水软化。

3.2 施工质量控制

3.2 .1 混合料泵送过程的质量和施工控制

1)施工前先将混凝土泵的料斗及管线用清水湿润，然后搅拌一定的水泥砂浆进行泵送润滑管线。

2)钻孔达到设计深度后，一边泵送一边拔管，拔管速率控制必须与泵送量相匹配，泵送量达到钻杆芯管一定高度后，方可拔管，拔管速率在现场试成桩后确定。根据CFG桩混合料的泵送量和桩径反算拔管速率，以保证钻头始终埋在CFG桩混合料液面以下，避免进水、夹泥等质量缺陷的发生。

3)施工时要始终保持混凝土泵料斗内的混合料液面在料斗底面以上一定高度，以免泵送时吸入空气，造成堵管。

3.2 .2 成桩的质量和施工控制

1)桩位控制

在施工前应根据设计图纸，确定建筑物的控制轴线，并将桩的准确位置施放到施工作业面上。桩位定位方法现场采用插木制短棍撤白灰点来表示桩位，点位应明显易找且不易破坏。

2)垂直度控制

钻机就位后，应用钻机塔身的前后垂直标杆检查导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，桩身垂直度偏差不得大于1%。钻孔开始时，封住钻头阀门，使钻杆向下移动至钻头触及地面时，开动钻机旋动钻头。一般应先慢后快，在成孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻时，应停机或放慢进尺。

3)桩长控制

根据桩长，确定钻孔深度。当桩尖到达钻孔深度位置时，在动力头底面停留处与钻机塔身相应位置作醒目标注，作为施工时控制桩长的依据。当动力头底面到达标注时，桩长即满足设计要求。

4)成桩控制

成孔时钻头到达设计标高后，钻杆停止钻动，开始泵送混合料，禁止将钻杆往上提30cm再泵料。成桩过程宜连续进行，应避免后台上料慢造成的供料不足、停机待料现象。若施工中因其它原因不能连续灌注，须根据勘察报告和施工己掌握的场地土质情况，避开饱和砂土、粉土层，不宜在这些土层内停机。成桩过程中必须保证排气筏正常工作。当成桩至桩顶标高2.0m以内时，应连续泵料至桩体混合料高出桩顶标高。