浅谈CFG桩复合地基在工程中的应用

2018-01-01安徽省第一建筑工程有限公司安徽合肥230001

安徽建筑 2018年5期

卢俊（安徽省第一建筑工程有限公司，安徽合肥 230001）

0 前言

水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG桩。桩体材料是通过水泥、碎石、石屑和粉煤灰同水拌和而成的混合料具有高粘结强度。在桩间土与褥垫层的共同作用下组成复合地基。不管桩的端部所在土层是一般土或坚硬土，都能让桩间土一直参与工作，这是由于CFG桩复合地基与基础通过褥垫层相连接。在荷载的作用下强度和压缩模量均大于桩间土的桩，桩顶应力也比桩间土表面的应力大。荷载可以通过桩向深层土层传递，这样桩间土承受的荷载就降低了，在桩的作用下提高了地基土的承载力降低变形，另外桩不需要配钢筋，粉煤灰作为掺合料来源于工业废料，可以降低成本。

1 工程概况

合肥市工人文化宫项目位于合肥市包河区金寨路与水阳江路交口，分为东、西2片区域。东区建筑总面积为33855m2，其中包括18层的职工大学，框架剪力墙结构；8层的综合活动楼和3层的剧场，地下2层；西区训练馆总建筑面积为8040m2，框架剪力墙结构，地上2层，地下1层；东西区地下车库建筑总面积18963m2。其中职工大学地基处理采用CFG桩，共计497根。

2 工程地质及设计参数

2.1 地基土构成

该场地内地基土构成层序自上而下为：①层杂填土,以黏性土为主，厚度1.00～4.80m，层顶标高40.70～42.80m；②层黏土,厚度 1.00～3.80m，层顶标高37.80～41.30m，层顶埋深 1.00～3.50m；③层黏土,厚度6.50～32.10m，层顶标高 35.30～37.60m，层顶埋深4.20～5.70m；④层强风化泥质砂岩,最大揭露厚度4.00m，层顶标高4.40～5.70m，层顶埋深36.00～36.50m。

2.2 设计参数

职工大学采用CFG桩对地基进行处理。复合地基桩间土为③层，其地基承载力特征值fak=280kPa，压缩模量Es=14.3MPa，CFG桩桩径为φ400mm，桩端持力层为③层黏土，qpK=1500kPa,预考虑有效桩长12.0m，超浇0.5m，即施工桩长12.5m，CFG桩加固后的复合地基承载力特征值为fspk=510kPa，桩距L=1600mm。单桩竖向承载力特征值Ra=817kN。褥垫层厚25cm，相较筏板基础外边扩大25cm。褥垫层应选用0.5～1.6cm粒径的硬质岩破碎碎石作为材料，褥垫层铺设宜采用静力压实法，夯填度不小于0.9。

3 CFG桩施工

3.1 因地制宜选择施工方法

①长螺旋钻孔灌注成桩：适用于地下水埋藏较深的粘性土，成孔时不会发生坍塌，周围环境要求噪音、泥浆污染比较严格的场地。

②泥浆护臂钻孔灌注成桩：适用于分布有砂层的地质条件，周围环境要求振动噪音严格的场地。

③长螺旋钻孔泵压混合料成桩：适用于分布有砂层的地质条件，周围环境要求噪音和泥浆污染严格的场地。

④振动沉管灌注成桩：适用于无坚硬土层和密实砂层的地质条件，周围环境要求振动噪音限制不严格的场地。

本工程③层土质为黏土，且地处中心城区对环境要求严格，故采用长螺旋钻孔灌注成桩。

3.2 施工中常见的问题

①施工过程中，钻孔及钻孔机械的移动都会使土体产生扰动：根据土体性质选择是否运用振动沉管成桩工艺，饱和软粘土、硬土层、密实砂层不宜采用振动沉管成桩法。如：对于饱和软黏土，振动会引起土体的孔隙水压力增大，土体强度降低，随着振动时间的推移，不利影响越大。

②断桩、缩颈：施工中，需根据土质的不同，选择适合的成桩顺序、施工工艺、机械设备。对于饱和软土，在成桩过程中，连续打桩作业会造成新桩对已打桩的挤压，容易使已打桩的变形，造成断桩或缩颈。对土体中有较硬土层，成桩时桩机由于振动力较大会对已打桩造成振动破坏。如果已打桩结硬强度较低，不宜选用隔桩跳打工艺，否则在中间补打新桩时，可能会使已打桩被震裂。

③桩体强度不均匀：桩机提升沉管线速度过快可能会造成断桩或缩颈，过慢和留振时间过长都可能会引起桩的端部水泥含量较少、浮浆较多、产生混合料离析现象，在施工过程中，为了防止主体强度不均匀，要控制拔管速度与留振时间。

④导管堵塞：在长螺旋钻孔、泵压混合料灌注成桩工艺施工中，导管堵塞是影响CFG桩施工作业效率的直接因素，施工效率降低不仅会造成材料的浪费，还会增加作业人员的工作强度与难度，如若故障排除不畅，CFG桩混合料会失水变硬，造成再次堵管。

⑤桩头空芯：钻机在钻孔施工时，管内会充满空气，泵送混合料时，排气阀正常状态下会将空气排出。如果排气阀堵塞，不能正常运作，便无法排出管内空气，使桩体中有气体存留，造成桩体空芯。因此，在施工中，需经常检查排气阀是否处于正常的工作状态，一旦发现排气阀被堵塞，立即清洗处理，使排气阀恢复正常工作。

⑥桩端不饱满：施工中前后工人配合不够密切，提钻和泵料不能够保持一致，可能会造地下水灌入桩孔或钻头上的土掉入桩孔。因此，为防止桩端不饱满现象发生，施工中前后工人需要及时沟通，密切配合，严禁先提钻后泵料。

3.3 施工要点

①桩体材料的控制：施工前，按照设计要求的强度对桩体材料进行试配，施工中按照设计配合比拌和混合料，拌和时间不得少于1min，若其中粉煤灰含量较多，搅拌时间根据含量适当加长。混合料坍落度控制在180±20mm的范围内，坍落度过小会使混合料粘稠，泵送困难，容易堵管；坍落度过大会容易造成混合料离析，桩身强度下降、浆液上浮，浮浆过多。

施工前进行试验配合比，配合比如下：材料名称：水∶水泥∶砂∶石∶外加剂∶粉煤灰每 m3用量（kg）分别为 194∶313∶701∶1052∶5.54∶34

配合比分别为 0.56、0.90、2.02、3.03、0.016、0.10

水胶比0.56砂率%40执行标准JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》

28d强度29.7MPa

②桩机调整：施工前，先要整平场地，施工中，桩机确保定位准确，稳固支撑后慢速启动钻机，均匀变速，时刻观察钻机钻机状态，若钻机钻进困难、钻杆晃动，应立即减速，及时校正垂直度，垂直度偏差要小于1%。

③沉管、留振：沉管过程中，每沉1m记录电流表上的电流一次，对土层变化予以说明。沉管到预定标高后立即投料，投料完毕后应留振5～10s，然后拔管。

④拔管速率：控制拔管速率在1.2～1.5m/min，太快可能造成桩径尺寸偏小、断桩或缩颈；过慢会导致混合料离析、泥浆分布不均匀，是桩身强度降低。

⑤打桩顺序：施打顺序可分为连续施打和间隔跳打。连续施打施工便利，但可能会造成桩的变形，被挤扁或缩颈。间隔跳打较少发生缩颈，但受土质与桩距的影响，坚硬土质和粉土不宜采用间隔跳打，对软土、饱和土、桩距较小的情况可采用间隔跳打。

⑥桩头处理确保强度及桩长：为防止桩顶浮浆对桩强度造成影响且施工中很难控制桩顶标高与设计标高达成一致，故超浇50cm用来保证桩强度及桩长。等桩体达到一定强度后再清除上部超浇的部分，注意清理过程中要要避免对桩间土的扰动，同时注意不要对桩产生碰坏。

⑦标高观测：由于断桩和地面隆起有关，所以要设置具有代表性且数量足够的测量点对现场标高进行测量，施工中要实时观测。

⑧制作试块：为测定桩的强度值，需在施工过程中抽取混凝料制作试压件，按照1组/天/台班制作，标养养护，测定其28d抗压强度。

4 CFG桩检测

当桩体材料达到设计强度后，我们随机抽取了总桩数的1%并且不少于3个点做复合地基静载试验和单桩的静载试验，用来检测复合地基承载力特征值，桩数为5根。用不小于2倍的特征值作为静载试验的加载值，分为10个加载等级。另随机选取20%的桩做低应变动测，用来检测桩身的强度，检查桩的完整性。经查所有检测都达到设计要求。