CFG桩超灌原因分析及控制措施

刘彦涛

（中铁建设集团有限公司基础设施事业部，北京 100040）

1 概述

CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合组成的高黏结强度桩，和桩间土、褥垫层共同形成复合地基。褥垫层越薄，桩分担荷载越大，桩间土荷载分担比越小；随着褥垫层厚度的增加，桩承担荷载增长趋势变缓，故为充分发挥桩的承载作用，合理褥垫层的厚度为20～30 cm［1］。CFG 桩复合地基技术是软土地基处理中一种实用、经济、适应性广的针对大面积软基处理的有效方法［2］。

近年来，地基处理技术发展迅速，越来越多的新地基处理技术应用于建筑工程建设中。其中，CFG 桩作为一种常用的地基处理技术，不仅施工效率高、地基处理效果好，并且成本和技术难度也相对较低［3］。结合工程地质条件，科学合理地选择多桩组合型复合地基处理技术，不仅能够满足结构设计要求，而且提高了实际的经济效益，提升了工程质量［4］。

2 CFG桩超灌问题分析及控制措施

2.1 施工实例

北京朝阳站工程行包通道，设计标高为±0.00（相对于绝对高程35.38 m）。CFG 桩桩长7.5 m、桩径400 mm，桩间距1 800 mm，正方形布置，桩数707 根，混凝土设计强度为C20。设计桩顶标高为-9.35 m，桩底标高为-16.85 m，灌注标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5 m。桩顶埋深7 m，开挖后发现大量CFG 桩超灌2 m以上。

CFG 桩超灌过高，导致土方开挖施工无法正常进行，增加大量桩间土开挖施工及二次截桩工程量，并存在挖机断桩风险，造成经济损失及质量风险。

2.2 超灌的主要因素

（1）CFG 桩成桩后未及时清理桩间土，桩间土体过高，在混合料灌注过程中，施工人员无法准确判断混合料灌注高度，造成CFG超灌。

（2）CFG 桩灌注混合料时拔管过快。通过查看原始记录，发现CFG 桩灌注混合料时，拔管速度超过1.5 m/min 时，混合料泵送量将难以掌握，造成大部分桩超灌严重。而拔管速度小于1.5 m/min 时，混合料泵送量相对可控，超灌量较少。同时因为提钻太快泵送混凝土跟不上提钻速度，钻头上的泥土落入桩孔内，带来断桩的质量风险。

（3）没有对投料量进行精确计算。混合料灌注到CFG 桩的桩顶标高后，没有控制结束的有效措施，桩顶标高主要依靠施工人员的经验控制，也没有对每次泵料量实际测算，造成施工超灌情况严重。

（4）现场作业人员信息传递、指令传达缓慢。由于现场施工时存在噪声，控制标高人员与泵送混合料人员之间存在距离，指令发出与接收时间有误差。

（5）充盈系数理论值偏大。造成灌注混合料计划量偏大。由于操作人员无法准确预估CFG 桩实际灌注高度，将计划混凝土全部灌注进桩孔内，造成CFG 桩体严重超灌［5］。

（6）钻杆尺寸偏小。施工人员往往会根据以往项目的施工经验选择钻杆尺寸，钻杆尺寸会略小于桩径，但由于不同项目、不同地点，相应的地质条件存在差异，这种依靠经验的选择往往存在偏差。实际需要灌注的混合料方量小于设计值，但现场未进行实际的测量分析，仍按理论方量灌注混合料，造成桩体超灌。

（7）不良地质条件。CFG 桩施工深度范围内存在砂层，会影响混凝土灌注量的判断。

（8）操作工人技术不扎实。理论水平与综合素质较低，导致在施工过程中操作不规范。

主要针对（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）这6个方面提出相应控制措施。

2.3 超灌控制措施

CFG桩超灌控制措施见表1。

表1 CFG桩超灌控制措施

（1）严格控制拔管速度，现场旁站人员严格监督，禁止桩基操作人员随便调整拔管速度，依据地质资料及设计图纸要求，限定拔管速度维持在1.5 m/min。

（2）每个桩基班组配备口哨，在灌注混合料过程中安排专人负责控制，当灌注到设计桩顶标高时，观察人员使用口哨向泵机操作人员发出停泵信号。确保指令传递快速有效。

（3）计算地泵每次泵料方量与混合料表面上升高度之间的关系，通过现场小型构件进行地泵单次泵料方量试验。

经过试验统计2 m³混凝土需泵送35、36、36、37、36 次（共进行5 次试验统计），取平均值36 次。q泵=2÷36=0.055 6 m³。

直径为400 mm 的CFG 桩每米的混合料用量q 为：q=πr²×1=3.14×0.2²×1=0.125 6 m³。

地泵每加压一次，CFG 桩孔内混合料液面上升高度h为：h=0.055 6÷0.125 6÷1.044=0.42 m。

经过计算得出地泵每加压一次，CFG 桩身提高0.42 m。

（4）准确计算充盈系数以及充盈系数控制措施。对前期已经施工的桩体进行实际分析，通过土体开挖后超灌高度的实际测量，以及施工原始记录中的灌注方量，计算实际的充盈系数。

取10 组数据，超灌高度分别为：1.8、1.9、1.9、2.0、2.0、2.0、2.1、2.1、2.1、2.2 m。取超灌高度为2.0 m，10根桩平均灌注混合料方量为1.18 m³。

充盈系数计算：1.18÷〔0.2×0.2×3.14×（7+2）〕=1.044。

①严格控制场地清表高程和平整度，保证清表后高程偏差在±100 mm。

②钻机组装完成，对钻机进行验收，检查钻杆直度及尺寸，先进行运转试验，验收合格、运转正常方可进行正式施工。每个施工区域开始施工前，精确测量钻杆实际长度，钻头钻至设计标高时，在动力头底面相应的钻机塔身处作醒目标记，作为控制桩长的依据。

③增大施工桩间距，采取隔桩跳打工艺，尽量避免发生串孔。每一列先施工灰色桩位、后施工红色桩位，逐列向前推进（见图1）。

图1 CFG桩位平面布置

④配备专职监督人员严格控制混凝土质量，对每车混合料进行坍落度检测，数值控制在180±20 mm，防止发生堵管等情况，保证混合料灌注一次成桩［6-7］。

⑤避免停机待料现象，现场混凝土罐车充足，储备一定数量的混合料后方可开钻，确保混凝土在穿过容易串孔土层时的连续性。

⑥施工过程中，每台钻机安排专职人员24 h 盯控，做好施工原始记录，载明钻进时间、钻机电流值、钻进深度、灌注时间、混合料灌入量、泵料次数、泵压等数据，出现异常情况及时处理。

⑦对于桩顶标高接近地面的CFG 桩体，每个区域开钻前先试钻3 根，详细统计混合料使用量和充盈系数，确定该段混合料指导用量，在泵送混合料时通过控制泵压和泵送次数控制混合料用量。

（5）由于地质条件不同，成桩尺寸会存在差异。通过对CFG 桩的成桩尺寸测量，选取10 根数据如下：382、382、382、383、383、383、383、384、384、385 mm，施工所用钻杆尺寸为370 mm。通过实测发现桩径尺寸普遍偏小，存在质量风险，通过分析成桩尺寸与钻杆尺寸之间的差值，得出钻杆尺寸为385 mm 适合此地质条件。施工钻杆见图2。

图2 施工钻杆

（6）以北京朝阳站综合运输通道CFG 桩施工为例，桩顶标高以下3.5 m处存在砂层，砂层厚度1.2 m，桩体需穿透砂层。地质剖面见图3。CFG 桩外围设置有直径800 mm 人工挖孔桩，挖桩发现CFG 桩在砂层发生扩径现象，如设计半径200 mm 的CFG 桩，实际单侧半径达到1 200 mm，设计桩间距1.8 m，砂层范围平均扩径可达半径900 mm。砂层扩孔示意见图4。

图3 地质剖面

图4 砂层扩孔示意图

每米桩长增加混合料用量2.414 4 m³，对混合料用量及桩顶标高控制造成很大影响。施工过程中流砂层对混合料灌注量的影响与桩体所在区域CFG 桩施工顺序、单根桩体所处位置都有关系，只能通过本区域已经施工的CFG 桩实际用量估算，无法准确计算。桩顶标高只能通过灌注过程中加强盯控测量进行控制。

2.4 施工效果

通过采取新的施工措施，发现CFG桩桩顶标高控制效果良好。对本工程CFG桩桩顶标高进行抽查，绝大部分CFG桩桩顶标高达到预期效果，杜绝了严重超灌现象。

3 结束语

通过北京朝阳站工程CFG 桩复合地基施工情况分析，发现严格控制拔管速度、采取有效的信息传递方式，并进行准确的理论计算，以及通过试验桩准确计算充盈系数，能很好地控制CFG 桩超灌现象，同时减轻断桩风险。在经济上还可以减少浪费，节约材料用量，大大减少桩间土施工工程量及施工时间，可为其他类似工程施工起到一定的借鉴作用。