CFG桩和灰土挤密桩结合而成的复合地基处理技术研究

张永伟，贾 鹏

（山西一建集团有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

我国地域辽阔，地质条件多样性较强，在施工过程中可能遇到多种工程性质较差的地基环境，结合不同施工环境的地质特性，采用针对性的地基处理手段，减少工程施工成本，提高施工效率，才能促进我国建筑行业更好地发展。

1 CFG桩和灰土挤密桩的基本原理

CFG桩是一种水泥粉煤灰碎石桩，制作方法是将水泥材料与碎石、石屑、砂、粉煤灰等材料加水拌和而成。CFG桩具有良好的工程应用效果，造价较低，且在褥垫层和桩间土的共同配合下形成复合地基，能有效提高地基的承载能力，使软土地基的强度、密实度等能满足工程建设标准，当前在高层建筑和超高层建筑建造过程中有广泛应用。CFG桩在应用过程中通过褥垫层和基础相连，桩体强度远超桩间土，使得桩间土的应用程度不受CFG桩设置地点限制，全程参与工作。另外，在上部结构荷载的作用下，CFG桩顶部会产生较高作用力，但桩体能将所受荷载转移到更深的土层中，有效缓解桩间土需要承受的荷载作用，进一步提升了地基的承载能力，也会显著减少CFG桩变形情况，提高复合地基的安全性。CFG桩本身制造材料的来源较为广泛，造价较低且不需要配筋，具有非常明显的价格优势。

灰土挤密桩是将钢管利用锤击设备钉入土壤中，利用钢管挤压周边土壤并形成钉孔，然后将钢管取出，将预先完成配置的灰土回填到钉孔内，灰土配置比例为3:7或2:8，使灰土挤密桩和桩间土共同组成复合地基，承担上层结构荷载。在制作灰土挤密桩时，除需要严格控制回填灰土的配置比例，还需要在回填过程中控制好灰土的回填质量，结合施工要求将灰土分层次填入钉孔内，并做好每层灰土的夯实工作，保证灰土挤密桩的密实度和强度能符合工程建设标准，从根本上规避湿陷性黄土对工程建设造成的不良影响，全面提高地基的承载能力、承载负荷以及桩基的坚固度。灰土挤密桩在地层和多层建筑地基加固施工中有广泛应用，并且具有良好的工程应用效果，但难以达到中高层建筑地基处理要求。

2 CFG桩和灰土挤密桩的实际特点及适用范围

CFG桩具有施工难度小、施工效率高、承载能力强等优势，将其应用在的高层、超高层建筑的地基处理施工中，能为工程上部结构提供充分的支撑[1]。但CFG桩难以对周围土壤形成有效的挤密约束作用，尤其在较为常见的湿陷性黄土环境中，难以保证土层始终处于稳定的状态。

灰土挤密桩施工所用材料构成非常简单，可就地取材，造价成本很低，对施工设备的要求也较为简单。灰土挤密桩在沙土地、黄土地、杂填土地基、人工素土地基等地基环境中都有良好的地基处理效果，适用范围较广，但承载能力有限。

若建筑工程地基所在环境为湿陷性黄土地基，当前建筑行业内普遍采用制作钢筋混凝土桩的方式对地基进行加固处理，此种方式虽然具有良好的应用效果，但钢筋混凝土桩本身长度较长，造价较高，对施工设备也具有较高要求，不利于节省工程成本[2]。采用CFG桩和灰土挤密桩结合而成的复合地基处理技术，不仅能对湿陷性黄土地基形成良好的挤密约束作用，还能有效承载上部建筑结构施加的荷载，同时整体造价远低于钢筋混凝土桩，施工难度较小，综合来看，CFG桩和灰土挤密桩集合而成的复合地基处理技术具有良好的应用前景。

3 CFG桩和灰土挤密桩结合而成的复合地基处理技术应用实例

3.1 工程概况

某市地质特性主要为湿陷性黄土，该市某高层住宅建设项目，建筑工程共33层，地上结构30层，地下3层，总高度为90.18m。建筑主体结构采用剪力墙设计，基础采用梁板式筏板设计。结合当地地质工程勘察院出具的工程勘察报告克制，工程所在施工环境属于稳定场地，场地地质特性为自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅱ级。为在保证地基承载能力和稳定性符合工程建设要求的基础上尽量降低造价成本，本工程采用CFG桩和灰土挤密桩结合而成的复合地基处理技术对地基土进行处理，消除湿陷性场地对建筑工程造成的不良影响。

3.2 工程设计和施工要求

3.2.1 灰土挤密桩设计和施工要求

由于建设场地土壤本身具有湿陷性特点，先利用灰土挤密桩对主楼楼座施工范围进行处理，使灰土挤密桩能对楼座施工范围能土壤形成良好的挤密约束作用，完全消除楼座施工中可能出现的土壤湿陷风险[3]。然后逐步进行素土桩和CFG桩的施工作业。为保证所有挤密桩都能顺利成桩，钉桩成孔顺序应按照由内向往的顺序依次进行，并采用隔行跳打的方式进行。本工程中设计灰土挤密桩总安装数量为1589根，桩长18.8m，桩径450mm，所有灰土挤密桩以正三角形形状布设，桩距有0.9m和1.1m两种。

灰土挤密桩的详细施工要求：

（1）施工设备采用自由落体式卷扬机，采用锤击的方式将钢管打入土中并拔出成孔；桩孔回填灰土材质为粉质黏土，粒径应小于15mm，严格控制粉质黏土质量，严禁有粉质沙土和块状黏土掺杂，使用前还应进行过筛操作，保证黏土规格合格；灰土比例为2:8，压实系数为0.97。

（2）根据施工场地工程地质条件调查表可知，灰土挤密桩撞断持力层土质主要为粉质黏土+黏土，必须保证桩长，使其深入持力层，才能保障施工场地土层不会在后续施工中发生湿陷情况。

（3）工程设计地基承载力特征值需超过180kPa[4]。为实现这一目标，在灰土挤密桩施工过程中，在基础垫层和桩顶之间设置褥垫层，褥垫层厚度为300mm，褥垫层材料回填材料为同材质灰土，灰土比例为3:7，夯填度在0.9以内，铺设方法为静力压实法。

2.5 坏死物的病理诊断与细菌培养结果 引流及排出标本于光镜下观察均未见甲状腺滤泡结构，但可见大量淋巴细胞（图4），病理诊断均为坏死组织。除 2例自行消散未行细菌培养，余16例标本细菌培养均阴性，细菌培养阴性率为100.00%（16/16）。10例手术切开引流患者同时行静脉血细菌培养，亦均为阴性结果。

3.2.2 素土桩设计和施工要求

使用素土桩对主楼楼座周边外扩部分地基进行加固和增强，本工程设计素土桩共1667根，其中以正方形布置方式安装的素土桩共807根，以正三角形布置方式安装的素土桩共860根，两种布置方式素土桩的间距都为1.1m，桩长15m，桩径450mm。

素土桩详细施工要求为：

（1）使用5t以上锤击设备以冲击成孔方式开展成孔作业，严禁采用人工掏土或机械钻孔等形式[5]。

（2）采用同等规格的夯实设备对作业孔内填料进行夯实，完成夯击的孔径不能小于450mm，桩端持力层仍位于粉质黏土+粉土层中。进行作业孔回填之前必须保证孔底已经夯实，回填材料为素土，按工程作业要求进行分层回填，每层压实系数约为0.97。完成素土桩回填之后，若需进行褥垫层铺设作业，需要先挖除桩顶标高以上预留松动土壤。

（3）回填素土种类为粉质黏土，土壤粒径需小于5mm，内部有机质的总含量应在5%以下，回填素土中严禁掺杂粉质沙土和块状黏土，并在回填之前进行过筛操作。

（4）素土桩施工需要采用分隔成孔的方式分批进行，成孔作业需要与回填施工同步进行，避免成孔在空置时间内发生损坏[5]。桩顶预留松动土层的厚度至少应在1000mm以上。

（5）破桩高度应超过500mm。

3.2.3 CGF桩设计和施工要求

确定主楼施工环境中地基湿陷性危害被完全消除后，进行CGF桩施工作业。CGF桩的布设位置位于主楼楼座下方，本工程中设计CGF桩数量共967根，桩长16.5m，桩径400mm，以正方形形状进行布设，桩距为1.1m，CGF桩桩体强度等级为C20。CGF桩的详细施工要求为：

（1）根据工程试验确定CGF桩桩体材料配比，本工程CGF桩施工方式采用长螺旋钻孔配合管内泵压混合料灌注成桩技术，施工坍落度为160~200。

（2）桩端持力层位于粉质黏土+粉土层中。

（3）打桩过程中需同时留存样本进行强度测试，每天每台机械应留存三块试块，并与CGF桩同步进行养护，测试28d后强度等级。

（4）破桩高度应在500mm以上。

（5）若施工时环境温度较低，应采取一定的保温措施，并保证CGF桩混合料入孔时温度在5℃以上[6]。

3.3 桩基质量检测

（1）完成灰土挤密桩和CGF桩整体施工后，对成桩质量进行检测，对灰土及素土挤密桩来说，抽检桩体数量应至少为总桩数的1.5%以上[7]。质量检验内容具体包含施工记录、全部处理深度桩体和桩间土的干密度、压实系数、机密系数（3个孔之间的土平均挤密系数应在0.93以上）和桩间土的湿陷性。确保灰土挤密桩和素土挤密桩施工范围内地基土壤完全不存在湿陷性危害。

（2）地基工程竣工后，需要对复合地基的静载荷数值进行检测，检测数量应超过总桩数量的0.5%。确保完成处理后的符合地基承载力特征值在560kPa以上。

4 结语

综上所述，CGF桩和灰土挤密桩结合而成的复合地基处理技术能有效抵抗湿陷性黄土的不良工程特性，提高地基土壤的承载能力，为建筑工程上部结构提供可靠的支撑。CGF桩和灰土挤密桩结合而成的复合地基完美地发挥了CFG桩和灰土挤密桩各自的优势，并且整体造价较低，施工难度较小，加强对CGF桩和灰土挤密桩结合而成的复合地基处理技术的研究，对推动我国建筑行业发展具有积极的促进作用。