高层建筑CFG桩复合地基施工技术分析

2021-04-14王红利

卷宗 2021年17期

王红利

（安阳市中南建设集团有限公司，河南安阳 455000）

随着城市化进程的不断加快，建筑业得到了极大的发展。当前，城市发展面临着“人多地少”的困境，土地资源大幅减少，如何最大限度发挥有限土地资源的价值作用成为关键。为解决这一矛盾，现代建筑逐步向高层建筑、地下空间发展，为保证地基稳定必须合理选择地基处理技术。CFG桩是由水泥、粉煤灰等材料拌合而成的一种新型高强度桩。将其用于高层建筑地基施工，可有效加强地基强度，降低工程成本，在地基处理方面取得了良好的效果。

1 CFG桩复合地基加固机理

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，通过成桩机将碎石、粉煤灰等材料搅拌加工形成的一种高强度桩。通过与桩间土的相互作用，可形成一种新型复合地基处理技术。目前，在砂土、粉土、淤泥质土等多种地基内均可采用这种地基处理技术。在加固地基中，CFG桩的作用机理主要体现在桩体作用、褥垫层作用、挤密作用和排水作用等方面，具体如下：1）桩体作用。CFG桩内的材料经一系列反应后，将生产铝酸钙水化物等，此类化合物不溶于水，可向碎石间孔隙内不断填充，交织成空间网状体系，此时，相比桩间抗剪强度，桩体相对较高，随地基沉降变形，基础附加应力将向桩体上逐步集中，桩间土分担变小，在桩体置换作用下，将大大提升地基承载力。2）褥垫层作用。荷载作用下，相比桩间土，桩体压缩变形小，褥垫层的设置，可桩间土和基础底面接触，充分发挥桩间土的承载力，从而满足桩土共同承担荷载的效果。3）挤密作用。于CFG桩而言，桩间土具有挤密作用，可提升桩体承载力。一般在粉土、砂土等地基中具有良好的挤密效果。4）排水作用。混合料内的粉煤灰、水泥用量直接决定CFG桩体材料的排水性能，因此，桩体的透水性良好，具有显著的排水作用。

2 工程概况

某建筑工程地上36层，总高度为104.20m，为剪力墙结构，筏板基础及柱下独立基础；燃气调压站、车库配电室、送风机房和垃圾站为地上1层、开闭所为地上2层。除燃气调压站和开闭所以外均有地下车库为2层，基础深度约12.00m。总建筑面积214894.21m2，其中地下建筑面积61750.94m2，地上建筑面积153143.27m2，框架/剪力墙结构。

拟建场地地面比较平坦，地面高程39.88m～43.53m。地貌位置属永定河冲洪积扇的上部，主要是永定河的冲积、洪积物。在钻探所达50m深度范围内，场地地层由人工填土层、第四纪冲洪积层组成。本场地勘探深度范围内地下水为第四系孔隙潜水，地下水主要含水层为(6)层细砂和(7)层卵石，均属强透水性土层。地下水主要受大气降水及侧向径流补给。根据勘察报告，整个建筑场地潜水静止水位埋深为30.00m～31.00m之间，即标高12.00m～11.00m之间。根据调查资料地下水位年变幅为2.00m～3.00m。拟建场区近3～5年最高水位标高:据北京市有关地下水观测资料表明，潜水静止水位标高在16.00m上下，水位埋深约为26.00m。

3 施工方案确定

由工程地质剖面图可知主要地基持力层为细砂层(4)，其承载力特征值为250kPa，结构要求基底压力630～710kPa，天然地基的承载力不能满足设计要求。

综合以上工程地质、水文地质条件，并考虑设计要求，选择CFG桩复合地基处理方案，采用长螺旋钻机成孔，压灌混凝土的工艺，槽底预留土50cm。在清除桩间土剔除桩头后铺30cm厚中粗砂或石屑褥垫层并夯实，要求褥垫层夯填度≤0.9。

CFG桩施工结束28天后，应进行复合地基静载试验。桩身抽取不少于10%的桩进行低应变动力，检测桩身的完整性。

4 高层建筑CFG桩复合地基施工工艺

1）测放桩位。测量仪器需要定时检测。根据设计设定的坐标以及高程确定桩位和标高。在确定钻机位置之前需对桩位进行再次测量，而后经由建设方及相关人员验收签字后才可进行钻孔作业。在钻孔前还需测量出地面的实际高程以便设计钻孔深度，以及混凝土灌注的高度。2）钻机就位。根据打桩顺序，钻机就位调整平稳。检查垂直度时，施工人员可以从钻机的正、侧面这两个相互垂直方向来检查，注意钻具要垂直，钻头的锥尖要对准桩位中心点。开钻前质检员对桩位进行复核，并检查钻头直径及安装对位质量，注意两个方面的内容，一是两侧的阀门是否处于关闭自如的状态，二是在成孔时钻头两边的阀门是否处于密闭状态。3）成孔。钻机就位完成检测工作后即开启电机，进行钻孔作业。钻孔过程中作业人员需从正面、侧面来观测成孔是否垂直，发现偏斜及时调整，保证钻孔的垂直。在进行成孔作业时，若非特殊情况不能停止钻孔，需保证连续作业。成孔达到设计深度后，不进尺空转2-3min。为保证后续作业顺利进行，钻孔过程中产生的泥土需及时处理。此外需注意的是，在整个施工过程中，相关人员要保证施工原始记录这一工作做好。4）压灌混凝土。钻孔至设计标高后，先提钻20～30cm开始压灌混凝土，用泵车先打3～4次混凝土，使钻杆(导管)中混凝土具有一定的高度。在进行压灌成桩过程中，边泵送混凝土边提拔钻具，输送泵每泵一次，钻具的提升高度需按试桩确定的提升量进行控制。压灌成桩过程中提钻与输送混凝土应自始至终密切配合，钻具底端出料口不得高于孔内混凝土的液面(一般孔内混凝土面应高于出料口1.0m)，需注意的是，压灌成桩过程中不能停顿，需要一次性顺利灌注。在整个施工阶段中，相关施工人员必须对各种记录表格进行填写，并确保数据等内容是可靠和准确的。5）移机。灌桩完成后，按照打桩顺序，将钻机移至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。当桩机在移动时，要有人员在旁注意和检查，避免桩机本身和支腿对桩体产生破坏。在桩机移机到下一个桩位施工的时候，为了保证桩位准确，要先以轴线或周围桩的位置为依据，复核所需施工的桩位。为了保证混凝土地泵的正常使用，每次混凝土泵作业完成后，需要用清水将泵及管道系统进行清洗。6）开挖桩间土。CFG桩成桩两周后开始开挖桩间土。桩间土开挖采用人工配合小挖机进行。为防止机械碰坏桩头，开挖前按照设计桩位位置在地面做好标记。桩间土边开挖边清理，基底面预留10cm人工清理。开挖过程中，在基坑四周做好排水沟和集水井，及时抽排雨水。7）截桩头。桩头截割采用水平切割机截割，边开挖桩间土边截割桩头，以便于及时清理桩头。截割前按设计桩顶标高做一圈记号，截割时切割机要保持水平，以保证截割后的桩顶面水平。为防止破坏桩的完整性，截割时严禁用机械或大锤击打桩头。8）检测、试验。CFG桩施工完，桩体强度达到设计值后，由检测单位进行选桩、检测。具体内容如下：(1)基坑开挖后，应及时检查桩数、桩位和桩顶外观质量。(2)进行单桩复合地基静载试验以验证复合地基承载力是否满足设计要求，保证CFG桩复合地基的可行性。(3)进行单桩抗压静载试验的目的是验证单桩竖向承载力是否满足设计要求。(4)检验桩身的完整性。9）褥垫层施工。结束上述施工后，可铺设300mm厚砂石褥垫层，砂石配合比以试验室配合比为准。褥垫层铺设范围为:底板垫层外边缘外扩300mm。先虚铺配好的砂石料约320mm，用平板振捣器振实2～3遍，振实后厚度为300mm。