长螺旋钻孔泵压灌注工艺在CFG桩复合地基施工中的应用

宋红民，王思瑞，马志强 （中电建路桥集团西北基础设施建设有限公司，陕西 西安 710000）

1 引言

近年来，地基处理技术随着建筑行业的迅猛发展逐渐走向多样化，其中CFG桩复合地基在软弱地基处理中应用尤为广泛。CFG桩复合地基是指由CFG桩体、褥垫层和桩间土体三者组成的复合地基结构，而CFG桩体是由水泥、粉煤灰、石屑和小块碎石等搅拌形成的高粘结性桩，桩内不设置钢筋笼。采用长螺旋钻孔泵压灌注工艺施工CFG桩复合地基，不仅能够提高桩、土荷载分担能力，且保证工程质量。

本文根据工程实例，介绍了长螺旋钻孔泵压灌注工艺在CFG桩复合地基施工中的应用，重点探讨分析了施工过程中的各项关键技术，同时对可能出现的质量问题进行论述，为类似地区的CFG桩复合地基施工中提供借鉴。

2 工程概况

2.1 工程背景

本项目位于西安市西咸新区沣东新城内，为拟建高层住宅小区，总建筑面积约42.2万平方米。本工程采用CFG桩复合地基作为地基处理方案，CFG桩施工使用长螺旋钻孔泵压灌注施工工艺。

2.2 地质状况

根据地质勘探，场地土体主要由人工杂填土、素填土、黄土状土、粉质黏土、细砂、中砂及其透镜体等组成。拟建场地属于湿陷性黄土地区，且地基均匀性较差，场地天然地基下的地基持力层为黄土状土，承载力不足。根据拟建场地的特殊工程地质条件，采用CFG桩复合地基联合长螺旋钻孔泵压灌注施工方案进行地基处理以提高地基承载力。部分土层厚度及埋深如表1所示。

土层划分

3 CFG桩复合地基施工方案优选

CFG桩是与共同工作的桩间土和褥垫层形成的复合结构，三者互相协调工作，并非独立结构，与传统桩基础的施工有所不同，一般有多种施工方案。

3.1 长螺旋钻干成孔灌注成桩

该成桩方案适用于地下水位以上的黏性土、砂石地基及人工填土地基，该方案在提钻过程中出现塌孔的可能性较小。

3.2 长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩

该方案对于地下水位没有严格的要求，适用于黏性土、粉土和砂土等粒径规格不大的地基，同时该方案施工时的挤土效应不明显，对城市内施工的适应性较强。

3.3 振动沉管灌注成桩

该方案施工简单且施工速度较快，生产效率高，但仅适用于软土地基，如粘性土、粉土等，且桩径设计不宜过大，桩体的承载力较小。

3.4 泥浆护壁钻孔灌注桩

适用于粉土、砂土、碎石土及风化岩层分布的地基，施工工艺成熟，且桩的承载能力较高，但桩体质量难以控制，且会产生大量的泥浆垃圾，不方便在城市内施工。

综合考虑本工程处于湿陷性黄土地基的工程条件，且项目位于西咸新区内，对施工现场的环保有一定要求，确定CFG桩复合地基的施工采用长螺旋钻孔泵压灌注工艺的施工方案。

4 CFG桩复合地基施工工艺

CFG桩复合地基的施工工艺与传统单桩工艺不同，包括桩间土的处理、褥垫层的铺设与压实等特殊工艺。

4.1 施工准备

在施工前，对基础范围内的地层表面进行清理，包括已有的建筑垃圾与表层植被等。依据设计的CFG桩的桩顶标高，挖设现场的排水沟，同时应考虑复合地基中褥垫层的过滤作用，保证雨季施工时不会出现积水情况。

与此同时，根据长螺旋钻机的现场活动要求，对场地进行碾压平整。

图1 施工前场地清理

4.2 桩位测量放线

根据设计要求，CFG桩呈三角形和正方形布置，桩间距为1.3m，桩径为0.4m。施工前对桩位中心点进行定位，用石灰白线在场地内画出网格并定位中心点，再根据设计的桩位进行二次桩位复合，用木筷插入土体的方式确定。

桩位确定后，根据打桩顺序和桩位，计算最优移机打桩路线，以提高施工效率。

4.3 桩基施工

采用该施工工艺，应重点控制桩基施工时钻机的垂直度，确保成孔垂直。在钻进过程中，应合理把握钻机的钻进速度，当出现异常状况时，停机检查原因。

钻进完毕后灌注混合料，过程中重点关注成桩的拔管速度，保证桩身的混凝土充盈程度，避免发生断桩、缩颈等异常现象。

4.4 清理桩间土

工程桩施工完毕后，待桩身强度达到设计要求后，一般用液压履带式挖掘机配合人工进行桩间土的清理，清理至桩顶设计标高。过程中注意对成桩的保护，避免碰桩造成断桩。

4.5 凿除桩头

根据设计要求，对每根桩的设计桩顶标高进行标定。由于本工程的桩间距较小且桩的布置方式不唯一，凿除桩头采用人工截桩，并将凿除的桩头运出施工场地。

本工程的CFG桩数量较大，全部凿除完毕对地面进行二次清理，以免对桩基检测造成影响。

4.6 承载力检测

CFG桩成桩7天后，选取有代表性的桩进行单桩竖向抗压承载力试验，28天后选取另外的样本桩进行复合地基抗压承载力试验。

4.7 褥垫层铺设

桩身检测合格后，根据设计参数在基础上铺设200mm厚的级配砂石褥垫层，进行复合地基承载力检测，级配砂石级配为4（碎石）:3（圆砾石）:3（中粗砂），最大粒径不超过30mm，压实系数不小于0.97，夯填度不大于0.9。

图2 桩基垂直度控制

5 长螺旋钻机施工质量控制措施

5.1 成孔质量

在钻机钻进过程中，将钻头的中心点与白灰点对准，并与钻机上部的竖杆保持垂直校正。钻机正侧面各有85mm长指示箭头，正侧两指示箭头都应对准下方标尺的中心，保证其垂直度偏差不超过1%。同时每根桩在施工前均应用钢尺检查螺旋钻具的直径，确保桩径偏差值＜20mm。钻进时的速度一般先慢后快，以减少钻杆摇晃，方便纠偏，钻至孔底清孔10s。施工时，由于桩孔较深，大量排土可能会影响邻近桩位孔，或钻机的支撑脚会使邻桩孔发生轻微偏移，需对桩位进行多次复合保证位置准确。

5.2 提钻及混凝土灌注质量

本工程泵送灌注的混合料为C35商品混凝土，根据设计要求其坍落度要求为180～220mm，充盈系数＞1，泵送压力参考值≥4MPa。

当素混凝土桩成孔到设计标高后，停止钻入并开始泵送素混凝土，当钻杆芯全部充满素混凝土后方能拔出导管，为避免出现塌孔现象严禁在泵料前提管。已成桩的提钻速度一般应控制在1.2～1.5m/min范围内，保证提升过程中钻杆内的混凝土高度始终为4～5m，避免塌孔、夹渣等现象的出现。CFG桩的成桩施工过程宜连续进行，并使素混凝土的供应速度略高于灌注速度，避免因供料慢而导致停机待料，影响生产效率。

泵送灌注过程中，对素混凝土的坍落度应随时进行抽检，当坍落度值有损失时不得使用。为方便后续桩头凿除并保证桩顶质量，混凝土浇筑时应超出桩顶标高0.5m以上。

6 工程难点分析及施工预防措施

6.1 堵管

堵管是长螺旋钻孔泵压灌注混合料成桩过程中最容易出现的工程问题，堵管后将严重影响施工效率，且会造成材料、人工等方面的资源浪费。出现堵管现象，主要是由以下几方面的原因造成。

6.1.1 混凝土配合比不当

混凝土中的粉煤灰用量是CFG桩体质量的关键，当粉煤灰用量不足时，拌合物的和易性较差，易在泵管中堵塞，应严格按配合比控制素混凝土中粉煤灰的掺入量。

6.1.2 设备故障

长螺旋钻孔泵压灌注工程桩施工中，需保证钻头的密封性。若密封不严，当钻头超过地下水位且处于细砂层时，承压水随空隙进入芯管，与细砂形成砂塞，在泵送混凝土时造成堵管。

6.1.3 施工操作不当

施工过程中，应合理处理提钻和灌注素混凝土之间的协调关系，当芯管及输送管均充满素混凝土后及时提钻，使素混凝土在压力下泵压灌注成桩，同时还能保证桩身的充盈程度。

6.2 窜孔

当钻头在粉细砂层钻进时，相邻桩位的桩顶随新桩钻进和混凝土泵送的施工而发生沉降和回升，该现象即为窜孔。为预防窜孔现象的发生，应采取以下措施：

①窜孔现象主要影响邻桩的工程质量，应合理考虑桩的布置方式和桩间距，减少对已打桩的扰动作用；

②避免依次打桩，采用跳打法；

③当发生窜孔现象时，应立刻停止提钻，连续泵送素混凝土直到发生窜孔桩素混凝土液面上升到原位。

6.3 桩头空芯

当长螺旋钻机的排气阀异常工作时，钻杆内气体无法顺利排出，导致桩体空气留置形成空芯，施工中应经常检查排气阀是否通畅并及时清洗。

7 结束语

综上所述，CFG桩复合地基具有承载力高、施工简单、工况适应性强等特点。本文依托于西安市西咸新区某高层住宅小区项目，根据工程地质情况对施工方案进行比较优选，论述CFG桩复合地基和长螺旋钻孔泵压灌注施工的工艺重点和质量控制要点，证明长螺旋钻孔泵压灌注工艺在CFG桩复合地基施工中的适用性。