CFG桩施工技术及其在工业建筑中的应用

郭勇志 陈传岭 何世栋

山东菏建建筑集团有限公司 山东 菏泽 274000

引言

本文结合山西省孝义市金岩电力煤化工有限公司500万吨/年焦化工程项目和孝义市鹏飞实业有限公司250万吨/年焦化工程项目（地基处理均采用CFG桩复合地基），通过描述CFG桩复合地基的施工工艺、常见问题及预防措施，及其应用优点和大型焦炉工程对沉降的要求（焦炉因自身重量大，对沉降要求尤为严格），进一步反映其提高地基承载力，控制沉降方面的作用，由此说明CFG桩在工业建筑中的应用价值[1]。

1 工程概况

孝义市金岩电力煤化工有限公司500万吨/年焦化工程项目和孝义市鹏飞实业有限公司250万吨/年焦化工程项目都位于孝义市1500万吨/年焦化工业园区内，其主要建筑分别为8座6.25m大型捣固焦炉及配套设施和4座6.25m大型捣固焦炉及配套设施；其焦炉类型相同，地基处理均为CFG桩复合地基处理。以金岩焦化工程2#焦炉为例，其采用桩径400mm的CFG桩、桩长均＞21m，桩距为1.2m，其复合地基承载力特征值要求为350kPa，单桩竖向承载力特征值要求为500KN；桩数为3015根（详见表1）。褥垫层厚300mm，褥垫层铺设要求为压实后的褥垫厚度与虚铺厚度之比不得大于0.9。

表1 2#炉CFG桩一览表

2 CFG桩复合地基的施工工艺

2.1 施工工艺

2.1.1 CFG桩复合地基施工工艺：人员、设备进场→桩位测放→CFG桩试桩→按顺序施工CFG桩→基槽开挖→截桩→桩基检测→褥垫层铺设。

2.1.2 单桩施工工艺：桩机就位→沉管至设计标高→停振灌筑→振动及捣实后拔管→留振10s→振动拔管。

2.2 施工方法

2.2.1 设备选择及测放桩位。CFG桩复合地基施工，成桩工艺包括长螺旋钻孔灌注成桩、振动沉管灌注成桩、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩、锤击或静压预制桩等成桩工艺。而本工程采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺。

根据工程桩位平面布置图和测量基准点，进行桩位施放。桩位定位点应明显且不易被破坏。根据施工规范要求，针对满堂布桩基础，其桩位偏差不大于0.4倍桩径；针对对条形基础，其桩位偏差大于0.25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不大于60mm。

2.2.2 桩机就位。CFG桩复合地基施工时，桩机就位后，应采用桩机塔身的标杆检查塔身导杆，校正其位置是否正确，桩机必须平整、稳固，沉管必须垂直对准桩中心位置，沉管垂直度偏差不得大于1%；控制钻孔或沉管入土深度，保证桩长偏差在±100mm范围内。

2.2.3 沉管至设计深度。沉管开始时，应关闭钻头阀门，向下移动沉管至钻头触及地面，启动桩机，开始钻进。一般为先慢后快，这样便于及时修正。当沉管存在摇晃或难钻时，必须放慢进尺，否则会导致桩孔偏斜及位移，甚至导致沉管、钻具的损坏。沉管深度取决CFG桩的长度，当钻头到达设计标高时，应在桩机塔身相应位置处做醒目标记。CFG桩施工时还必须考虑施工作业面标高情况，作相应增减，以保证施工桩长达到设计要求。

2.2.4 灌筑及拔管。沉管到达设计标高时，应停钻，此时开始泵送混合料，直到混合料与钢管上部投料口处平齐。如果投料不足，可在拔管过程中进行继续投料，必须保证成桩密实度及标高达到设计要求。当混合料与钢管上部投料口平齐后，沉管需在原地留振10s，方可边振边拔管，拔管速度必须适当，每提升1.5～2.0m，需留振20s左右。成桩必须连续进行，应避免因供料不足导致停机情况的发生，若施工中因不能连续灌筑，必须根据施工场地的土质情况避开饱和砂土层和粉土层。桩管拔出地面确认成桩质量符合要求后，应用粒状材料或黏土封顶保护。施工桩顶标高必须高出设计标高，一般不宜小于0.5m；当施工作业面与有效桩顶标高距离较大时，宜增加混凝土灌注量，提高施工桩顶标高，防止缩径情况发生[2]。

2.2.5 移机。当一根CFG桩施工完成，桩机需进行移位。由于CFG桩施工时带出的土比较多，容易将附近的桩位掩埋覆盖，所以，当下一根CFG桩施工时，必须对需施工的桩位进行复核，以保证桩位准确，符合设计要求。施工时必须合理安排打桩顺序，宜从一侧向另一侧或者由中心向两边顺序施工，以避免桩机碾压已施工的桩，造成断桩。

2.2.6 基槽开挖。CFG桩施工完毕，桩体需经过7d达到一定强度（一般为桩体设计强度的70%），始可进行基槽开挖。基槽开挖包括CFG桩钻孔土清运和保护土层开挖两部分。钻孔土可采用机械清运。如果保护土层厚度大于1.5m以上的，上部土层可采用机械开挖，但下部700mm范围宜采用人工开挖方式，也可采用人工开挖和小型机械联合开挖形式进行,开挖时应有专人进行指挥，必须保证小型机械不碰撞桩体，还应避免扰动桩间土，损坏CFG桩头部分。

2.2.7 截桩。基槽开挖完毕后，需进行截桩，需将设计标高以上桩头进行凿除截断。桩顶实际标高应高于设计标高50mm。首先在桩上标出桩顶设计标高，然后采用截桩机进行截桩；桩头截断后，可采用钢钎、手锤等工具，将桩顶多余部分从四周向中间修平到设计标高，桩顶允许偏差为±20mm。截桩机截桩应截透，不允许用钢钎、手锤蛮力断桩。若发现浅部断桩时，应采取补救措施。

2.2.8 褥垫层铺设施工。CGF桩经检测完毕且符合设计要求后，方可褥垫层铺设施工。褥垫层材料多为粗中砂或碎石，碎石粒径多为8～30mm，其厚度一般为150～300mm。当厚度大于200mm，宜分层铺设。褥垫层施工时施工机械不能直接压在CFG桩上。褥垫层施工宜采用静力压实法，对较干的褥垫层材料，可适当洒水再进行碾压或夯实。

2.2.9 检测、检验。CFG桩复合地基施工过程中应对水泥、粉煤灰、砂和碎石等原材料进行检验；对施工桩数、CFG桩位偏差、施工混合料配合比、坍落度、提拔钻杆速度、成孔深度、混合料灌入量、褥垫层铺设厚度、夯填度、桩体试块强度等进行检验。施工完成后需对桩顶标高、桩位偏差、桩体施工质量、地基承载力、褥垫层的施工质量做检测。其承载力检验应采用复合地基载荷试验，宜在施工结束28d后进行。桩的试验数量必须符合规范及设计要求，有单桩强度检验要求时，桩的试验数量必须按要求检验。

3 CFG桩施工常见问题及预防措施

3.1 堵管

堵管情况是CFG桩成桩时常遇到的主要情况之一。它直接影响CFG桩的施工效率及质量，增加劳动强度，造成材料浪费。堵管原因主要由于混合料配合比不太合理、设备缺陷、和易性不好、混合料的坍落度、施工人员的操作不当等。预防措施主要是混合料严格配合比配置。在施工前根据设计要求，由实验室进行配合比试验，施工时严格按配合比配制混合料。

3.2 窜孔

施工时沉管钻进过程中叶片剪切作用会对土体产生扰动，土体受剪切会发生液化或能变，从而出现窜孔情况。针对此情况，通常可采取加大桩距的方案。增大桩距的目的在于减少打桩机械对土体的剪切扰动，避免不良影响。本工程采用隔排隔桩跳打施工方法，减少打桩的推进排数，尽快离开已施工完成的桩体，减少对已施工桩的扰动，保证桩的施工质量[3]。

3.3 断桩

断桩是CFG桩施工过程中常见的通病之一，一般是因为拔管速度太快，而泵送混凝土跟不上拔管速度，钻头上的泥块落入桩孔内，或因采用大型机械开挖清理桩间土时，造成CFG桩的桩身浅层断桩。本工程采用的主要预防措施：严格控制拔管的速度，在桩间土开挖时选择合适的施工工艺及施工机械，截桩时采用切割片环切的施工工艺。

4 CFG桩复合地基应用优点

4.1 适用范围广，地基承载力提高幅度大

CFG桩复合地基施工技术可适用于砂土、粉质黏土、黏土、淤泥质黏土、粉土、松散填土等地基的地基处理。经处理后，复合地基的地基承载力较原地基承载力提高的幅度在250%～300%。特别是针对天然地基承载力较低，但设计要求承载力较高的情况时，当采用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，而采用CFG桩复合地基则比较容易实现。

4.2 施工简便，成本较低，工期短

CFG桩成桩工艺采用长螺旋钻沉管泵送混凝土法时，没有钢筋笼制作等工序，沉管成桩一次完成、大大减少了成桩的时间，极大地降低了施工成本，提高了施工速度。

4.3 保护环境

CFG桩施工时，不需要采用泥浆护壁，无须泥浆外运，既节约了资金，又降低了环境污染，对市区内等环境要求较高的施工情况，非常适用。

4.4 工艺性好

由于大量采用粉煤灰，CFG桩体材料具有良好的流动性与和易性，施工方便，易于控制施工的质量。CFG桩可节约大量水泥、钢材消耗，利用工业废料、减少工程造价。

4.5 采用复合地基变形较小

相对于PHC桩，CFG复合地基模量大、建筑物沉降量小。CFG复合地基大量工程实践表明，建筑物的沉降量一般可控制在20～40mm，如将CFG桩施工在较硬的土层上，可将地基沉降量控制在10mm以内。这样对于上部和中间有软土层的地基，采用CFG桩施工，桩端放在下面好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，建筑物的沉降都不大，最大限度满足建筑物沉降的要求。

5 结束语

现在建筑物遇到的复杂地质情况使地基处理越来越重要，地基处理工程造价在整个工程总投资的比例也越来越大。而现在广泛应用的成孔灌筑桩等技术固有的缺陷十分明显，工程造价高、施工速度慢，场地污染严重、成桩质量难以保证，材料浪费大，容易出现各种弊病等，而CFG桩表现出较大的优势，桩体材料价格低，施工方便，承载力高，污染较小，是一种较为理想的地基处理技术。非常适用于工业建筑的地基处理。