高层建筑CFG桩复合地基施工技术分析

彭 林

（中国甘肃国际经济技术合作有限公司，甘肃 兰州 730050）

0 引言

从民用建筑的地面高度或层数划分可以看出在27m以上的住宅以及在24m以上的非单层公用建筑，其高度不超过100m，属于高层民用建筑。我国虽然地大物博，但是城市化进程的加剧却导致城市土地资源变得异常宝贵。很多一线城市人口密度较高，为最大限度提升土地资源利用效率，建设大量的高层建筑已经成为必然趋势。但是高层建筑建设过程中对施工技术、地基质量的要求较高，因此有必要针对高层建筑复合地基施工技术展开分析、研究和创新。

在高层建筑中，桩基础是非常普遍的一类地基处理施工工艺，具备承载能力较强、应力传递性较快且满足形变特征和要求等特点。复合地基处理技术和其他地基处理技术对比，具有成本造价较低、施工工艺简单以及施工时间短等优势，所以在很多高层建筑施工过程中都会应用复合地基处理施工工艺[1]。目前采用的复合地基桩体类型繁多，CFG桩复合地基处理施工技术十分常见。本文在分析高层建筑复合地基类型的基础上，对高层建筑CFG桩复合地基施工技术进行分析，并结合实际的工程案例提出可行性建议。

1 复合地基的类型

对高层建筑复合地基相关的施工技术进行研究和分析，首先要充分了解复合地基处理施工技术的具体特点，然后分析在强荷载力作用下复合地基的应力分布状况。当前，高层建筑复合地基的具体定义为：在对天然地基进行处理的过程中，可通过增加加筋材料或者人工增加地基等方式来强化其部分土体结构强度。根据地基强化部分的方向又可以对复合地基进行分类，可根据复合地基的朝向将其分为竖向增强体复合地基以及水平方向增强体复合地基等形式，不同类型的复合地基有其自身的特征[2]。

1.1 散体材料复合地基

散体材料复合地基主要是指应用水泥、碎石桩等材料为主的一类复合地基处理施工工艺，目前多采用碎石桩材料对地基进行加固。一般而言，应用散体材料构成的桩体，本身是无法独立存在的，需要依靠周围其他土体的辅助围箍后才能够形成桩体结构。由散体材料构成的复合地基承载力主要依靠其周围的土体结构提供的侧限力决定。

1.2 一般黏结性桩复合地基

一般黏结性桩复合地基在工程领域又被称为柔性桩复合地基，可通过双灰低强度混凝土桩或者水泥土搅拌桩等技术构成。在使用水泥土搅拌桩的过程中一定要做好围压控制工作，围压和主体应力破坏程度直接呈现正比例关系，即围压越高对主体应力产生的破坏就越高。同时，围压也会对桩体所承载的垂直荷载和变形模量产生一定影响[3]。一般情况下，柔性桩复合地基容易向处于深层的土体传输荷载，其传输荷载能力要超过散体材料。

1.3 高黏结性复合地基

高黏结性复合地基属于刚性桩复合地基的一类，该类桩体整体的结构强度较高，同时在不同围压应力的影响下，其应力变化的曲线数值基本上呈重叠态势，由此可知，围压对高黏结性复合地基的桩体结构和变形模量产生的影响是比较小的，同时其还存在较强的置换作用。如果桩和桩之间土体的密度较高，则可以有效提升桩一侧的阻力。此外，如果桩基础周围的土质较佳，则可以最大限度地发挥端阻效果，有效提升桩结构的承载力。CFG桩复合地基就是高黏结性复合地基的代表。

2 CFG桩复合地基处理施工技术

高层建筑CFG桩复合地基目前最常用的施工方法包括振动沉管成桩、长螺旋钻孔灌注成桩以及泥浆护壁钻孔成桩、长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩等。其中，长螺旋钻孔灌注桩技术需要采用机械钻孔技术或者钢管挤土等方式在地基土层中构成桩孔，同时还会根据高层建筑的施工要求在桩内放置钢筋笼或者灌注混凝土等方式提升其结构强度和结构承载力。该施工技术比较适合应用于超过地下水位的黏土、粉土以及素填土等紧密度中等以上的砂土材质，如果采用长螺旋钻孔、泵压混合料灌注桩成桩方式，该方法比较适合应用于对噪声污染和泥浆污染严重的施工场所。如果在成桩施工中采用振动沉管灌注成桩技术，主要是将带有钢筋混凝土的钢管用机械打桩的方式沉入到天然的土体结构之中，待形成桩孔后放上钢筋骨架并做好后期的浇筑工作，浇筑完成后需要及时拔除套管，为进一步提升混凝土强度，可利用拔管时产生的振动来开展混凝土振捣施工，从而形成高层建筑施工所需的灌注桩。

CFG桩复合地基主要为水泥粉煤灰碎石桩结构。在制作该桩体的过程中，施工技术人员要选择质量较佳的碎石、石屑以及砂砾，掺和一定比例的粉煤灰和水泥，加水拌和，然后通过制桩机制作成具有一定强度的桩体。CFG桩最为核心的技术就是采用由碎石、砂砾等散体材料构成褥垫层。在具体施工过程中，可在桩顶部铺设一层砂石褥垫层，以此保障桩体可呈垂直方向插入，实现桩体、土体以及褥垫层等结构共同承担高层建筑产生的荷载力[4]。CFG桩复合地基处于刚性桩和柔性桩之间，可通过调整桩结构中水泥的含量配比来改变桩体的强度。一般情况下，可通过改变水泥配比使CFG桩强度处于C5～C25之间。在CFG桩复合地基施工过程中，要结合施工现场的实际情况进行分析，可根据现场施工条件采用长螺旋钻孔灌注桩、长螺旋钻中心压灌桩、振动沉管灌注桩、泥浆护壁成孔灌注桩四类施工工艺。其中长螺旋钻孔灌注成桩适合用于在超过地下水位的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土构成的桩土。而泥浆护壁成孔灌注成桩则适合用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩等构成的桩土。

CFG桩复合地基与桩间土结合，利用褥垫层与CFG桩复合地基协同工作，可依据复合地基的特性和计算结果进行工程设计，并且CFG桩复合地基不需要加筋，其主要原料为粉煤灰和石屑，可以减少施工成本。CFG桩具有可根据现场条件进行强度调节的特点，在复合地基中得到了广泛的应用，如砂土、粉土、黏土、淤泥质土、杂填土等。另外，CFG桩复合地基也可用于各种基础，如独立基础、条形基础、筏基等。高层建筑桩基的施工中，要充分考虑地基的承载力和变形这两个基本条件，而在进行高层建筑的复合地基处理时，要对现场进行实地勘察，科学合理地选择合适的施工方案。

3 CFG桩复合地基的施工要求

在具体工程项目的施工过程中要提前布设CFG桩布置图，并做好施工现场布置工作，从而满足钻机钻进需求。

在开展长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注桩成桩施工工艺和振动沉管灌注桩成桩施工工艺的过程中，需要充分满足以下施工要求：

（1）在高层建筑复合地基处理施工过程中，严格按照设计要求开展配合比试验工作，在具体的施工过程中，要求根据配合比试验结果完成混合料的配置工作。为了保证高层建筑地基结构质量，要求长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工的坍落度必须控制在160～200mm以内，而振动沉管灌注桩的坍落度则要严格控制在30～50mm以内，同时振动沉管灌注桩成桩后桩顶浮浆厚度需要低于200mm[5]。

（2）螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩技术在实际的施工过程中需要施工作业人员严格控制钻孔的深度。同时混合料泵输送量要求尽量和拔管速度相一致，如果在实际的工程项目施工过程中遇到饱和砂土时严禁停泵等待送料，同时在振动沉管灌注成桩过程中，拔管的速度要均匀，要求拔管速度控制在1.2～1.5m/min，如果施工过程中遇到淤泥层则可以适当调整拔管的速度，拔管速度要尽量放慢。

（3）桩基础施工技术可将高层建筑产生的上部荷载传递到周边的土层之中，所以在高层建筑施工过程中有着非常广泛的应用。CFG桩复合地基由于桩基的施工方式而异，其前期准备工作也存在较大差别，所以在实际工程中，必须严格规范施工，加强管理和协调，并采用科学、高效的施工方案，以保证其工程质量[6]。

4 实际案例分析

4.1 工程概况

某工程项目为高层住宅小区，每栋楼的层数各不相同，最高楼层36层，最低楼层18层。为确保案例代表性，笔者选择层高18层的高层建筑地基工程项目进行分析和研究，该高层建筑占地面积为0.97万m2，场地类型为Ⅲ类。通过现场勘察分析，该施工现场的土体结构主要由黏土、粉土、砂土以及卵石土构成，具体构成如表1所示。

表1 场地主要土层分布情况

根据表1可知，该区域的地基天然承载力不符合设计需求。

4.2 地基方案比选

根据该工程项目的土层报告，施工单位选择了两种施工方案：

（1）采用CFG桩复合地基和筏板基础结合的施工方式；

（2）采用预应力混凝土管桩和承台梁基础结合的施工方案。

根据计算结果，上述两方案均符合地基承载力需求，为保障方案优越性，需要进行进一步的比较分析。

4.2.1 施工可行性

由于该工程总的埋深较大，采用预应力钢管桩施工，对整体平面位置的要求很高，施工困难。若在基坑开挖后进行，应特别注意地下水位的埋深，从而增加了附加的排水成本[7]。因此，结合施工现场的实际需求进行分析后发现，该施工现场存在卵石层，增加了管桩施工难度，也会增加施工周期，鉴于此，经过综合分析后采用CFG桩复合地基技术，该技术对桩平面定位要求较低，具体采用长螺旋钻孔管内泵压灌注工艺用以穿透该施工区域的卵石层。

4.2.2 施工经济性

表2为地基处理方案设计参数对比。从表2可以看出，两个方案的工程费用分别为109.2万元和147.7万元，其中，方案1的成本优势明显。

表2 地基处理方案设计参数对比

4.3 CFG桩复合地基施工技术要点及问题桩

4.3.1 施工要点

（1）在施工材料准备过程中，可根据工程项目施工需求对混凝土进行配合比试验，将坍落度控制在180mm以内。

（2）钻孔成孔钻机的位置是固定的，钻孔位置是与桩位相垂直的；采用长螺杆钻机，以1.5～2.5m/min的速度进行钻孔，在施工过程中，允许桩长误差不超过10cm；钻孔后，采用HBT80式地泵进行混凝土输送，浇筑量30m3/h，拔管速率1.2～1.5m/min，采用均匀的提升速度；在钻出钻孔后，要及时清洗井眼；该工程超灌水高度2 m，灌注因子超过1.10，在成桩后对桩顶进行适当的保护；在桩顶标高5～10cm的地方，进行截桩，并进行钻孔，以清除淤泥[8]。

（3）褥垫层施工过程中要求在垫层和复合地基之间铺上200 mm厚的垫层，并在虚铺中砂的基础上用平板振动器振动到设计高度。

4.3.2 问题桩处理

在此工程中，CFG桩在完成28d后，进行了桩体完整性的检测，发现有Ⅲ级的桩，少数为Ⅳ级，极少数的为Ⅲ级。

（1）Ⅳ级桩。IV型桩多发生在浅层，桩顶标高低于2m以内，因此，应采取人工开挖方式，以判定桩身问题的严重性；

（2）Ⅲ级桩。Ⅲ类桩的问题，以桩端范围、桩身中部为重点，主要原因是快速拔管造成的混凝土密实度不达标，局部缩径。承载能力偏低，桩身周边1/3的桩身间距为10m。

5 结束语

综上所述，高层建筑复合地基施工中CFG桩因具有施工工艺简单、造价低等优势而被有效应用。在应用CFG桩施工技术的过程中，不仅要因地制宜科学制定工程施工方案，同时要严格做好地基形变量检查工作，将其严格控制在要求范围以内，这样才能为高层建筑后期施工创造良好条件。总之，CFG桩复合地基处理技术的应用可使基础变形得到有效的控制，能为高层建筑提供经济有效的支撑。