CFG桩在处理砂层、土溶洞中的应用

邓启君

广州建筑股份有限公司第一建筑工程分公司 广东 广州 510045

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，由于近年对于CFG桩的应用越来越广泛，对CFG桩的施工及质量控制的要求也越来越重要，各种改良的CFG桩也随之出现，如其填料有一定的改良，目前广东地区的CFG桩基本采用素混凝土作为填料，并且由商品混凝土搅拌站供料，增加了施工的效率，现以广州市花都区某住宅工程的地质条件情况为例，简单介绍CFG桩在砂层、土溶洞地区的施工技术，并阐述相关的质量控制措施，可作为今后类似工程参考。

1 工程地质情况

广州市花都区某安置房项目，工程的地质情况根据地质勘测资料，场地按成因、状态、岩土性划分，场区岩土层自上而下可分为：杂填土、耕土、淤泥质土、粉质粘土、细砂、中粗砂、砾砂、粉质粘土、全风化砂岩、强风化砂岩、中风化灰岩、微风化灰岩。需要说明的是，该地区场地多为砂层，砂层厚度在8～25m不等，粘土层的以下均为各种的砂层，再有少部分粘土后则是岩层。

而在地质勘察中发现有少量土洞发育，但溶洞揭露率较高约为26%，针对现场的溶洞、土洞发育情况，设计单位最后确定本工程的基础采用CFG桩（素混凝土）复合地基处理，CFG桩桩身为C15混凝土，桩径500mm，桩间距为3～5倍桩径，桩身穿过砂层，桩端持力层为风化岩层。单桩承载力特征值Ra=600KN，复合地基承载力fspk=300kPa（等边三角形布置）fspk=266kPa（正方形布置）。

2 CFG桩施工工艺

2.1 施工流程

施工准备→测量定位→移机对位、桩机调试→钻挖到设计桩底（持力层）→灌料提升→停灌成桩→循环下一桩位→剔除桩头→养护检测→铺设褥垫层。

2.2 施工工艺要点

1)由于项目所在地区地下水位较高，施工时应考虑地下水对成桩的影响，采用水下灌注成桩的方式，混凝土采用拌合站集中拌料。在提钻前灌注适量混合料，混合料在自重作用下，在首次提钻过程中可由钻头闸门流出并沿钻杆与孔壁间上返，将积水挤至混合料顶部，使钻头被埋在混合料中，形成隔水状态，然后边提边灌，正常成桩；成桩至地表后，孔中积水自然排出桩外[1]。

2)施工顺序采取隔桩隔排跳打，避免对已成桩造成损害，每次跳隔大于3m。

混凝土的强度应符合C15级别，并且塌落度范围在160～180mm之间。

3)根据桩位平面上的布置图和所测量位置的基准点，进行桩位的施放。可将移桩机移动到指定的地点上的指定桩位，并也可以手动进行对中对中桩的移动操作。如果钻机现场的地面并不宽大平整，应适当注意适时调整钻机支腿位置或适时调整钻机平台基座，以使尽可能的确保钻桩机台底座水平可移动并且能保持与钻杆方向垂直。

4)进行钻孔操作:关闭下钻头阀门，启动液压卷扬机并快速使下放的钻杆快速旋转直到下钻头完全地接触钻到钻孔地面，然后再次快速旋转启动下钻机锤头，将下的钻杆继续缓慢快速旋转直到下沉到钻至钻孔桩底的钻孔设计标高。挖掘出的土石渣应堆放在指定的场地。

5)混合料的搅拌:采用商用预拌混合料，并通过混凝土输送泵进行泵送。混合料的坍落度应保持在160mm～180mm之间。同时进行补充灌注混合料量补给工作和补充混凝土提升:当砼钻机杆已全部钻至混凝土标号达桩以上的标准砼混凝土承载层时，启动混凝土输送泵并同时停止进行混凝土输送与灌注混料，当所有砼输送管腔中砼和砼钻杆芯管腔均已经充满了灌注的混合砼料量后，开始缓慢的启动混凝土液压卷扬机泵并同步以匀速方式缓慢地提升砼混凝土钻杆，同时又开始缓慢进行砼补充和灌注的混料的补充灌注和补充砼提升，直至钻机要达到现场可施工位置的设计桩顶标高及标高以上规定的0.5m[2]。提升的最大速度范围也应注意尽可能的控制好在1.2m/min速度～1.5m/min提升速度范围内，严禁都是采用先拔管后连续提升的灌注料，要十分严格并注意有效地合理控制好每次提升的灌注料速率范围和每次提钻时间上的最合理的时间差，尽量的能做到避免在多次连续的提升或灌注料过程中突然造成钻停机和钻待料的各种事故情况现象的发生。在介质流动介质或高塑性土壤钻孔操作中，需要注意严密和控制好提钻机的移动速度，以做到尽可能的确保钻孔桩柱本身的安全质量。当达到预定桩的顶灰标高后就停止灌注料，并重新移动桩到预定下一个桩位：在控制桩顶标高和停灌灰面的这最后一环节，尽量控制的好，在基本满足技术要求的前提下，减少了混合料量的浪费。次日将地面上多余的空桩段回填。

6)应在现场施工任务全部设计完成并结束试运行后，待所有施工机械桩体强度全部达到或了到一定的设计最大强度时止(一般为桩体设计强度的70%，即3日～7日)开始施工试运行后，才能按计划重新施工进行地基及开挖工程基础作业[3]。开挖至设计的高程桩顶时，宜尽量考虑直接采用与大型机械人工的联合方式开挖，也这样就意味着可以采用直接的采用较小型的小型机械来施工而与一些中小型的人工设备进行人工联合方法进行开挖。

7)在开挖达至施工设计的标高位后，应逐步剔除掉多余的桩头。在现场剔除桩头时，应保证在距离工程设计顶标高大于地面500mm以上的同一垂直平面线上，按同一固定角度连续对称依次放置好2、3个钢钎，并用两个大锤子同时向上击打，将桩头向上截断。截断完后，用大手锤子或小钢钎再将桩头上剔下至达到设计顶标高以上并打磨使得其光滑平整。剔除多余桩头后，在桩顶和基础间设置褥垫层（纯地下室天然地基基础除外），褥垫层厚200mm，褥垫层范围同垫层范围，褥垫层采用级配砂石。砂采用级配良好的中砂或粗纱，石为碎石，砂石的最大粒径不大于30mm，褥垫层虚铺后采用静力压实法分层予以夯实，压实系数不少于0.97。

3 CFG桩的质量控制

3.1 CFG桩的质量控制要点

检查地面是否隆起。已打桩顶标高及平面位置的变化，尤其应注意观测桩距小的桩。对桩顶上升量较大的或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看。长螺旋桩机在施工中宜按照桩机施工的顺序，隔桩隔排跳打，确保不影响到邻近桩的质量。长螺旋桩机的桩尖的位置应与设计位置相符，桩管应竖直，二者的轴线应一致。在沉管过程中，水或泥浆有可能进入桩管时，应在管内先灌入高约1.5m左右的封底混凝土，方可进行沉管。

采用经批准的混凝土配合比，控制好混合料的坍落度。要能做到比较严格精确的按配合料比来拌合混合料，坍落度一般也一定要能尽量地控制在160～180mm之间。每次向桩管内灌注混凝土时应尽量多灌。拨管前管内混凝土应与进料口齐平，在拨管过程中应连续向管内补充混凝土，并时刻检查管内混凝土的高度，高出原地面2m以上，以防桩身缩孔。严格控制拔管速率，防止发生缩孔或断桩质量事故。拔管速率不得大于1.5m/min。拔管过程中严禁反插。每上拔2m，留振5s钟，当拔至离地面2m时，拔管速度应减慢一半，且每米留振10s，以确保桩头质量[4]。在穿过淤泥夹层时，应该适当放慢拔管速度，并减少拔管高度。混凝土应连续灌注，分层振捣密实，每层高度不超过1～1.5m；桩体混合料应注意最后一次灌注量，桩顶施工实际高度宜大于桩顶设计标高50cm，以保证待基础施工时再截至设计标高，截桩时不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土并保证桩顶质量和强度。为确保桩顶超灌，在灌注到离桩顶2m处时，检测管内砼高度，以满足超灌0.5m的要求。通过混凝土计算用量与实际用量的对比，可以判断是否出现缩孔。先算出桩径乘以深度的方量（计算用量），再统计试桩实际消耗材料的方量（实际用量），将实际消耗的方量除以理论计算方量得到的系数必须大于1。

钻孔操作过程中钻机电流表如有交替升降应为系统正常。钻机在钻至混凝土设计标高时一定要向前上提至少10cm高左右，保证钻机的端口部阀孔打开，灌的混凝土畅通。施工机械操作工序中进行的人工提钻的作业过程与现场混合料浆的质量供应过程管理上必须十分严格和密切结合和协同配合，保证施工现场实际提钻的量要和实际已提泵料总量控制的指标基本相一致，未超过泵总料量前不能未及时地进行一次人工的拔管，以防意外造成断桩[5]。CFG桩型(素混凝土桩)的桩顶宽度必须至少按原设计荷载要求应比现行设计荷载要求应高宽出约50cm，以有效确保桩身与有效支撑桩长部分的整体强度。

3.2 养护检测质量控制

施工及操作实践中的施工维修人员更应严格做到每日经常细致地检查维护各排气阀件的正常完好正常工作运行的正常状态，发现有漏气及堵漏管时必须采取措施及时予以拆卸或清洗，以免成桩空心。施工与养护施工过程施工中现场坍落度及产生的损失程度及沉降速度是要严格根据各个施工作业单位及现场进行的现场试验情况及现场测试分析报告测算得出，并依需及时根据实际施工中测试得到的实际结果而适当地调整施工现场施工坍落度，避免造成施工养护人员现场因现场施工中坍落度产生损失太过速度之太快而可能造成的沥青混合料堵管;

4 CFG桩的质量通病的防治

4.1 施工过程扰动可使土本身的混凝土强度发生降低振动的影响防治

CFG桩基(素混凝土桩)制作工艺强度与土种的物化性质变化具有相当密切地关系，因此，一定要首先考虑振动加固桩前的土层的密实度。对高饱和软粘土，振动还将可引起土本身的孔隙水压力逐渐上升，强度逐步下降。振动持续时间得越长，对土本身和土已打成的桩产生的振动不利性影响则越严重。此外，对过密实含砂层以下和超硬土层也同样不宜于采用振动式沉井管的成塔桩法。

4.2 缩桩颈变形损坏和变形断桩对事故桩的主要危害与防治

在建筑物上部或中部有一定部分具有较高软硬层土壤中的软土层中或部分土层中间部分的较硬土层中由于尚未打成土桩，桩机或设备受的相对静振动及冲击应力影响就可能较大，对中间部分及已开始打桩的设施桩的振动危害与影响及其作用机理主要可突出的表现出为相对的振动的破坏。采用隔震桩的跳打工艺，若被发现时已被打断成一个新结桩而原结的桩虽硬实而其强度却也就不一定够高，在中间段补跳打成一个新的桩时，已被打裂成一个新结桩也是有时桩已被震裂。为真正彻底解决避免导致了上述严重开裂变形现象问题的反复频繁问题出现，需要我们严格考虑根据施工地块及不同阶段的具体土质，在一个具体结构施工设计方案体系中必须精心考虑选择到一个最为合适的结构施工的成结起桩顺序，并须同时注意根据地块具体结构土层情况而适当合理选用好各种最为适宜现场应用的结构进行施工中的主要工艺技术材料和机具设备。

4.3 桩体强度与受力方向不具备稳定及均匀性方面的技术问题应予防治

在实际安装或施工管理的操作过程管理中既一定要尽力做到能将拔管后下沉的速度尽量的控制在1.2m/min～1.5m/min，且也必须尽力保持下降的速度要比较快均匀平稳而又一致，还要做到尽量地很好的地合理的控制好留振管的时间。

5 地基检测及验收要求

CFG桩的桩身混凝土质量应符合国家标准《混凝土质量控制标准》GB50164-2011的规定；施工质量应按《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014、《建筑地基基础工程施工质量验收标准GB50202-2018》等规范执行。各省市也有各自的检测细则和实施办法，在广州地区现按《广州市住房和城乡建设委员会关于规范建筑工程地基基础检测工作的通知》执行。

须由具备资质的专业检测单位出具检测方案，经由设计、监理、业主审核签名盖章认可后，报当地建设质量监督机构备案后方可实施。

对于CFG桩的检测方案内一般分为承载力（单桩承载力和复活地基承载力）检测和桩身质量（完整性）的检测。检测的桩数按相关规范要求，检测具体桩位由设计单位、施工单位、监理单位及质检部门等根据现场具体情况共同商议确定。CFG桩承载力检测要求混凝土龄期达到28天后视场地情况进行检测，而小应变应在桩头切除磨平后进行[6]。

对于褥垫层，广州地区的质量监督单位一般要求对褥垫层进行动力触探试验，或静力触探和标准贯入试验，检测其承载力是否满足设计的要求。另外，对于施工材料的检测，主要是填料即混凝土的检测，按规范要求留置试件：在施工中，每台班均须制作检查试件，即每台桩机每8小时应留3组试件，进行28d强度检验，其强度须达到设计要求。

6 结语

目前的CFG桩（素混凝土桩）地基处理作为一种加固软土及不良地质的地基处理手段应用得可以说是越来越广泛，除了建筑工程外，更多的应用于市政道路、桥梁、铁路等方面，由于其施工速度、效率也越来越高，在质量控制难度也随之加大，故此在施工中必须严格把关，现场施工人员须落实旁站，遇到问题可立即处理，并根据各专业的规范规程做好相应的记录，确保CFG桩（素混凝土桩）复合地基的处理效果。