浅析高层建筑CFG 桩复合地基施工技术

魏小丽

（山西五建集团有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

高层建筑物施工离不开稳定的地基，以有效承受高层建筑物产生的巨大荷载力。科学有效的地基处理施工技术，不仅要符合施工区域的土质条件，还要具有安全性高、成本费用较低的特征。CFG 桩复合地基具有改善承载力效果好、地基变形小、应用范围广泛、成本低等诸多优势，能够应用于软弱地基加固处理施工建设，因此在各类建筑工程中应用十分广泛，具有较高的推广价值。

1 CFG 桩复合地基施工概述

CFG 桩是按照一定的比例，将水泥、粉煤灰、碎石等原料混合在一起，利用成桩机械设备制作的成桩体。与常规的灌注桩相比，CFG 桩的成本更低，具有天然地基的作用，无须配筋，且桩体制作掺和料可采用石屑、工业废料、粉煤灰等，因此在各类工程地基处理中应用十分广泛。CFG 桩设计科学的原料配比，合理调整水泥掺量，桩强度介于柔性桩与刚性桩之间，桩间土与CFG桩通过褥垫层形成CFG 桩复合地基，碎石垫层的主要作用是均匀分配上部荷载，保证桩间土与CFG 桩共同作用，减少基底面应力集中，减少水平荷载对建筑稳定性的影响。CFG 桩具有挤密作用，改善周边土侧应力，从而改善桩的受力性能，二者形成一个互相作用的受力整体，共同承担上部荷载，保证基础的均匀性、稳定性，并减少地基的沉降变形。

2 高层建筑工程CFG 桩复合地基施工技术要点

2.1 施工准备

为保证CFG 桩复合地基施工作业得以顺利开展，不会在中途出现质量通病或是预料之外的状况。施工单位必须提前做好前期准备工作，准备内容包括场地平整、材料检验、样板先行和测量放样4 道步骤。

（1）在场地平整步骤，为满足钻机行走要求、确保成桩质量不受影响，施工人员需要清理现场地表分布的腐殖土等垃圾杂物，对场地进行平整硬化处理，要求地表土层承载力超过80kPa，把地面高差控制在0.2m以内。

（2）在材料检验步骤，入场环节对水泥、粉煤灰、石子等原材料的规格尺寸、外观质量进行检查，核查出厂合格证明与质检报告等配套文件，从中随机抽取少量材料进行复检。同时，如果采购成品混凝土材料，则对混凝土坍落度进行检测，把坍落度控制在160～200mm，退回劣质材料。

（3）在样板先行步骤，在工程现场挑选一处代表性场地，按照既定施工方案开展CFG 桩施工作业，同步观察施工过程，后续检查成桩质量与地基总体承载性能，根据所发现问题来修改方案内容，确定混凝土坍落度、桩身长度、桩径值等工艺参数的最佳值。

（4）在测量放样步骤，测量人员参照施工图纸，携带全站仪、经纬仪等仪器设备，闭合观测并标记各处桩位中心点和轴线点位，在桩位处撒布白灰或是打入标志桩，要求把测量误差控制在5cm 以内，后续定期对测量放样成果进行复核。

2.2 钻进成孔

在钻进成孔环节，提前把钻机运输就位，在钻机底部放置垫块或是平整硬化地面，保持钻机平稳状态，避免后续出现钻机晃动失稳、倾覆情况。待钻机就位后，在正面与侧面放置垂球，对钻机水平位置与垂直度进行测量调整，要求钻机中心点和桩孔中心点保持重合状态，把钻机垂直度偏差控制在1%以内。随后，启动钻机，正式开展钻进作业，初期降低钻进速度，避免钻杆过度摇晃和出现桩孔偏斜问题，随时间推移，逐步增加钻进速度，待钻头抵达设计标高后，即可停止钻进，缓慢上提钻杆钻头，等待后续提钻完毕后，把钻机转运至下处桩位，重复上述操作，完成全部CFG 桩的钻进成孔作业。同时，在钻孔期间需要持续测量调整钻杆垂直度，成孔完毕后清理孔底沉渣，把沉渣层厚度控制在5cm 以内，沉渣量超标则会出现桩身夹泥问题[1]。

2.3 混凝土灌注

在混凝土灌注环节，重点掌握配料制作、钻杆内壁润滑、混合料泵送、提钻4 道步骤的技术要点。

（1）在配料制作步骤，优质原材料来制备混凝土，如干燥水泥、新鲜岩质碎石、纯净中粗砂等，使用电子秤对原材料进行计量称重，把用量误差控制在1%以内，操纵配料机把原材料倒入搅拌机内，持续搅拌90s以上。搅拌完毕后，检查混凝土外观状态和坍落度，禁止使用离析、散白、坍落度不达标的混凝土，并在规定时间内完成混凝土灌注作业，避免混凝土提前初凝。

（2）在钻杆内壁润滑步骤，施工人员提前在泵管和钻杆内壁中注水，也可选择注入1:1 水泥砂浆，避免混凝土与内壁粘连而出现堵管情况。

（3）在混合料泵送步骤，提前在泵管和钻杆内部注满混凝土，待钻头钻进到设计标高位置后，控制钻头空转30s，如果在空转期间无异常问题，控制钻头提钻0.3m，下达控制信号，向桩孔内部灌注混凝土，搭配开展混凝土灌注与拔管作业，严格控制混凝土浇筑速度与灌注量，始终把钻头位置控制在混凝土内部，并把钻杆内部混凝土高度保持在1.5m 以上。

（4）在提钻步骤，采取静止提拔方式，根据样板先行情况来确定最佳拔管速度，正常情况下把拔管速度控制在2.0～2.5m/min 即可，匀速拔管提钻，禁止施工人员随意更改拔管速率。同时，如果中途出现混凝土不足等突发状况，则需要立即停止提钻拔管，避免出现提空断桩问题[2]。

2.4 桩头处理

在桩头处理环节，施工人员合理选择处理时机，待成桩完毕3～5d、混凝土桩身固结成型后，率先清理桩间土和保护土层，可使用小型挖掘机配合开展清土作业，严格控制土层开挖深度与开挖位置，再通过人工方式来清除桩身周边残留土体。随后，等待成桩龄期到达28d、桩身强度基本或是完全达到标准强度后，再行开展凿桩作业，正常情况下采取人工截桩手段，测量确定桩顶标高位置，完全清除标高部位周边土体，在标高上方50mm 位置平行设置多根钢钎，把钢钎敲入桩身，同时向全部钢钎施加作用力，进而截断桩头，保持桩头断面平直状态，禁止出现大面积掉角情况。最后，对于标高上方保留的桩头，要求施工人员使用手锤、细钎等工具，把桩头外侧作为起始点，向桩心部位延伸剔凿多余桩头，直至桩头顶部标高达到设计标高后，把表面剔凿至平整状态，禁止使用大锤重物横向打击桩头。同时，如果桩头出现过度剔凿情况，则需要采取接桩头做法，把剩余桩头修复至设计标高。

2.5 桩顶褥垫层施工

在桩顶褥垫层施工环节，要求施工人员清理桩顶部位残留浮浆，露出新鲜混凝土面，对桩身质量开展检测。确定成桩质量达标后，准备碎石、石粉等原材料加水拌和成填料，现场测量标记褥垫层中线和边线，摊铺填料层，把摊铺厚度控制在0.3m 左右，操纵压路机重复开展多遍碾压作业。随后，在底层碎石垫层上方施作中粗砂垫层与土工格栅，单层砂垫层厚度控制在3cm左右，垫层表面铺设土工格栅并进行搭接处理，重复上述操作，完成剩余砂垫层和土工格栅施工作业。最后，对CFG 桩褥垫层质量进行全面检测，检测内容包括垫层厚度、孔隙率、动态变形模量、压实度等，如果施工质量不达标，则进行返工处理。以桩顶褥垫层压实度为例，要求压实度不低于0.92。

3 高层建筑工程CFG 桩复合地基施工控制策略

3.1 桩身质量检测

在CFG 桩施工期间，受到工艺操作、现场地质条件、材料性能等多方面因素影响，实际成桩质量和预期情况会产生一定程度出入，如果直接把复合地基投入使用，后续有可能出现地基沉降、上部建筑物变形开裂等安全问题。因此，在桩身龄期达到28d 后，施工单位需要对桩身质量进行检测，随机抽取一批具有代表性的桩身，具体可采取低应变动力试验、单桩竖向抗压静载试验、钻芯检测等方法。

（1）低应变动力试验，提前在桩顶部位安装激振装置，启动装置向桩身发射应力波，应力波到达桩身底面后出现反射现象，接收反射波，根据传播时间、波形特征与频谱变化情况，判断桩身结构完整性是否达标，标记断桩、夹泥等缺陷部位的具体位置。

（2）单桩竖向抗压静载试验，在工程现场设置锚桩横梁反力装置、地锚反力装置等配套设备和搭设压重平台，持续向桩身施加荷载，根据桩身沉降量来判断承载性能是否达标。

（3）钻芯检测，施工人员使用钻机，在桩身上钻设多组芯样，对芯样规格尺寸进行加工处理后，用于检测混凝土强度、桩身完整性、桩底沉渣厚度是否达标。在钻芯完毕后，要求施工人员立即对钻芯位置进行修补处理，避免因此改变CFG 桩总体性能和破坏结构状态[3]。

3.2 成桩保护

在CFG 桩施工完毕后，后续所开展地基填筑等工序环节会对施工成品造成影响，有可能出现桩身大面积断裂、损伤情况。对此，施工单位必须采取成桩保护措施，待CFG 桩固结成型后，静置一段时间等待桩身强度提升，养护期间禁止在CFG 桩施工区域内堆放物资材料、停放机械设备，最终在桩身顶部设置桩帽与褥垫层。如果中途出现桩身破损情况，则需要对破损部位进行修补处理，必要情况下重新施作CFG 桩。同时，在冬季施工背景下，考虑到现场气温较低，有可能出现桩间土冻胀现象，进而造成桩体拉断、地基承载力降低后果，施工人员需要在桩头部位与桩间土部位上覆盖草帘、草袋、棉帘等保温材料。

3.3 确定桩身施打顺序

目前来看，在CFG 桩复合地基施工期间，主要采取逐一施打、间隔跳打两种顺序，两类施打顺序的适用情况有所不同，施工单位应结合工程实际情况来选择适宜的桩身施打顺序。

（1）逐一施打顺序是按照特定方向或是桩身编号来延伸完成各根CFG 桩的施打作业，有着连续性好的优势，但对桩身间距和现场地基性质有着严格要求。如果工程现场分布饱和松散粉土等软弱地基，相邻桩身间距值过小，或是在桩身尚未初凝情况下盲目开展施打作业，都有可能出现桩身挤扁、缩颈等质量问题。而在工程现场搭配采取长螺旋钻孔与管内泵压灌注混凝土工艺时，成桩期间会出现上翻土现象，推荐采取逐一施打顺序，在采取隔桩跳打顺序时会延长工期时间，增加二次放线等操作步骤。

（2）间隔跳打顺序是在上根CFG 桩施打完毕后，隔开单根或是多根桩身，继续完成剩余桩身施打作业，或是采取隔排隔桩跳打方式。此项方法适用于设计桩距较小的高层建筑工程，在打桩期间基本不会出现窜孔、缩颈问题，但在现场地基土质较硬时，如果存在断桩问题，打桩期间有可能会震断下部桩身和上部补桩结构。同时，在采取满堂布桩方式时，把复合地基中心部位作为打桩起始点，向外侧延伸施打桩身，避免出现桩间土向外侧向变形、土体隆起问题[4]。

3.4 确定保护桩头留设高度

为保证CFG 桩的上部混凝土灌注质量，施工人员额外浇筑一部分混凝土，适当增加混凝土灌注高度，多余部分作为保护桩头，后续对桩头部位进行处理即可。根据现行《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）规定，要求把CFG 桩桩顶标高与设计标高的差值控制在0.5m 及以上，桩头具体留设高度根据工程现场情况而定，正常情况下把留设高度保持在0.75m 左右。例如，在现场基底土层为黏性土、且桩顶设计标高与开挖基底标高间距值小于1.5m 时，需要把桩头留设高度控制在0.5～0.7m。而在现场基底土层为粉土层或是砂土层时，则需要把桩头留设高度控制在0.7～1.0m。

3.5 工艺问题防治处理

在CFG 桩复合地基施工期间，偶尔出现缩径、断桩工艺问题，对成桩质量和复合地基整体性能造成明显影响。因此，施工人员需要深入了解各类常见工艺问题的形成原因，编制专项防治处理方案。

（1）对于缩径问题，形成原因包括钻孔提钻操作扰动周边地基土、孔隙水压力短时间无法消散、提钻速率超标，从而在土层界面、桩身底部等部位出现缩径现象。施工人员搭配采取调节提钻速率、周边设置临时排水设施、抽采地下水等防治措施。如果后续出现缩径情况，则需要开展桩身复打作业，在缩径部位下放钻杆钻头，重新钻进成孔。

（2）对于断桩问题，形成原因包括混凝土灌注中断、拔管与混凝土灌注配合效果不佳、上部桩身遭受外力碰撞，应采取连续完成混凝土浇灌作业、确定最佳拔管速率与混凝土浇筑速率、桩身成品保护作为防治措施。如果现场出现断桩问题，施工人员需要拔除上部断裂桩身，保留下部断桩，清理桩头表面灰尘污渍和保持桩头平整状态。随后，在桩头表面均匀摊铺水泥砂浆，把砂浆层作为结合处理剂，灌注全新混凝土，待混凝土固结成型后，把断裂桩身恢复为完整桩身结构[5]。

4 结语

综上所述，为取得理想地基施工成果，从根源上预防地基沉降等质量安全问题出现。在高层建筑工程建设期间，施工单位理应提高对CFG 桩复合地基施工技术的重视程度，掌握全部技术操作要点，严格把控钻进成孔、混凝土灌注等重要工序的现场作业质量，积极落实桩身质量检测、成桩保护、确定桩身施打顺序、确定保护桩头留设高度、工艺问题防治处理五项应用策略，确保技术功能效用得到最大程度发挥。