長螺旋鉆孔泵壓灌注工藝在CFG樁復合地基施工中的應用

宋紅民，王思瑞，馬志強 （中電建路橋集團西北基礎設施建設有限公司，陜西 西安 710000）

1 引言

近年來，地基處理技術隨著建筑行業的迅猛發展逐漸走向多樣化，其中CFG樁復合地基在軟弱地基處理中應用尤為廣泛。CFG樁復合地基是指由CFG樁體、褥墊層和樁間土體三者組成的復合地基結構，而CFG樁體是由水泥、粉煤灰、石屑和小塊碎石等攪拌形成的高粘結性樁，樁內不設置鋼筋籠。采用長螺旋鉆孔泵壓灌注工藝施工CFG樁復合地基，不僅能夠提高樁、土荷載分擔能力，且保證工程質量。

本文根據工程實例，介紹了長螺旋鉆孔泵壓灌注工藝在CFG樁復合地基施工中的應用，重點探討分析了施工過程中的各項關鍵技術，同時對可能出現的質量問題進行論述，為類似地區的CFG樁復合地基施工中提供借鑒。

2 工程概況

2.1 工程背景

本項目位于西安市西咸新區灃東新城內，為擬建高層住宅小區，總建筑面積約42.2萬平方米。本工程采用CFG樁復合地基作為地基處理方案，CFG樁施工使用長螺旋鉆孔泵壓灌注施工工藝。

2.2 地質狀況

根據地質勘探，場地土體主要由人工雜填土、素填土、黃土狀土、粉質黏土、細砂、中砂及其透鏡體等組成。擬建場地屬于濕陷性黃土地區，且地基均勻性較差，場地天然地基下的地基持力層為黃土狀土，承載力不足。根據擬建場地的特殊工程地質條件，采用CFG樁復合地基聯合長螺旋鉆孔泵壓灌注施工方案進行地基處理以提高地基承載力。部分土層厚度及埋深如表1所示。

土層劃分

3 CFG樁復合地基施工方案優選

CFG樁是與共同工作的樁間土和褥墊層形成的復合結構，三者互相協調工作，并非獨立結構，與傳統樁基礎的施工有所不同，一般有多種施工方案。

3.1 長螺旋鉆干成孔灌注成樁

該成樁方案適用于地下水位以上的黏性土、砂石地基及人工填土地基，該方案在提鉆過程中出現塌孔的可能性較小。

3.2 長螺旋鉆孔管內泵壓混合料灌注成樁

該方案對于地下水位沒有嚴格的要求，適用于黏性土、粉土和砂土等粒徑規格不大的地基，同時該方案施工時的擠土效應不明顯，對城市內施工的適應性較強。

3.3 振動沉管灌注成樁

該方案施工簡單且施工速度較快，生產效率高，但僅適用于軟土地基，如粘性土、粉土等，且樁徑設計不宜過大，樁體的承載力較小。

3.4 泥漿護壁鉆孔灌注樁

適用于粉土、砂土、碎石土及風化巖層分布的地基，施工工藝成熟，且樁的承載能力較高，但樁體質量難以控制，且會產生大量的泥漿垃圾，不方便在城市內施工。

綜合考慮本工程處于濕陷性黃土地基的工程條件，且項目位于西咸新區內，對施工現場的環保有一定要求，確定CFG樁復合地基的施工采用長螺旋鉆孔泵壓灌注工藝的施工方案。

4 CFG樁復合地基施工工藝

CFG樁復合地基的施工工藝與傳統單樁工藝不同，包括樁間土的處理、褥墊層的鋪設與壓實等特殊工藝。

4.1 施工準備

在施工前，對基礎范圍內的地層表面進行清理，包括已有的建筑垃圾與表層植被等。依據設計的CFG樁的樁頂標高，挖設現場的排水溝，同時應考慮復合地基中褥墊層的過濾作用，保證雨季施工時不會出現積水情況。

與此同時，根據長螺旋鉆機的現場活動要求，對場地進行碾壓平整。

圖1 施工前場地清理

4.2 樁位測量放線

根據設計要求，CFG樁呈三角形和正方形布置，樁間距為1.3m，樁徑為0.4m。施工前對樁位中心點進行定位，用石灰白線在場地內畫出網格并定位中心點，再根據設計的樁位進行二次樁位復合，用木筷插入土體的方式確定。

樁位確定后，根據打樁順序和樁位，計算最優移機打樁路線，以提高施工效率。

4.3 樁基施工

采用該施工工藝，應重點控制樁基施工時鉆機的垂直度，確保成孔垂直。在鉆進過程中，應合理把握鉆機的鉆進速度，當出現異常狀況時，停機檢查原因。

鉆進完畢后灌注混合料，過程中重點關注成樁的拔管速度，保證樁身的混凝土充盈程度，避免發生斷樁、縮頸等異常現象。

4.4 清理樁間土

工程樁施工完畢后，待樁身強度達到設計要求后，一般用液壓履帶式挖掘機配合人工進行樁間土的清理，清理至樁頂設計標高。過程中注意對成樁的保護，避免碰樁造成斷樁。

4.5 鑿除樁頭

根據設計要求，對每根樁的設計樁頂標高進行標定。由于本工程的樁間距較小且樁的布置方式不唯一，鑿除樁頭采用人工截樁，并將鑿除的樁頭運出施工場地。

本工程的CFG樁數量較大，全部鑿除完畢對地面進行二次清理，以免對樁基檢測造成影響。

4.6 承載力檢測

CFG樁成樁7天后，選取有代表性的樁進行單樁豎向抗壓承載力試驗，28天后選取另外的樣本樁進行復合地基抗壓承載力試驗。

4.7 褥墊層鋪設

樁身檢測合格后，根據設計參數在基礎上鋪設200mm厚的級配砂石褥墊層，進行復合地基承載力檢測，級配砂石級配為4（碎石）:3（圓礫石）:3（中粗砂），最大粒徑不超過30mm，壓實系數不小于0.97，夯填度不大于0.9。

圖2 樁基垂直度控制

5 長螺旋鉆機施工質量控制措施

5.1 成孔質量

在鉆機鉆進過程中，將鉆頭的中心點與白灰點對準，并與鉆機上部的豎桿保持垂直校正。鉆機正側面各有85mm長指示箭頭，正側兩指示箭頭都應對準下方標尺的中心，保證其垂直度偏差不超過1%。同時每根樁在施工前均應用鋼尺檢查螺旋鉆具的直徑，確保樁徑偏差值＜20mm。鉆進時的速度一般先慢后快，以減少鉆桿搖晃，方便糾偏，鉆至孔底清孔10s。施工時，由于樁孔較深，大量排土可能會影響鄰近樁位孔，或鉆機的支撐腳會使鄰樁孔發生輕微偏移，需對樁位進行多次復合保證位置準確。

5.2 提鉆及混凝土灌注質量

本工程泵送灌注的混合料為C35商品混凝土，根據設計要求其坍落度要求為180～220mm，充盈系數＞1，泵送壓力參考值≥4MPa。

當素混凝土樁成孔到設計標高后，停止鉆入并開始泵送素混凝土，當鉆桿芯全部充滿素混凝土后方能拔出導管，為避免出現塌孔現象嚴禁在泵料前提管。已成樁的提鉆速度一般應控制在1.2～1.5m/min范圍內，保證提升過程中鉆桿內的混凝土高度始終為4～5m，避免塌孔、夾渣等現象的出現。CFG樁的成樁施工過程宜連續進行，并使素混凝土的供應速度略高于灌注速度，避免因供料慢而導致停機待料，影響生產效率。

泵送灌注過程中，對素混凝土的坍落度應隨時進行抽檢，當坍落度值有損失時不得使用。為方便后續樁頭鑿除并保證樁頂質量，混凝土澆筑時應超出樁頂標高0.5m以上。

6 工程難點分析及施工預防措施

6.1 堵管

堵管是長螺旋鉆孔泵壓灌注混合料成樁過程中最容易出現的工程問題，堵管后將嚴重影響施工效率，且會造成材料、人工等方面的資源浪費。出現堵管現象，主要是由以下幾方面的原因造成。

6.1.1 混凝土配合比不當

混凝土中的粉煤灰用量是CFG樁體質量的關鍵，當粉煤灰用量不足時，拌合物的和易性較差，易在泵管中堵塞，應嚴格按配合比控制素混凝土中粉煤灰的摻入量。

6.1.2 設備故障

長螺旋鉆孔泵壓灌注工程樁施工中，需保證鉆頭的密封性。若密封不嚴，當鉆頭超過地下水位且處于細砂層時，承壓水隨空隙進入芯管，與細砂形成砂塞，在泵送混凝土時造成堵管。

6.1.3 施工操作不當

施工過程中，應合理處理提鉆和灌注素混凝土之間的協調關系，當芯管及輸送管均充滿素混凝土后及時提鉆，使素混凝土在壓力下泵壓灌注成樁，同時還能保證樁身的充盈程度。

6.2 竄孔

當鉆頭在粉細砂層鉆進時，相鄰樁位的樁頂隨新樁鉆進和混凝土泵送的施工而發生沉降和回升，該現象即為竄孔。為預防竄孔現象的發生，應采取以下措施：

①竄孔現象主要影響鄰樁的工程質量，應合理考慮樁的布置方式和樁間距，減少對已打樁的擾動作用；

②避免依次打樁，采用跳打法；

③當發生竄孔現象時，應立刻停止提鉆，連續泵送素混凝土直到發生竄孔樁素混凝土液面上升到原位。

6.3 樁頭空芯

當長螺旋鉆機的排氣閥異常工作時，鉆桿內氣體無法順利排出，導致樁體空氣留置形成空芯，施工中應經常檢查排氣閥是否通暢并及時清洗。

7 結束語

綜上所述，CFG樁復合地基具有承載力高、施工簡單、工況適應性強等特點。本文依托于西安市西咸新區某高層住宅小區項目，根據工程地質情況對施工方案進行比較優選，論述CFG樁復合地基和長螺旋鉆孔泵壓灌注施工的工藝重點和質量控制要點，證明長螺旋鉆孔泵壓灌注工藝在CFG樁復合地基施工中的適用性。