淺談CFG樁復(fù)合地基在閘站工程中的應(yīng)用

摘要：本文以汕頭市東部城市經(jīng)濟(jì)帶河口治理及綜合開發(fā)項(xiàng)目新溪片區(qū)水利工程西閘基礎(chǔ)處理工程為例，主要介紹CFG樁復(fù)合地基施工工藝、檢測(cè)方法及成果分析，同時(shí)針對(duì)施工過程中常出現(xiàn)的問題分析原因并提出解決措施，進(jìn)一步加強(qiáng)施工質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：CFG樁；復(fù)合地基；低應(yīng)變 ；靜載

1、引言

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，其與樁間土、褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基，具有適應(yīng)性強(qiáng)、承載能力好，施工周期短、工程造價(jià)低等特點(diǎn)。汕頭市東部城市經(jīng)濟(jì)帶河口治理及綜合開發(fā)項(xiàng)目新溪片區(qū)水利工程西閘站工程正是采用了該種地基處理技術(shù)。

2、工程概況

西閘站工程分為西水閘及西排澇站兩部分，其中排澇泵站等別為Ⅱ等大（2）型，裝機(jī)容量4000KW（4臺(tái)×1000KW），設(shè)計(jì)抽水流量84m3/s；水閘等別為Ⅲ等中型，凈寬為4孔×9m=36m，設(shè)計(jì)排水流量255m3/s。

2.1土質(zhì)情況

西閘站位于新溪片區(qū)西堤與海岸連接處的岸邊沖擊沙灘上，地形平坦，地面高程0.6m～2.7m，土層主要結(jié)構(gòu)由上至下：②層：淺黃色粉細(xì)砂，松散，局部夾1.7m厚淤泥質(zhì)，約10～12m；③、④層：灰黑色淤泥及淤泥質(zhì)粘土，細(xì)滑，粘性強(qiáng)，常夾薄層粉細(xì)砂，軟塑，屬高壓縮性土，約20～26米；⑤層：土黃色中粗砂，上部含泥較多，稍-中密。厚度變化大，呈透鏡狀分布，約1～9米；⑥層：灰黃色粘土，土質(zhì)較均一，粘性強(qiáng)，斷續(xù)夾薄層粉細(xì)砂，可塑，約1～9米；⑧層：黃色含礫粗砂，密實(shí)狀。

2.2、施工技術(shù)指標(biāo)

樁徑為500mm，砼抗壓強(qiáng)度為fcu≥15Mpa，呈正方形布置，施工間距及樁長(zhǎng)根據(jù)不同工程部位的設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值要求，由典型試驗(yàn)施工確定。

褥墊層采用300mm厚，體積比1：1的碎石粗砂墊層。褥墊層夯填度控制在0.87～0.9范圍內(nèi)。

3、施工工藝

1、室內(nèi)配合比試驗(yàn)

為了經(jīng)濟(jì)合理地確定各原材料的摻入比等技術(shù)參數(shù)，滿足混合料塌落度16～20cm，標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度fcu≥15Mpa的要求，施工前首先需進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)。本工程共進(jìn)行3組不同配合比的設(shè)計(jì)，具體試配成果如下：

三組配合比成果均滿足設(shè)計(jì)要求，但考慮到試驗(yàn)室試配、養(yǎng)護(hù)與攪拌站實(shí)際生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)正式施工等條件的差異，為確保工程質(zhì)量，選取第Ⅲ組有較大強(qiáng)度富余量的試驗(yàn)配合比作為實(shí)際使用配合比。

2、CFG樁成樁試驗(yàn)

CFG樁正式施工前，首先需對(duì)原地基進(jìn)行地質(zhì)復(fù)勘，根據(jù)復(fù)勘結(jié)果，在具體代表性的位置進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，并詳細(xì)記錄整個(gè)試驗(yàn)過程的各項(xiàng)施工參數(shù)，為下一步正式施工及設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

本工程地質(zhì)復(fù)勘孔位沿西水閘、西排澇站軸線布置，共鉆孔20個(gè)，復(fù)勘結(jié)果與原設(shè)計(jì)地質(zhì)資料基本吻合。土層結(jié)構(gòu)主要為上部分部中等透水的粉細(xì)砂層，厚度約10m，中部為相對(duì)不透水的粘性土，厚度24m～26m，下部分部強(qiáng)透水中粗砂層，厚度大于10m。設(shè)計(jì)單位根據(jù)復(fù)勘結(jié)果和不同結(jié)構(gòu)承載力要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地開挖情況，確定在具有代表性位置的1區(qū)泵房、11區(qū)水閘閘室以及5區(qū)泵站箱涵進(jìn)行3組成樁試驗(yàn)，每組4根。復(fù)勘孔位及試驗(yàn)樁位置如下圖。

試驗(yàn)樁成樁28天后，分別對(duì)每組試驗(yàn)樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果選取其中樁身質(zhì)量較差的一根樁進(jìn)行復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，以驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值。本工程三組試驗(yàn)樁經(jīng)檢測(cè)，均能滿足設(shè)計(jì)要求，由此確定了施工樁基特性表。

3、CFG樁復(fù)合地基施工工藝

本工程CFG樁采用長(zhǎng)螺旋鉆桿管內(nèi)泵壓混凝土的施工工藝，施工設(shè)備主要包括長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、混凝土泵、混凝土攪拌罐車。復(fù)合地基具體施工流程圖如下：

（1）施工準(zhǔn)備：施工前，先清理平整場(chǎng)地，若場(chǎng)地太軟，還需進(jìn)行換填處理。場(chǎng)地成型后，根據(jù)樁位布置圖，進(jìn)行樁位的精確放樣，樁中心用短鋼筋定位，并撒石灰標(biāo)記。

（2）樁機(jī)就位：鉆機(jī)就位后，利用鉆機(jī)塔身的前后左右垂直標(biāo)桿檢查塔身，校正位置，使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心。

（3）鉆進(jìn)成孔：鉆孔開始時(shí)，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面，啟動(dòng)馬達(dá)鉆進(jìn)。先慢后快，這樣既能減少鉆桿晃動(dòng)，又容易檢查鉆孔的偏差，及時(shí)糾正。在成孔過程中如發(fā)現(xiàn)鉆桿晃動(dòng)幅度較大或難鉆時(shí)，應(yīng)放慢進(jìn)尺，否則較易導(dǎo)致樁孔嚴(yán)重偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞或扭斷。根據(jù)塔身上刻度標(biāo)記控制鉆進(jìn)深度，當(dāng)鉆頭達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高時(shí)，停止鉆進(jìn)。

（4）灌注及拔管：泵送混凝土，當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管，嚴(yán)禁先提管后泵料。拔管速度先慢后快，宜控制在1.8～2.5m/min，邊提鉆邊灌混凝土至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高50cm以上留作保護(hù)樁頭。提鉆過程中，提鉆高度應(yīng)與砼泵送量相適應(yīng)，以確保混合料均勻連續(xù)灌注。

（5）移機(jī)：當(dāng)上一根樁施工完畢后，鉆機(jī)移位，進(jìn)行下一根樁的施工。施工時(shí)由于CFG樁排出的土較多，經(jīng)常將臨近的樁位覆蓋，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)鉆機(jī)支撐時(shí)支撐腳壓在樁位旁使未施工的樁位發(fā)生移動(dòng)。因此，下一根樁施工時(shí)，還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置再次復(fù)核樁位。

（6）清除棄土：CFG樁施工過程中，應(yīng)根據(jù)打設(shè)順序及時(shí)清理轉(zhuǎn)運(yùn)排出的棄土，保證CFG樁連續(xù)施工，加快施工效率。

（7）開挖樁間土：由于CFG樁自身抗剪能力較差，表層及樁間土可利用小型挖掘機(jī)開挖，樁身四周土必須采用人工清理，以免機(jī)械操作過程中觸碰樁頭或樁間土擠壓造成CFG樁淺部出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

（8）破除保護(hù)樁頭：水準(zhǔn)儀精確測(cè)量出分區(qū)四角位置CFG樁的設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，橫縱拉線，用紅油漆在每根樁設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高位置做好標(biāo)記。樁頭先用圓盤鋸片沿標(biāo)記位置四周向內(nèi)切割，再用風(fēng)鎬將樁頭鑿除，割縫應(yīng)盡可能深，以確保樁頭的平整度及防止崩角。

（9）鋪設(shè)褥墊層：樁基檢測(cè)合格且基底通過驗(yàn)收后，開始鋪設(shè)褥墊層。褥墊層材料粗砂、碎石應(yīng)混合均勻，嚴(yán)格按虛鋪厚度鋪設(shè)，并利用蛙式打夯機(jī)或平板振動(dòng)器振動(dòng)密實(shí)，確保夯填度滿足要求。

4、CFG樁復(fù)合地基檢測(cè)

對(duì)CFG樁復(fù)合地基的檢測(cè)在CFG樁施工完成28天后進(jìn)行，檢測(cè)內(nèi)容包括低應(yīng)變對(duì)樁身完整性的檢測(cè)和單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)對(duì)復(fù)合地基承載力的檢測(cè)。

4.1 低應(yīng)變檢測(cè)

檢測(cè)方法：在樁頂安置檢波器，用錘敲擊樁頂產(chǎn)生的彈性波由樁頂向下傳播，當(dāng)遇到不同的波阻抗界面（缺陷、樁底）后反射回樁頂，并由檢波器接收存儲(chǔ)，然后根據(jù)波形、波幅及其相位頻譜變化特征來綜合判定樁身的完整情況及缺陷位置，評(píng)價(jià)完整性等級(jí)。

成果分析：據(jù)樁身混凝土的均勻性，是否存在缺陷以及缺陷的嚴(yán)重程度，將樁身完整性劃分為Ⅰ～Ⅳ類，其中Ⅰ、Ⅱ類樁為合格樁，Ⅲ、Ⅳ樁為不合格樁，需要進(jìn)行處理，以下列舉4類樁的一般波形特性圖。

（1）根據(jù)波形曲線可知，樁體未見缺陷反射波，有樁底反射，樁身完整樁、均勻性良好，為I類樁。

（2）根據(jù)波形曲線可知，樁體在3m左右有輕微缺陷反射波，樁身基本完整，均勻性一般，為Ⅱ類樁。

（3）根據(jù)波形曲線可知，樁體在2.5m左右有明顯缺陷反射波，樁身不完整，均勻性較差，為Ⅲ類樁。此種情況若缺陷位置深度較淺，可采用破除缺陷以上樁頭后接樁的處理方式，否則，需進(jìn)行補(bǔ)樁。

（4）根據(jù)波形曲線可知，樁體出現(xiàn)周期性反射波，未見樁底反射，樁身嚴(yán)重不完整，為Ⅳ類樁。此種情況若缺陷位置深度較淺，可采用破除缺陷以上樁頭后接樁的處理方式，否則，需進(jìn)行補(bǔ)樁。

4.2 單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)

檢測(cè)方法：采用等荷載增量逐級(jí)維持荷載法。最大加載按設(shè)計(jì)承載力的2倍控制，分8級(jí)施加，每級(jí)荷載施加后待沉降穩(wěn)定，記錄穩(wěn)定沉降值。卸載級(jí)數(shù)為加荷級(jí)數(shù)的一半，直至卸荷至0，同樣記錄穩(wěn)定沉降值。

成果分析：以西閘站2區(qū)箱涵16#CFG樁單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)為例，根據(jù)整個(gè)加卸荷載過程各級(jí)荷載值與對(duì)應(yīng)累積沉降值繪制P～S、S～lgt曲線，如下圖。

根據(jù)曲線分析可知，P～S曲線關(guān)系圖總體表現(xiàn)為近似指數(shù)關(guān)系，無明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和臨界點(diǎn)，S～lgt曲線呈平緩規(guī)則排列，表明樁體在檢測(cè)范圍內(nèi)垂直壓力作用下并未發(fā)生破壞。復(fù)合地基承載力特征值按規(guī)范要求取相對(duì)變形值S/b=0.01所對(duì)應(yīng)的荷載，其中b（樁間距）=3000mm，求得s=30mm，根據(jù)P～S曲線對(duì)應(yīng)承載力特征值為230kpa，大于設(shè)計(jì)承載力特征值210kpa，且最大沉降量小于設(shè)計(jì)要求150mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

5、CFG樁施工中常見問題及控制措施

（1）堵管：堵管是施工中常見的問題，特別是排除不暢時(shí)，使已攪拌的混合料失水結(jié)硬，增加再次堵管的幾率，給施工帶來很多困難。

（2）樁身下沉：在飽和粉土、粉細(xì)砂層中施工經(jīng)常出現(xiàn)打完1號(hào)樁后，接著打相鄰的2號(hào)樁時(shí)，隨著鉆桿的鉆進(jìn)，發(fā)現(xiàn)尚未結(jié)硬的1號(hào)樁樁頂突然下沉，導(dǎo)致樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，甚至出現(xiàn)樁頭上部被土填充的不利情況。

（3）樁身缺陷：根據(jù)樁基檢測(cè)結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)，CFG樁樁體主要質(zhì)量缺陷包括樁身夾泥、樁頭存氣空心、樁端不飽滿等。

（4）斷樁及接樁：CFG樁自身抗剪能力較差，在樁間土開挖過程中，由于機(jī)械操作不當(dāng)，觸碰或擠壓樁身，經(jīng)常出現(xiàn)淺部樁身有裂隙甚至斷樁的情況。對(duì)此，一方面采用小型機(jī)械開挖表層土，人工開挖樁間土的方式，盡可能避免淺部缺陷出現(xiàn)，另一方面，當(dāng)出現(xiàn)淺部缺陷時(shí)，必須進(jìn)行接樁處理，使樁頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求。接樁處理程序：①人工開挖樁周土至樁身缺陷部位以下不小于200mm；②將異常樁頭鑿除，剩余樁頭面層鑿毛并清洗；③立模加固，先鋪一層水泥砂漿，再采用高一標(biāo)號(hào)混凝土補(bǔ)至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，補(bǔ)加部分直徑宜大于原樁直徑200mm。

五、結(jié)語

本文通過對(duì)汕頭項(xiàng)目西閘站CFG樁復(fù)合地基施工工藝、試驗(yàn)檢測(cè)、常見施工問題及控制措施三個(gè)方面進(jìn)行介紹總結(jié)，希望對(duì)本工程基礎(chǔ)施工過程管理有所幫助，同時(shí)也希望對(duì)后續(xù)同類基礎(chǔ)處理工程起到一定的示例作用。

參考文獻(xiàn)

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[2] 汕頭市東部城市經(jīng)濟(jì)帶河口治理及綜合開發(fā)項(xiàng)目新溪片區(qū)水利工程西閘站工程施工組織設(shè)計(jì).

[3] 西閘站CFG樁試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告.