淺談CFG樁復合地基在閘站工程中的應用

摘要：本文以汕頭市東部城市經濟帶河口治理及綜合開發項目新溪片區水利工程西閘基礎處理工程為例，主要介紹CFG樁復合地基施工工藝、檢測方法及成果分析，同時針對施工過程中常出現的問題分析原因并提出解決措施，進一步加強施工質量控制。

關鍵詞：CFG樁；復合地基；低應變 ；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強度樁，其與樁間土、褥墊層一起構成復合地基，具有適應性強、承載能力好，施工周期短、工程造價低等特點。汕頭市東部城市經濟帶河口治理及綜合開發項目新溪片區水利工程西閘站工程正是采用了該種地基處理技術。

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，裝機容量4000KW（4臺×1000KW），設計抽水流量84m3/s；水閘等別為Ⅲ等中型，凈寬為4孔×9m=36m，設計排水流量255m3/s。

2.1土質情況

西閘站位于新溪片區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，土層主要結構由上至下：②層：淺黃色粉細砂，松散，局部夾1.7m厚淤泥質，約10～12m；③、④層：灰黑色淤泥及淤泥質粘土，細滑，粘性強，常夾薄層粉細砂，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，土質較均一，粘性強，斷續夾薄層粉細砂，可塑，約1～9米；⑧層：黃色含礫粗砂，密實狀。

2.2、施工技術指標

樁徑為500mm，砼抗壓強度為fcu≥15Mpa，呈正方形布置，施工間距及樁長根據不同工程部位的設計復合地基承載力特征值要求，由典型試驗施工確定。

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。

3、施工工藝

1、室內配合比試驗

為了經濟合理地確定各原材料的摻入比等技術參數，滿足混合料塌落度16～20cm，標準抗壓強度fcu≥15Mpa的要求，施工前首先需進行室內配比試驗。本工程共進行3組不同配合比的設計，具體試配成果如下：

三組配合比成果均滿足設計要求，但考慮到試驗室試配、養護與攪拌站實際生產、現場正式施工等條件的差異，為確保工程質量，選取第Ⅲ組有較大強度富余量的試驗配合比作為實際使用配合比。

2、CFG樁成樁試驗

CFG樁正式施工前，首先需對原地基進行地質復勘，根據復勘結果，在具體代表性的位置進行工藝性試驗，并詳細記錄整個試驗過程的各項施工參數，為下一步正式施工及設計參數調整提供依據。

本工程地質復勘孔位沿西水閘、西排澇站軸線布置，共鉆孔20個，復勘結果與原設計地質資料基本吻合。土層結構主要為上部分部中等透水的粉細砂層，厚度約10m，中部為相對不透水的粘性土，厚度24m～26m，下部分部強透水中粗砂層，厚度大于10m。設計單位根據復勘結果和不同結構承載力要求，結合現場場地開挖情況，確定在具有代表性位置的1區泵房、11區水閘閘室以及5區泵站箱涵進行3組成樁試驗，每組4根。復勘孔位及試驗樁位置如下圖。

試驗樁成樁28天后，分別對每組試驗樁進行低應變檢測，根據檢測結果選取其中樁身質量較差的一根樁進行復合地基承載力試驗，以驗證是否滿足設計復合地基承載力特征值。本工程三組試驗樁經檢測，均能滿足設計要求，由此確定了施工樁基特性表。

3、CFG樁復合地基施工工藝

本工程CFG樁采用長螺旋鉆桿管內泵壓混凝土的施工工藝，施工設備主要包括長螺旋鉆機、混凝土泵、混凝土攪拌罐車。復合地基具體施工流程圖如下：

（1）施工準備：施工前，先清理平整場地，若場地太軟，還需進行換填處理。場地成型后，根據樁位布置圖，進行樁位的精確放樣，樁中心用短鋼筋定位，并撒石灰標記。

（2）樁機就位：鉆機就位后，利用鉆機塔身的前后左右垂直標桿檢查塔身，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心。

（3）鉆進成孔：鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面，啟動馬達鉆進。先慢后快，這樣既能減少鉆桿晃動，又容易檢查鉆孔的偏差，及時糾正。在成孔過程中如發現鉆桿晃動幅度較大或難鉆時，應放慢進尺，否則較易導致樁孔嚴重偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞或扭斷。根據塔身上刻度標記控制鉆進深度，當鉆頭達到設計樁底標高時，停止鉆進。

（4）灌注及拔管：泵送混凝土，當鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管，嚴禁先提管后泵料。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計樁頂標高50cm以上留作保護樁頭。提鉆過程中，提鉆高度應與砼泵送量相適應，以確保混合料均勻連續灌注。

（5）移機：當上一根樁施工完畢后，鉆機移位，進行下一根樁的施工。施工時由于CFG樁排出的土較多，經常將臨近的樁位覆蓋，有時還會出現鉆機支撐時支撐腳壓在樁位旁使未施工的樁位發生移動。因此，下一根樁施工時，還應根據軸線或周圍樁的位置再次復核樁位。

（6）清除棄土：CFG樁施工過程中，應根據打設順序及時清理轉運排出的棄土，保證CFG樁連續施工，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開挖，樁身四周土必須采用人工清理，以免機械操作過程中觸碰樁頭或樁間土擠壓造成CFG樁淺部出現質量缺陷。

（8）破除保護樁頭：水準儀精確測量出分區四角位置CFG樁的設計樁頂標高，橫縱拉線，用紅油漆在每根樁設計樁頂標高位置做好標記。樁頭先用圓盤鋸片沿標記位置四周向內切割，再用風鎬將樁頭鑿除，割縫應盡可能深，以確保樁頭的平整度及防止崩角。

（9）鋪設褥墊層：樁基檢測合格且基底通過驗收后，開始鋪設褥墊層。褥墊層材料粗砂、碎石應混合均勻，嚴格按虛鋪厚度鋪設，并利用蛙式打夯機或平板振動器振動密實，確保夯填度滿足要求。

4、CFG樁復合地基檢測

對CFG樁復合地基的檢測在CFG樁施工完成28天后進行，檢測內容包括低應變對樁身完整性的檢測和單樁復合地基載荷試驗對復合地基承載力的檢測。

4.1 低應變檢測

檢測方法：在樁頂安置檢波器，用錘敲擊樁頂產生的彈性波由樁頂向下傳播，當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，然后根據波形、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，評價完整性等級。

成果分析：據樁身混凝土的均勻性，是否存在缺陷以及缺陷的嚴重程度，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，需要進行處理，以下列舉4類樁的一般波形特性圖。

（1）根據波形曲線可知，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，需進行補樁。

（4）根據波形曲線可知，樁體出現周期性反射波，未見樁底反射，樁身嚴重不完整，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，需進行補樁。

4.2 單樁復合地基承載力試驗

檢測方法：采用等荷載增量逐級維持荷載法。最大加載按設計承載力的2倍控制，分8級施加，每級荷載施加后待沉降穩定，記錄穩定沉降值。卸載級數為加荷級數的一半，直至卸荷至0，同樣記錄穩定沉降值。

成果分析：以西閘站2區箱涵16#CFG樁單樁復合地基靜載試驗為例，根據整個加卸荷載過程各級荷載值與對應累積沉降值繪制P～S、S～lgt曲線，如下圖。

根據曲線分析可知，P～S曲線關系圖總體表現為近似指數關系，無明顯的轉折點和臨界點，S～lgt曲線呈平緩規則排列，表明樁體在檢測范圍內垂直壓力作用下并未發生破壞。復合地基承載力特征值按規范要求取相對變形值S/b=0.01所對應的荷載，其中b（樁間距）=3000mm，求得s=30mm，根據P～S曲線對應承載力特征值為230kpa，大于設計承載力特征值210kpa，且最大沉降量小于設計要求150mm，滿足設計要求。

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，使已攪拌的混合料失水結硬，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、粉細砂層中施工經常出現打完1號樁后，接著打相鄰的2號樁時，隨著鉆桿的鉆進，發現尚未結硬的1號樁樁頂突然下沉，導致樁頂標高低于設計標高，甚至出現樁頭上部被土填充的不利情況。

（3）樁身缺陷：根據樁基檢測結果分析統計，CFG樁樁體主要質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，由于機械操作不當，觸碰或擠壓樁身，經常出現淺部樁身有裂隙甚至斷樁的情況。對此，一方面采用小型機械開挖表層土，人工開挖樁間土的方式，盡可能避免淺部缺陷出現，另一方面，當出現淺部缺陷時，必須進行接樁處理，使樁頂標高達到設計要求。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，再采用高一標號混凝土補至樁頂設計標高，補加部分直徑宜大于原樁直徑200mm。

五、結語

本文通過對汕頭項目西閘站CFG樁復合地基施工工藝、試驗檢測、常見施工問題及控制措施三個方面進行介紹總結，希望對本工程基礎施工過程管理有所幫助，同時也希望對后續同類基礎處理工程起到一定的示例作用。

參考文獻

[1] CFG樁復合地基技術及工程實踐（第二版）.中國水利水電出版社.

[2] 汕頭市東部城市經濟帶河口治理及綜合開發項目新溪片區水利工程西閘站工程施工組織設計.

[3] 西閘站CFG樁試驗檢測報告.