CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用

張小蔥，姜曉艷

（江蘇省南通三建集團(tuán)有限公司北京分公司，北京 100195）

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

北京市地鐵大興線3#住宅樓等9項(xiàng)工程位于北京市大興區(qū)康莊路南側(cè)，棗園路北側(cè)，興華大街西側(cè)。擬建建筑物為6棟住宅樓、燃?xì)庹{(diào)壓站、開閉所、車庫配電室、送風(fēng)機(jī)房、垃圾站和地下車庫。住宅樓為地上36層，總高度為104.20m，為剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)及柱下獨(dú)立基礎(chǔ)；燃?xì)庹{(diào)壓站、車庫配電室、送風(fēng)機(jī)房和垃圾站為地上1層、開閉所為地上2層。除燃?xì)庹{(diào)壓站和開閉所以外均有地下車庫為2層，基礎(chǔ)深度約12.00m。總建筑面積214 894.21m2，其中地下建筑面積61 750.94m2，地上建筑面積153 143.27m2，框架/剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 工程地質(zhì)情況

擬建場地地面比較平坦，地面高程39.88m～43.53m。地貌位置屬永定河沖洪積扇的上部，主要是永定河的沖積、洪積物。在鉆探所達(dá)50m深度范圍內(nèi)，場地地層由人工填土層、第四紀(jì)沖洪積層組成。

1.3 水文地質(zhì)情況

本場地勘探深度范圍內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水，地下水主要含水層為⑥層細(xì)砂和⑦層卵石，均屬強(qiáng)透水性土層。地下水主要受大氣降水及側(cè)向徑流補(bǔ)給。根據(jù)勘察報(bào)告，整個(gè)建筑場地潛水靜止水位埋深為30.00m～31.00m之間，即標(biāo)高12.00m～11.00m之間。根據(jù)調(diào)查資料地下水位年變幅為2.00m～3.00m。擬建場區(qū)近3～5年最高水位標(biāo)高：據(jù)北京市有關(guān)地下水觀測資料表明，潛水靜止水位標(biāo)高在16.00m上下，水位埋深約為26.00m。

2 方案選擇

由工程地質(zhì)剖面圖可知主要地基持力層為細(xì)砂層④，其承載力特征值為250k Pa，結(jié)構(gòu)要求基底壓力630～710k Pa，天然地基的承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。

綜合以上工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，并考慮設(shè)計(jì)要求，選擇CFG樁復(fù)合地基處理方案（圖1），采用長螺旋鉆機(jī)成孔，壓灌混凝土的工藝，槽底預(yù)留土50cm。在清除樁間土剔除樁頭后鋪30cm厚中粗砂或石屑褥墊層并夯實(shí)，要求褥墊層夯填度≤0.9。

CFG樁施工結(jié)束28天后，應(yīng)進(jìn)行復(fù)合地基靜載試驗(yàn)。樁身抽取不少于10%的樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力，檢測樁身的完整性。

圖1 CFG樁剖面示意圖

3 承載力計(jì)算

3.1 單樁承載力計(jì)算

選樁徑400mm，樁端持力層3#樓選擇卵石層⑤，其余樓座選擇卵石層⑦，包括保護(hù)樁長0.5m。單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk可按下式計(jì)算

式中 Rk——單樁承載力特征值（k N）；

qsi——第i層土側(cè)摩阻力極限值(k Pa)；

qp—— 樁端極限阻力極限值（k Pa）；

Ap—— 單 樁 截 面 積 ,Ap=3.14×0.202

=0.1256m2；

Up——樁周長,Up=0.40×3.14=1.256m；

hi——第i層土層厚(m)；

k——安全系數(shù)，k取2.0。

經(jīng)以上計(jì)算分析，3#樓Rk取790k N，設(shè)計(jì)樁長6.8m，4#樓Rk取1280k N，設(shè)計(jì)樁長14.4m，5#樓Rk取1130k N，設(shè)計(jì)樁長13.0m，6#樓Rk取1280k N，設(shè)計(jì)樁長16.1m，7#樓Rk取1200k N，設(shè)計(jì)樁長15.5m，8#樓Rk取1200k N，設(shè)計(jì)樁長13.7m。

3.2 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值確定

復(fù)合地基承載力特征值3#、5#樓fspk為710k Pa，4#、6# 樓 fspk為 630k Pa，7#、8#樓 fspk為 680k Pa。

3.3 置換率計(jì)算

由規(guī)范公式

取β＝0.90，faK=250k Pa，則可算出，3#樓置換率m＝0.0800，4#樓置換率m＝0.0406，5#樓置換率m＝0.0553，6#樓置換率m＝0.0406，7#樓置換率m＝0.0488，8#樓置換率m＝0.0488。

3.4 布樁方式確定

由m＝d2／de2，采用正方形布樁，則de＝1.13s，則3#樓樁間距s分別為1.25m×1.25m，4#樓樁間距s分別為1.75m×1.75m，5#樓樁間距s分別為1.50m×1.50m，6#樓樁間距s分別為1.75m×1.75m，7#樓樁間距s分別為1.60m×1.60m，8#樓樁間距s分別為1.60m×1.60m。

3.5 樁體強(qiáng)度設(shè)計(jì)

3.6 最終沉降量計(jì)算

按規(guī)范公式進(jìn)行分層計(jì)算，采用公式

經(jīng)計(jì)算，最終沉降量均滿足規(guī)范要求。

4 施工準(zhǔn)備

4.1 主要設(shè)備機(jī)具準(zhǔn)備

表1 主要施工機(jī)具一覽表

4.2 技術(shù)準(zhǔn)備

施工前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作如圖2所示。

5 施工工藝

圖2 施工前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作圖

采用長螺旋鉆機(jī)成孔、管中心壓灌超流態(tài)混凝土施工工藝。施工嚴(yán)格遵循《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》及有關(guān)國家其他規(guī)定。施工工藝流程如圖3所示。

5.1 工藝要點(diǎn)

5.1.1 樁位放點(diǎn)

按照地基處理圖設(shè)計(jì)的樁位、間距、數(shù)量，從已定好的2個(gè)軸線控制點(diǎn)引放定出每一個(gè)樁的樁位點(diǎn)，并撒白灰作好標(biāo)識；經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)線合格后進(jìn)行下道工序。樁位放線偏差群樁20mm；單排樁10mm（圖4）。

5.1.2 混凝土攪拌

根據(jù)設(shè)計(jì)好的配合比，保證混凝土的實(shí)測坍落度為160～200mm。

5.1.3 鉆機(jī)就位及成孔

1）將長螺旋鉆就位，調(diào)整鉆機(jī)水平并固定，專人檢查將鉆頭錐尖對準(zhǔn)樁位中心點(diǎn)；長螺旋鉆機(jī)就位后，司鉆人員根據(jù)鉆機(jī)架上的鉛錘調(diào)節(jié)鉆機(jī)垂直度，確保垂直度偏差≤1%。

2）全部調(diào)整到位后，開始鉆孔（圖5），在鉆機(jī)架上預(yù)先做好深度標(biāo)記，利用深度標(biāo)記進(jìn)行成孔深度控制，并由電流表的數(shù)值判斷是否進(jìn)入碎石層。在施工過程中，采用雙控標(biāo)準(zhǔn)控制孔深，既滿足有效樁長又保證樁端進(jìn)入碎石層≥500mm。

圖3 施工工藝流程圖

圖4 CFG樁位平面布置圖

圖5 鉆孔圖

3）在大面積施工前，首先進(jìn)行試樁工作，共試驗(yàn)3根樁，由此取得成樁的必需參數(shù)（提升速度、混凝土灌注速度、灌注量等），確定出成樁的順序?yàn)椋簩ΨQ、間隔、鄰排斜向挑打，嚴(yán)禁從一端開始按順序逐個(gè)施工。

4）拔管、壓灌混凝土成樁：長螺旋鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度且等鉆桿中孔灌滿混凝土后，開始提升鉆桿、壓灌混凝土（圖6）。

圖6 拔管、壓灌混凝土成樁圖

5）一邊泵送C20混凝土，一邊拔管。設(shè)專人指揮協(xié)調(diào)鉆機(jī)操作手和混凝土泵操作手保證泵送混凝土和提升鉆桿的默契配合，以確保成樁質(zhì)量。在正常情況下，鉆機(jī)的提升速度≤1.0～1.5m/m in，在含水砂層段內(nèi)，適當(dāng)放慢提鉆速度，以防流沙造成塌孔、斷樁現(xiàn)象。

6）提鉆的速率與混合料的泵送速率相協(xié)調(diào)，保證鉆桿孔內(nèi)混凝土表面高度始終略高于鉆桿底出料口，直至壓灌到場地地面為止（圖7）。

圖7 壓灌到地面修平后圖

5.1.4 混凝土輸送量控制

樁頂與施工作業(yè)面平齊，樁頂浮漿厚度≤200mm。確保設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高內(nèi)無浮漿。

5.1.5 檢 測

CFG樁施工完，樁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，由檢測單位進(jìn)行選樁、檢測。

1）靜載荷檢測 由資質(zhì)齊全的檢測單位現(xiàn)場任意選取1%且不少于3根樁做靜載試驗(yàn)。

2）樁身完整性動(dòng)測（低應(yīng)變） 由專業(yè)檢測單位現(xiàn)場任意選取樁的10%做樁身完整性檢測。

5.2 混凝土的輸送

1）混凝土地泵的安放位置應(yīng)與鉆機(jī)的施工順序相配合，盡量減少彎道，混凝土泵與鉆機(jī)的距離一般在60m以內(nèi)為宜。

2）混凝土泵送盡可能連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)鉆機(jī)移位時(shí)，地泵料斗內(nèi)的混凝土應(yīng)連續(xù)攪拌，泵送混凝土（圖8）時(shí)，應(yīng)保持料斗內(nèi)混凝土的高度，不得低于40cm，以防吸進(jìn)空氣造成堵管。

圖8 混凝土泵送圖

3）混凝土的泵送管盡可能保持水平，長距離泵送時(shí)，泵管下面應(yīng)用墊木墊實(shí)。當(dāng)泵管向下傾斜時(shí)，應(yīng)避免角度大于4°，以免造成泵送混凝土堵管。

5.3 清樁間土、鑿樁頭

1）采用挖掘機(jī)清運(yùn)棄土，挖掘機(jī)進(jìn)入處理范圍內(nèi)禁止在打樁工作面行走，行走時(shí)還必須用打樁棄土在打樁工作面再鋪墊層，其墊層面到樁頂不得小于1m。挖掘機(jī)工作時(shí)需嚴(yán)格控制標(biāo)高，防止挖斷工程樁和擾動(dòng)打樁工作面以下的保護(hù)土層。不可對設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以下的樁體產(chǎn)生損害，不可擾動(dòng)樁間土，不可破壞工作面的未施工的樁位。

2）根據(jù)水準(zhǔn)儀找出樁頂標(biāo)高位置，在同一水平面3個(gè)方向用電鋸進(jìn)行切割，然后用大錘進(jìn)行擊打。

5.4 砂石褥墊層施工

1）四方驗(yàn)槽合格后，鋪設(shè)300厚砂石褥墊層（圖9、圖10），砂石配合比以試驗(yàn)室配合比為準(zhǔn)。

圖9 砂石褥墊層施工

2）褥墊層鋪設(shè)范圍為：底板墊層外邊緣外擴(kuò)300mm。

3）先虛鋪配好的砂石料約320mm，用平板振搗器振實(shí)2～3遍，振實(shí)后厚度為300mm。

6 施工關(guān)鍵技術(shù)措施

6.1 樁位放樣

根據(jù)樁位圖及甲方提供的軸線基準(zhǔn)點(diǎn)放樁位，檢查無誤并預(yù)檢合格后用鋼釬打深30～50cm孔并注入白灰粉插入筷子標(biāo)記保護(hù)樁點(diǎn)；如施工場地較軟，插入50～80cm鋼筋以保護(hù)樁點(diǎn)不偏移。

6.2 材料管理

每臺鉆機(jī)每天（不超過100m3）留一組28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊和一組同條件試塊，要求有見證取樣100%。

6.3 成 孔

鉆機(jī)就位后，下鉆桿，看鉆桿中心是否對準(zhǔn)孔中心，如正好，則用“雙錘法”找平鉆機(jī)；如地面較軟，就用枕木墊鉆機(jī)，確保鉆機(jī)在鉆孔過程中不出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象，垂直度偏差不大于1.0%。

6.4 壓灌成樁

成樁要求嚴(yán)格控制樁徑、垂直度、樁長、拔管速度，控制保護(hù)樁長。

泵送砼：泵送砼之前，應(yīng)檢查地泵的各個(gè)儀表，以確保地泵正常工作；第一根樁或停鉆時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)泵送水泥砂漿濕潤泵管，以防堵管。

提鉆與泵送的配合：每次鉆進(jìn)至標(biāo)高后，司鉆應(yīng)先將鉆具提升約20～30cm，以利于活門打開。同時(shí)通知泵工開泵，現(xiàn)場設(shè)專職信號員負(fù)責(zé)司鉆與泵工之間的聯(lián)系。

應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相匹配，每分鐘提鉆不大于5m，確保鉆頭埋在混凝土面以下50cm左右，以防斷樁。遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料。

泵送過程中如達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，如砼面已超出地下水位，再采取從孔口補(bǔ)灌的方法；如砼面低于地下水位，在補(bǔ)灌時(shí)泵送管應(yīng)插入砼面下50cm確保不斷。

做好施工記錄，成樁后再按施工記錄進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，防止漏樁。

6.5 清 土

由小挖掘機(jī)挖土預(yù)留5～10cm，再由人工挖除，以防擾動(dòng)槽底。剔樁頭前清土至設(shè)計(jì)標(biāo)高，用小翻斗車或裝載機(jī)將土清運(yùn)至坡道邊指定地點(diǎn)。

6.6 剔鑿樁頭及鋪設(shè)褥墊層

CFG樁為素混凝土樁，故在處理樁頭時(shí)全部由人工采用圓盤鋸和鋼釬鑿除，避免出現(xiàn)不必要的斷樁，剔樁頭及鋪設(shè)褥墊層嚴(yán)格按技術(shù)交底進(jìn)行，待試樁和驗(yàn)槽合格后，中粗砂或級配砂石褥墊層采用人工鋪設(shè)，鋪設(shè)完畢后用平板振搗器震動(dòng)密實(shí)，墊層夯填度≤0.90。

6.7 堵 管

在CFG樁施工過程中，常發(fā)生堵管現(xiàn)象，這樣不僅浪費(fèi)材料，而且增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度，耽擱工期。原因主要是混凝土發(fā)生泌水離析。處理措施是嚴(yán)格控制水灰比，攪拌時(shí)間及CFG混合料在輸送泵和輸送管中的停留時(shí)間，此外還有如下幾點(diǎn)。

1)石粒徑大，水泥結(jié)塊。處理措施是嚴(yán)格進(jìn)料控制。并在混凝土輸送泵上加蓋鐵籬，并控制鐵籬孔徑。

2)彎管處選用了小直徑異徑接頭。應(yīng)避免大小頭接口，并及時(shí)清除異徑接頭處殘余物。

3)地下水影響。施工不當(dāng)時(shí)，易產(chǎn)生地下水涌入，砂石回灌形成“石橋”而堵管。應(yīng)先送料到管口，然后提鉆打開料口，下料。

4) 溫度影響。由于輸送管直徑較小，當(dāng)溫度較高或較低時(shí)，混凝土易結(jié)塊而堵管，并影響樁體質(zhì)量。應(yīng)用保溫材料把輸送管包好，尤其是鉆桿上部彎管。

6.8 水葫蘆缺陷樁

CFG樁在施工中易產(chǎn)生一些缺陷。如樁體的某個(gè)部位偏向四周的區(qū)域沒有骨料，而是充滿了水和粉煤灰，隨時(shí)間的推移，粉煤灰沉積于空樁下部，形成“水葫蘆缺陷樁”，處理措施是與混凝土供應(yīng)單位協(xié)調(diào)溝通以保障混凝土的和易性，并控制提鉆速度不大于5m/m in。

7 成品保護(hù)措施

1）CFG樁施工時(shí)，應(yīng)調(diào)整好打樁順序，以免樁機(jī)械碾壓已施工完成的樁頭。

2）CFG樁施工完畢后，待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度后（一般為3～7d），方可進(jìn)行開挖，采用小型機(jī)械和人工聯(lián)合開挖，派專人指揮，保證鏟斗離樁邊應(yīng)有一定的安全距離，同時(shí)避免擾動(dòng)樁間土和對設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以下的樁體產(chǎn)生損害。

3）挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)剔除多余的樁頭，剔除樁頭時(shí)應(yīng)采取如下措施：找出樁頂標(biāo)高位置，在同一水平面用切割機(jī)沿樁體切縫，縫深4～5cm，再按同一角度對稱放置2個(gè)或4個(gè)鋼釬，用大錘同時(shí)擊打，將樁頭截?cái)啵瑯额^截?cái)嗪螅儆娩撯F、手錘等工具沿樁周向樁心逐漸剔除多余的樁頭，直至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，并在樁頂找平；不可用重錘或重物橫向擊打樁體；樁頭剔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁頂表面應(yīng)鑿至平整；樁頭剔至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下時(shí)，必須采取補(bǔ)救措施。如斷裂面距樁頂標(biāo)高不深，可接樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)保護(hù)好樁間土不受擾動(dòng)。

4）保護(hù)土層和樁頭清除至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)盡快進(jìn)行褥墊層的施工，以防樁間土被擾動(dòng)。

8 結(jié) 語

通過本工程實(shí)例可以看出，高層建筑采用長螺旋鉆機(jī)成孔壓灌混凝土（CFG樁）復(fù)合地基施工技術(shù)時(shí)，一方面要根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，對存在濕性陷黃土地基、軟塑、流塑狀態(tài)的地基土不宜采用CFG樁，另一方面在承載力滿足上部荷載的同時(shí)，還要考慮地基變形是否滿足要求，即通過樁長來控制變形量。

CFG樁復(fù)合地基承載力主要由樁來承擔(dān)，但要使應(yīng)力在樁與樁之間合理分配。因此設(shè)計(jì)時(shí)樁身混凝土強(qiáng)度等級不宜太高，一般不要超過C20，樁頂和基礎(chǔ)之間的褥墊層應(yīng)根據(jù)樁徑和樁間距大小確定。施工時(shí)必須要保證成樁質(zhì)量，且在清除樁間土?xí)r，盡量避免機(jī)械對樁身的碰撞，防止人為造成斷樁。

本工程采用CFG樁可以使復(fù)合地基承載力得到大幅度的提高，地基變形得以降低和控制。褥墊層對提高復(fù)合地基承載力具有重要意義，所以必須合理選擇褥墊層的材質(zhì)和厚度，CFG樁具有承載力高，穩(wěn)定性快，變形小，施工易保證等優(yōu)點(diǎn)，況且工程造價(jià)為一般樁基的50%左右，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。 O

[1] JGJ-79 2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB50202-2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]．

[3] 葉書靈．地基處理實(shí)例應(yīng)用手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[4] 史佩東．實(shí)用樁基手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[5] 閆明禮，張東剛．CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京：中國水利水電出版社，2001.