淺談CFG樁在工程施工中的應用

鄭永新

（山西冶金巖土工程勘察總公司，山西太原030002）

淺談CFG樁在工程施工中的應用

鄭永新*

（山西冶金巖土工程勘察總公司，山西太原030002）

CFG樁復合地基處理是由樁間土及其上的褥墊層一起形成復合地基共同承擔荷載的處理方法。結合施工實踐，總結CFG樁地基處理的施工工藝，質量控制手段。并介紹了該工程的地基處理效果，以及施工中應注意的問題及相應控制措施。

CFG樁；管內泵壓；剪切液化；造價低廉；施工文明；地基處理技術

1 概述

CFG樁是20世紀90年代開發并逐漸在工程中應用起來的一種地基處理技術，它是由水泥、粉煤灰、碎石或砂加水拌制而成的高粘結強度樁。CFG樁結合樁間土及其上的褥墊層一起形成復合地基共同承擔荷載的處理方法。CFG樁適合于對地基處理加固后，承載力提高幅度較小的工程，一般可提高30%～50%。可施工樁徑在400～800mm之間，樁長一般在15～25m，有時甚至達到30m以上。CFG樁由于樁徑較小、成樁速度快、造價在同類樁基處理中相對較小、無污染、施工文明等特點在工程施工中被廣泛應用。

2 CFG樁施工方法的選擇

地質市場上CFG樁復合地基施工方法不一，主要以長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁為主。樁機和型號的選用，要視工程的具體情況而定。根據場地的地質、水文條件選用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁工藝。該工藝適用于粘性土、粉土、砂土、粒徑不大于60mm，厚度不大于5m的卵石層（卵石含量不大于30%），以及對噪聲和泥漿污染要求高的場地。施工設備采用長螺旋鉆機、混凝土泵和電子計量拌合站以及混凝土運輸車等。施工前按設計要求由試驗室進行配合比試配，施工時嚴格按施工配合比配制混合料。在施工準備階段，必須詳細了解地質情況，從而合理地選用施工機械。這是確保CFG樁復合地基質量的有效途徑。

3 工程實例

3.1 工程概況

擬建工程為新疆五家渠現代石油化工有限公司30×104t/a催化脫蠟/潤滑油生產聯合裝置項目，其中配套罐區、中心控制室、中心化驗室采用CFG樁復合地基處理。共設計?400mmCFG樁12584根，有效樁長13.5m，樁入土深度15.5m，砼強度等級為C20。

主要由第四紀全新統（Q4）沖、洪積細顆粒沉積物組成。地層情況如下：

①層粉質粘土（Qal+pl4），棕褐色,一般可塑狀態,干強度、韌性較高,土質較均勻,屬中壓縮性土；有光澤反應，可見白色鈣質條紋，表層為耕植土，局部漸變為粘土，層底接觸水位部分土質較軟，一般為軟可塑狀態。表面可見白色結晶。

②層粉土（Qal+pl4），褐黃色—灰褐黃色,很濕,稍密—中密,結構性差,干強度、韌性低—中等,粘粒含量較高,有粘滯感,局部漸變為粉質粘土，搖震反應中等—迅速，夾粉質粘土薄層；屬中壓縮性土。

③層粉土（Qal+pl4）,褐黃色—青灰色,濕,稍密—中密，干強度、韌性低—中等,屬粘粒不均,搖震反應中等—迅速,夾粉質粘土薄層；中壓縮性土。

④層粉土（Qal+pl4），褐黃色—青灰色,濕,中密—密實,干強度、韌性低—中等,粘粒含量不均,搖震反應中等,層頂板位置夾粉質粘土薄層約0.2～0.4m,一般呈可塑—軟塑狀態,搖震反應迅速；屬中壓縮性土。

⑤層粉土（Qal+pl4），灰黃色—褐灰色，濕，一般密實，干強度、韌性低—中等，粘粒含量不均，土質不均勻局部混粉砂。

因地基持力層③層粉土強度不能滿足上部荷載要求,為提高承載力設計采用CFG樁復合地基。按梅花型布樁,樁間距為1.2m，共設計?400mmCFG樁1284根，有效樁長13.5m，樁入土深度15.5m，砼強度等級為C25。

3.2 施工組織

進場以后組織場地的平整，查明施工場地的地下管線、電纜及其它影響工程施工的地下設施。以方便施工為主、采用先進機械、減少人工作業強度的原則選擇施工設備。

3.3 長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝

根據設計要求及地層情況，該工程采用長螺旋鉆機成孔，管內泵壓送混凝土的成樁工藝，詳見圖1。

圖1 施工工藝流程框圖

3.3.1 鉆機定位

樁機就位必須鋪墊平穩，立柱垂直穩定牢固，鉆頭對準樁位。檢查鉆頭活門是否閉合后，進行鉆機定位,成孔鉆機就位后必須平整穩固，在施工中不發生傾斜、移動，同時調整鉆機水平。鉆桿垂直度允許偏差不大于1%，鉆頭尖應對準樁中心，其水平位置允許偏差±20mm，將高程引到可靠且便于施工和檢查的位置處，將鉆機垂直偏差，鉆尖位置偏差和高程填寫到《長螺旋鉆孔泵壓灌注砼樁施工記錄表》。

3.3.2 鉆進

（1）開孔前必須檢查鉆頭上的出料活門是否閉合，校核樁位孔口標高及樁孔編號，準確無誤后，方可開鉆。

（2）將鉆頭靠鉆桿自重壓入土中后，鉆進到1～2m后打開護套，如遇特殊地層（如含有磚頭、瓦塊、石頭的雜填土），護套直到穿過該地層方可打開。

（3）鉆進過程中，平臺應保持平衡，未達到設計標高不得反轉或提升鉆桿，如因特殊情況要提升鉆桿或反轉，應將鉆桿提至表面，對鉆頭活門重新沖洗、疏通、閉合。

（4）開始鉆進或穿過軟硬互層交界處時，應保證鉆桿垂直，緩慢進入；在含有磚頭、瓦塊的雜填土層或含水量較大的軟塑粘性土層中鉆進時，應盡量減少鉆桿晃動，以免擴大孔徑。

（5）鉆進時，應注意觀察電流值變化狀態，當電流值接近140A時應及時提升排土，直至電流值變化在正常工作狀態。

（6）鉆進過程中,操作人員要密切注意鉆進情況,如遇卡鉆、鉆桿劇烈抖動、鉆機偏斜等異常情況,應立即停鉆,查明原因,采取相應措施后方可繼續作業。

（7）鉆進至設計標高后方可停鉆。

3.3.3 壓灌成樁工藝

接通動力頭上部高壓膠管→邊壓灌邊逐步提拔鉆桿→繼續壓灌，逐漸提拔鉆桿，直至設計樁頂標高以上→停止壓灌，將鉆桿全部提出至鉆頭離開地面，停止動力頭上升，移動鉆機至下一個樁位，并防止泥土掉入樁孔內。

混凝土輸送泵管布置宜減少彎道，混凝土輸送泵與鉆機的距離不宜超過60m。

（1）當鉆致設計標高后，壓灌之前幾分鐘，應先開動混凝土輸送泵，提前將拌合好的混凝土充滿整個輸送管道。

（2）壓灌與鉆桿提升配合好壞，將嚴重影響著樁的質量，當鉆進至設計標高后，停止鉆進，開始泵送混凝土，同時開始拔管，嚴禁先提管后泵料。成樁的提升速度控制在2～3m/min。

（3）提升壓灌的過程中，如發現支腿下沉，立即停止提升，并調節鉆機水平，方可繼續壓灌

（4）機手提升鉆桿時要時刻保證管內充滿混凝土,保持一定的壓力，鉆具內無混凝土嚴禁提升。

（5）壓灌應連續進行,泵送混凝土時，漏斗內混凝土的高度不得低于400mm,混凝土容量要高出進料口50mm以上,以防吸進空氣.當泵斗混凝土低于進料口時應停止泵送并及時通過口哨通知鉆機停止提升鉆桿,待混凝土恢復供應后再進行壓灌、提鉆。控制最后一次灌入量，混凝土面要高出樁頂0.5m。

（6）移動鉆機至下一個樁位。

3.3.4 排土清運

鉆出的泥土要用鏟車隨鉆隨清，以保持有足夠的工作場地。

3.3.5 試塊制作與養護

樁基施工應按要求由取樣員取樣做混凝土試塊，制作時混凝土分2層裝入，每層厚度大致相當，用端部磨圓的?16mm的鋼筋沿螺旋方向從邊部向中心移動，垂直搗實。插搗約25次，表面用抹刀抹光，靜置在20℃±5℃，濕度不小于90%的環境中，試塊應用濕布復蓋。48h拆模，拆模后標明樁號、日期后，應放入現場專用養護池進行養護。

3.4 鉆進成孔時應注意事項

（1）鉆機就位時必須平正、穩固，鉆塔應垂直，以免造成樁孔的偏斜，鉆進時應時刻注意鉆機的自動調控裝置，以保正鉆孔質量。

（2）經常檢查螺旋鉆具的磨損和連接部位，及時補焊，以保證鉆具直徑。

（3）經常檢查主卷揚鋼絲繩，特別要檢查繩端部位，發現鋼絲繩磨損超過說明書要求時要立即更換。

（4）由于鉆機桅桿和鉆桿重量較大，在鉆機行走時，如果操作人員不熟悉場地情況，遇到回填的孔口或傾斜的坡道時注意發生安全事故。

3.5 施工中存在的問題及解決措施

本工程前期在施工場地外部進行10根試樁的施工，按梅花形布樁，完成后經開挖、發現存在以下情況。第2根樁存在樁頭變形，成扁圓形的不規則形狀。并且部分樁樁頂偏低，其中有2根樁保護樁頭高度不夠50cm。

分析原因：場地內的地下水位較高，第二層粉土較為松散，在松散飽和粉土的場地，采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料成樁工藝，成孔時螺旋葉片對周邊土產生擾動和剪切作用，當剪切作用累計到一定程度后，土體發生液化，導致剛打完處于流動狀態樁的樁周土喪失對樁的側向約束能力，樁體側向溢出、樁頂下沉，產生竄孔。即飽和土體在鉆桿的螺旋葉片轉動過程中發生液化效應，鉆進過程中樁體周邊形成大片液化區域，旁邊剛灌注成樁的混凝土在自重壓力下向鉆孔內流淌，致使上一個剛灌注完成樁孔內的砼面下降，在此孔鉆到孔底后灌注混凝土過程中由于泵送壓力較高，當砼面上升到一高度時液態的砼又在高泵壓下流回原孔內。在一般情況下，完成一根樁所需時間為10～20min，完成2號樁后，在3號樁鉆進成孔過程中，2號樁混合料尚未凝固而流向3號樁鉆孔中，所以發現已完的2號樁混凝土突然下落，當3號樁泵入混合料時，泵送壓力加大，鉆桿提升速度放慢，也可在幾秒內，不提升鉆桿，迫使3號樁的混合料又流向2號樁恢復到原設計標高。竄孔后由于混凝土重新流向原來的2號樁孔，孔壁土體發生變形，造成樁頭變成不規則形狀。

解決措施：

（1）更換原來泵送混合料時對孔壁沖擊大的側開門鉆頭為底開門的跌落式鉆頭，同時也減少鉆頭堵鉆，重復鉆進時對土體引起的剪切液化，避免竄孔事件的發生。

（2）采取隔樁、隔排跳打方法，減少短時間施工的樁間距較小，引起大片區域液化對成樁質量的影響。采用隔樁、隔排跳打方法，樁距較大的施工方案,避免打樁對土體的剪切擾動。

（3）減少在竄孔區域的打樁推進排數,減少對已打樁擾動能量的積累。

3.6 通過對試樁缺陷的分析

在工程樁施工中針對原因采取了一系列控制鉆進速度、更換鉆頭類型、隔排、隔樁的解決措施。工程樁開挖后，再沒有出現樁頭扁圓形的、保護樁頭不滿足設計要求的現象。樁基完成后經河北雙誠檢測公司對樁基的承載力及樁身完整性檢測。承載力特征值達到設計要求不低于250kPa；低應變檢測全部合格。

4 結論

CFG樁復合地基在地基處理中具有較大的優勢，樁體所用材料價格低，施工方便，節省投資，是一種較為理想的地基處理技術。同時該工藝與振動沉管樁相比是一種噪音低、無污染的環保型施工工藝。在具備施工條件的工程推廣CFG樁施工應用有十分重要的意義。

[1]JGJ79-2002建筑地基處理技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社.

[2]閆明禮,張東剛.CFG樁復合地基技術及工程實踐[M].中國水利水電出版社，2000.

[3]徐至鈞.水泥粉煤灰碎石樁復合地基[M].機械工業出版社.

TU473

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1004-5716（2015）03-0025-03

2014-08-11

鄭永新（1973-），男（漢族），山西神池人，工程師，現從事地基與基礎工程施工技術工作。