CFG樁在處理高層建筑地基中的應用分析

張榮富

摘要：CFG樁復合地基是經濟、適用、高效的高層建筑地基處理技術。本文以閩西南山地城市高層建筑地基處理為案例，分析CFG樁的構成、加固原理、設計參數、施工工藝、常見質量問題及防治措施，具有一定的參考價值。

關鍵詞：CFG樁；復合地基；設計；施工；常見質量問題

中圖分類號：TU973.35文獻標識碼：A 文章編號：1674―3024（2016）07―191―03

引言

地基基礎是高層建筑結構設計與施工質量的關鍵。高層建筑承載力和施工技術難度的增加，給場地地基穩定性提出更高要求。當場地內天然土層承載力無法滿足設計要求時，必須采用經濟、高效的方式對原有地基進行加固處理。水泥粉煤灰碎石樁（CFG）通過水泥、粉煤灰、碎石、石屑、砂和水拌合，形成高強度樁，具有施工便捷、成本經濟、強度高效等特點，較適應閩西南地區土層結構，具有廣泛運用。

1 CFG樁地基處理技術及加固原理

CFG樁復合地基由CFG樁、樁間土、墊褥層三部分組成。CFG樁采用混凝土灌注成形，是地基主要承載力；樁間土為原始土層，能夠增強CFG樁間摩擦力；褥墊層是荷載與樁基的過渡部分，起到一定的緩沖的作用。CFG樁復合地基加固原理涉及三個方面：首先，樁體的承載作用。樁體長度根據土層分布及結構強度要求確定，承擔40%至80%的荷載。通過優化樁體混凝土配比，能夠有效改善樁體的結構強度，樁間土的側壓力能夠有效防治樁體在受壓后產生的體積形變，使樁體保持穩定性。其次，墊褥層的緩沖作用。傳統地基與荷載之間設置墊層，主要為素混凝土。CFG樁復合地基在樁體和荷載間設置墊褥層，褥墊層采用中砂、粗砂、級配砂石等材料，粒徑不大于200mm。由于樁體的彈性模量比樁間土的彈性模量大，當接受荷載壓力時，樁體出現上刺，使結構荷載與樁間土之間存在空隙，墊褥層中的碎石即將空隙填滿，使樁體、樁間土、褥墊層形成整體。第三，排水加速固結作用。CFG樁施工完成后，能夠降低土層中的含水量，增強土層的密實度。第四，荷載的振動擠密作用。由于施工機械的振動作用，能夠進一步增強土壤的密實性。

2工程概況

2.1 建筑設計

本項目位于閩西南丘陵山地，由5幢法式風格高層組成，層高15-22層，占地面積約56畝，總建筑面積9.7萬平方米，其中地上建筑面積8.4萬平方米，地下建筑面積1.3萬平方米，容積率2.6，建筑密度20%，綠地率40%。建筑為框架剪力墻結構。

2.2 地質與水文

工程所在地區的地質和水文數據是判斷是否選擇CFG樁地基處理技術的重要依據。經地質勘察揭示，本項目地質構造及特點為軟土砂質地層（表3-1）。經水文探測，場地存在潛水和滯水，穩定水位的埋深約5.3-15.2m，標高為28.83-39.28m。地下水對建筑鋼筋具有微弱腐蝕性。

3 CFG樁復合地基設計

3.1 設計方案比選

根據土層勘察數據，場地應進行加固處理，根據常見的加固處理方式利弊分析（表4-1）。考慮到場地表層土壤較軟，地基處理工程量較大，投資成本有限，本項目采用CFG地基處理法。

3.2 CGF樁復合地基設計

CFG樁基設計的主要任務是確定樁基參數。一、是樁長。樁基應持力在強度較高、壓縮性較低的土層中，本項目選擇5-含礫粉質粘土為持力層，樁長約8m。二、樁徑。樁徑大小決定了CFG樁復合地基的加固效果，樁徑較小則難以形成穩定的基礎，樁徑較大則可能浪費資源，難以與樁間土形成共同作用。根據經驗，CFG樁徑通常為300-600mm，本項目設計為400mm。三、是布樁形式及樁間距。布樁形式以方形為宜。根據經驗，樁間距通常為3-5倍樁徑，本項目樁間距設計為1.8m。此外，項目還計算了置換率、承載力、特征值等參數（表4-2）。

3.3 褥墊層設計

褥墊層是荷載與CFG樁的承載和傳導部分。褥墊層厚度應適宜，若褥墊層厚度偏小，當荷載向CFG樁傳遞時，褥墊層中骨料的填補作用將難以發揮，使載荷傳遞至CFG樁，從而增加CFG樁的長度。若褥墊層較大，則增加建設投資成本，同時，褥墊層的荷載傳遞功能將持續降低，影響場地地基處理的穩定性。通常，褥墊層的厚度約為CFG樁的0.5倍，以100-300mm為宜。本項目褥墊層設計厚度300mm，采用5-10mm級配砂石。

4 CFG樁復合地基施工

4.1 CGF樁施工

本項目CFG樁施工采用C20混凝土強度、中粗砂、二級粉煤灰、水灰比約0.6：1、含砂率約30%，混凝土塌落度約160-200mm。本項目采用的主要機械設備有：長螺旋鉆機、混凝土輸送泵、攪拌機等設備。（表5-1）

施工經歷施工準備、鉆進成孔、混凝土攪拌、灌注拔管、清土切樁等工序。

首先，施工準備。采用全站儀和鋼尺定位，確定CFG樁位置、半徑，并繪制白線。鉆機就位，保持釬桿與CFG樁中心對齊，釬桿上每0.5m設置反光條。

其次，鉆進成孔。一是樁孔定位。樁位偏差應控制在±5mm以內，成孔誤差控制在1/4樁徑。二是鉆機定位。若鉆孔存在偏差，可能影響CFG樁承載強度。在鉆孔機械定位中，應將鉆頭對準樁徑的十字線中心。三是鉆機成孔。由于土層上部均為粘質土，鉆孔初期掘進速度較快，鉆至設計深度1/2后，應減緩鉆速，保障孔底粘土盡可能帶出鉆孔。

第三，混凝土攪拌。混凝土按配合比配料，攪拌時間控制在60-120s，塌落度約180mm-200mm，也可以采用商品混凝土。

第四，灌注拔管。混凝土灌注是CFG樁施工的關鍵。灌注混凝土應連續、穩定、均勻。本項目采用導管輔助澆筑，導管逐段拼接，深入孔內。導管內壁保持光滑清潔，防止出現顆粒狀骨料。導管應具有較好的密封性，漏斗內混凝土應低于漏斗邊緣1/3。混凝土灌注時，先采用大容量混凝土初灌注，待達到設計深度后，采用導管緩慢灌注。

第五，清土切樁。完成CFG樁混凝土澆筑一周后，開挖土層至地下室底板深度，鑿平樁頭。樁頭處理不能撞擊樁身，避免使用大型機械，防止樁身斷裂。若不慎造成樁身斷裂，則應及時補樁。

4.2 褥墊層施工

褥墊層攤鋪力求均勻、密實。首先，確定褥墊層的攤鋪范圍，繪制放樣線條，復核關鍵位置標高及坐標。其次，清理場地內的土層和雜質，挖掘至設計標高。挖掘過程中，要注意挖掘對CFG樁的擾動和振動。第三，虛鋪340mm厚的級配礫石墊層。級配礫石進場需進行專門檢測，攤鋪要均勻密實。在攤鋪完成后，采用小型機械分段夯實，夯實厚度約300mm。

4.3 常見質量問題及防治措施

CFG樁復合地基常見質量問題涉及堵管、斷樁、縮徑等。首先，堵管。堵管是混凝土輸送時發生的導管堵塞。主要原因是：混凝土攪拌不均勻；灌注過程混凝土離析；工程機械設備中存在雜質。若發生阻管現象，應立即向混凝土中注水，調節混合料中水泥和粉煤灰的配合比，保障混凝土的和易性和塌落度。其次，斷樁。斷樁是樁頭處理中CFG樁因土層相互擠壓形成的斷裂或開裂。土層開挖中，要減少樁擾動，部分土質較差的區域宜采用跳打方式，以減輕樁間土力相互擠壓。若在施工中出現斷樁，則應及時補樁，以滿足強度要求。第三，縮徑。由于提鉆速率較快或地下水位較高等原因，導致CFG樁徑變小，即為縮徑。因此，在CFG樁復合地基處理中，要控制提鉆速率，在必要的時候停止施工，或采用輕型井點和水泥管井聯合降水，以促進地下水位降低。

5結語

隨著建筑技術的發展與進步，CFG樁復合地基處理技術已較為成熟和完善，CFG樁復合地基由CFG樁、樁間土、墊褥層三部分組成。適用處理粘土、粉土、砂土和正常固結的素填土等地基，工程成本較低，操作簡便，效果較好。CFG樁復合地基處理技術需要明確樁長、樁徑、樁間距、置換率、承載力、特征值等參數，以及適宜的褥墊層厚度。CFG樁施工涉及施工準備、鉆進成孔、混凝土攪拌、灌注拔管、清土切樁等工序。常見質量問題有堵管、斷樁、縮徑等。CFG樁復合地基處理技術在高層建筑中具有積極意義。

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