CFG樁復合地基施工技術

谷訓廣

摘要：本文介紹了CFG樁復合地基施工技術要點，對采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁工藝施工，以及質量通病預防措施進行了分析。

關鍵詞：CFG樁；施工工藝；質量通病預防措施

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-56-03

1.工程概況

滬昆客專貴州段D1K943+330～D1K943+670，13路基位于滇東高原丘陵區，云貴高原侵蝕性低山地貌，地形開闊。地面高程1500～1545m，相對高差2～6m，自然斜坡一般50～100。基巖裸露較少，植被發育，多為第四系覆蓋土覆蓋，多被墾為水田。路基長339.816m，一區路基基底采用CFG樁加固。采用長螺旋鉆孔施工，CFG樁直徑50cm，正方形布置，樁間距1.5m，加固深度為2～14.5m，樁頂（加設樁帽）并鋪設0.6m厚加筋碎石墊層，加筋為兩層雙向80KN/m土工格柵。

2.CFG樁加固原理

CFG樁體材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成。樁和樁間土及褥墊層一起形成復合地基，通過褥墊層與基礎相連接，無論樁端落在一般土層還是淤泥土質均可保證樁間土始終參與工作。由于樁間土的強度及模量比原樁間土大，在荷載作用下樁頂應力比樁間土的應力大，樁可承受的荷載向深的土層傳遞并相應減少樁間土承受的荷載。

樁體是由機械成孔后將攪拌好的混凝土利用泵機打入孔中，在拔管的過程中利用高差產生的重力使混凝土產生自振搗效果，這樣在成樁的過程中不僅擠密樁間土還擠密樁身，使其具有水硬性，使處理后的復合地基強度和抗變形的能力明顯提高。

CFG樁體材料技術參數：CFG樁體材料采用碎石、石屑或砂、粉煤灰、水泥加水配合而成。水泥采用P.0 42.5級普通硅酸鹽水泥，CFG樁中摻入等級不低于Ⅲ級的優質粉煤灰，摻量為70～90Kg/m3，地下水具有侵蝕性工點，水泥摻入量不小于200Kg/m3，石屑率一般在0.3左右，防腐劑根據化學侵蝕環境級別摻加，碎石粗骨料應滿足級配要求，碎石松散堆積密度大于1500Kg/m3，碎石最大粒徑要求長螺旋鉆孔管內泵壓混合料不大于25mm。混合料28天標準立方體無側限抗壓強度不小于15Mpa。

3.CFG樁施工工藝

CFG樁施工根據設計采用長螺旋鉆機成孔，施工前應按設計要求確定混合料施工配合比和坍落度、攪拌時間、鉆孔速度、終孔電流等工藝參數。

3.1CFG樁復合地基加固方法

3.1.1CFG樁復合地基加固特點

CFG樁屬剛性樁復合地基。與一般柔性樁復合地基相比，用水泥粉煤灰碎石樁處理地基，可使地基承載力大幅度提高，并具有很大可調性，特別是在天然地基承載力較低而設計要求承載力較高，采用柔性樁復合地基一般難以滿足設計要求的情況下，水泥粉煤灰碎石樁復合地基具有明顯的優勢，

（1）可以充分發揮樁體材料的潛力，又可充分利用天然地基承載力，又能因地制宜利用當地材料，因此，具有較好的經濟效益與社會效益。

（2）這種復合地基可有效提高地基承載力。減少地基沉降。

（3）CFG樁為黏結強度較高的樁，在外荷載作用下，不會發生鼓脹破壞，并可全樁長發揮側摩阻力，樁落到巖層上具有明顯的端承力，復合地基承載力可大幅提高。

（4）樁體利用工業廢料粉煤灰和石屑作為摻加料，節約水泥用量，且使工業廢料變廢為寶，起到資源再利用的作用。

（5）使用水泥粉煤灰碎石樁復合地基進行地基處理可降低造價。

3.1.2CFG樁長螺旋鉆孔施工方法

長螺旋鉆孔管內泵壓混合料灌注法成樁適用于地下水埋藏較深的黏性土、粉土、填土等，成孔時不會發生坍孔現象，并適用于對周圍環境要求如噪音、泥漿污染比較嚴格的場地，其工藝是先采用長螺旋鉆機鉆孔達到設計預定深度，然后提升鉆桿，同時用高壓泵將樁體混合料通過高壓管路的長螺旋鉆桿的內管壓到孔內成樁。

施工順序：CFG樁采用連打法，分區段逐樁逐段施工。橫向從線路中線向兩側施工，縱向沿線路方向施工。

3.2工藝參數的確定

施工前應進行室內配比試驗，確定選用的技術參數是否滿足設計要求。

3.3CFG樁施工

（1）樁位放線

根據各樁位點的座標，由專業測量人員用全站儀定出各樁位點，樁位偏差≤5cm，高程偏差≤±5cm，在每個樁位上釘入木樁，樁位測放完成后報監理現場檢驗。

（2）樁機就位

移動樁機，調整機身、機架、保持機身底盤水平、樁管垂直、準確套在樁尖上，再次復核樁管垂直度控制垂直偏差≤1%。

（3）混合料攪拌

CFG樁體采用c15混凝土，混凝土坍落度160～200mm，拌和混凝土時，計量要準確，上料順序為：先裝碎石，再加水泥、粉煤灰和泵送劑，最后加砂，每盤拌合時間不應少于120s，混凝土在拌合站拌制完畢后，用混凝土罐車運至施工現場，混凝土坍落度檢查應符合工藝性試驗確定的參數進行控制，坍落度每臺班抽樣檢驗3次。現場按要求留置混凝土試塊，每臺班做一組試塊（3塊）。

（4）鉆機鉆進

針對不同的土層，鉆工應采取不同的進尺，鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，啟動馬達鉆進。一般應先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏斜，以便及時糾正。在成孔過程中，如發現鉆桿搖晃或難鉆時，應放慢進尺，否則較易導致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。當鉆頭到達設計樁長預定標高時，在動力頭底面停留位置相應的鉆機塔身處作醒目標記，作為施工時控制孔深的依據。當動力面達到標記處樁長既滿足設計要求，施工時還需考慮施工工作面的標高差異，作相應增減。

鉆進過程中，每沉1m或電流表值突變時應記錄電流表值一次，核對地基土層沿樁長變化情況，核查地質資料，樁底應設置于設計樁底地層中，

（5）拔管、壓灌成樁

長螺旋鉆機鉆至設計標高，停止鉆進，泵車開始送料，混凝土澆筑前必須重新檢查成孔深度和垂直度并填寫混凝土澆筑申請，合格后方可澆筑，當鉆桿中孔充滿混合料后，開始提升鉆桿、壓管混合料。一邊泵送，一邊拔管，嚴禁先提管后泵料。設專人指揮協調鉆機操作手和混合料泵操作手，保證泵送混凝土和提升鉆桿的默契配合，以確保成樁質量。在正常情況下，鉆機的提升速度控制在2～3，5m/min，在含水砂層段內，適當放慢提鉆速度，以防流沙造成塌孔、斷樁現象。

提鉆的速度與混合料的泵送速率相協調，保證鉆桿內混合料表面高度之中略高于鉆桿底出料口。

樁頂與施工作業面平齊，為了精確控制樁頂標高，需要隨時測量混凝土頂面高度，采用測錘準確探測到浮渣厚度及混凝土面真實高度，并保證混凝土面高于設計高度500mm，鉆管拔出混凝土面前要反插0.2m，保證樁頂混凝土面平整，避免出現空心樁。每根樁的投料量符合設計灌注量，投料量充盈系數>1.1。

樁頂保護：灌注完成后，樁頂采用濕黏土封頂，進行保護。黏土厚度應能滿足防凍和養護的要求，一般不小于50cm，最后統一鏟除樁頭多余長度，整平基底，鋪設褥墊層。

CFG樁施工的允許偏差、檢驗數量及檢驗方法

（6）移機

當鉆機移位進行下一根樁施工。由于CFG樁的土較多，經常將臨近的樁位覆蓋，有時可能會因鉆機支撐時支撐腳壓在樁位旁使原標定的樁位發生移動。因此，下一根樁施工時，應根據灰樁或周圍樁的位置對需施工的樁位進行復核，保證樁位準確。

（7）清樁間土及破樁頭

樁間土的清除以人工或小型作業機械為主，采用小型機械清除時，要保證樁周圍有20cm的保護層，然后再用人工清除。清理完畢后用混凝土切割機沿設計樁頂環向切一條縫，深度為50cm，然后用楔子把樁頭截掉。

（8）復合地基檢測

在達到設計強度后，先把樁頂按試驗要求打磨平整，再進行復合地基承載力檢測和樁身質量、完整性檢測。

（9）鋪設褥墊層

褥墊層具有保證樁土共同承擔荷載，減少基礎底面應力集中，調整樁土垂直和水平荷載分擔的作用。

褥墊層材料：本段樁頂鋪設0.6m厚加筋碎石墊層并加設樁帽，加筋為兩層雙向80KN/m土工格柵。

褥墊層虛鋪170mm，采用平板振動儀振密，振壓3遍，振實后的厚度應達到150mm。當樁間土含水量不大時，亦可夯實。但樁間土含水量較大時要注意施工擾動對樁間土的影響，以免產生橡皮土。為保證統一的基底標高、每樁比設計樁長超夯20～30cm長。

4.CFG樁復合地基質量檢驗及質量控制

4.1質量檢驗

按《鐵路工程地基處理技術規程》（TBl0106-2010、J1078-2010）和《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》（TB10751-2010）要求進行各項質量檢測。

（1）CFG樁的樁身質量、完整性應滿足設計要求，成樁7d內，應抽取不少于總樁數10%的樁，根據《基樁低應變動力檢測規程》進行低應變檢測，每檢驗批不少于3根。

（2）CFG樁完工后28d，在每根檢測樁樁徑1/4處、樁長范圍內垂直鉆孔取芯，觀察樁體完整度、均勻性，取不同深度的3個試樣作無側限抗壓強度試驗，鉆芯后的孔洞采用水泥砂漿灌注封閉。無側限抗壓強度不小于15Mpa，每個工點任意抽取的檢驗數量為施工總樁數的2%。且不小于3根，

（3）cFG樁處理后的承載力檢驗宜在28天后進行，應采用單樁和復合式地基平板載荷試驗，單樁承載力檢驗數量為總樁數的2%。，復合地基承載力檢驗數量為總樁數的0.5‰，檢驗總樁數合計為樁總數的2%0且每檢驗批不少于3根，該段路基基底CFG樁要求單樁承載力應不小于372KN。復合式地基承載力應不小于230Kpa。

4.2CFG樁復合地基質量檢驗標準

具體標準見下表：

5.質量通病及預防措施

5.1堵管

堵管是長螺旋鉆管內泵壓CFG樁工藝常遇到的主要問題之一，它直接影響施工效率，增加勞動強度。還會造成材料浪費。特別是故障排除不暢時，使已攪拌的CFG樁混合料失水或者結硬，增加了再次堵管的幾率，給施工帶來很多困難。產生堵管。主要是由以下幾方面因素造成的：

（1）混合料配合比不當：當混合料中的粉煤灰用量較少時，其和易性受到影響，容易產生堵管。因此混合料配合比要注意粉煤灰的摻入量，應控制在70～90Kg/m3。

（2）攪拌質量缺陷：攪拌的混合料坍落度太大，容易在泵壓作業下沁水，產生離析，水分先流動，剩下骨料與砂漿分離，產生較大摩擦力而導致堵管。坍落度過小，會使混合料流動性變差，也會導致堵管，因此施工坍落度宜控制在160～200mm，必要時可加入適量泵送劑。

（3）設備缺陷：螺旋鉆機的鉆頭、輸送管、彎頭都可能導致堵管。管接頭不牢固、墊圈破損也會導致水泥砂漿流失，產生堵管。施工中應對施工設備的使用進行細致的觀察和調查。

（4）施工不當：當鉆至設計深度后，即可泵入混合料，待芯管及輸送管都充滿混合料后及時提鉆，保證對混合料在一定壓力下灌注成樁。如果提鉆不及時，在泵送壓力下，鉆頭處水泥漿被擠出，鉆頭閥門處混合料干硬少漿或結成塞體，便會產生堵管。

5.2竄孔

在飽和粉土、粉細砂層中施工時，隨著鉆桿的鉆進，會發生相鄰的已施工但尚未硬結樁的樁頂突然大幅度下沉，當新樁泵人混合料時，相鄰樁樁頂又開始回升，當泵入足夠多的混合料后，其樁頂恢復至原標高，該類現象為竄孔。

大量工程實踐證明，當被加固土層中有飽和粉土、粉細土、粉細砂時，鉆桿鉆進中葉片剪切作用會對土體產生擾動，當擾動能量積累至足以使土壤液化時，就會產生竄孔。為防止竄孔，應注意采取以下措施：

（1）對有竄孔可能被加固地基盡量采取大樁距的方案，以減少對已打樁的剪切擾動。

（2）選用適當高鉆頭，合理提高鉆進速度。

（3）減少在竄孔區域打樁推進排數，盡快離開已打樁，減少對已打樁擾動能量的積累，

（4）必要時，可采用隔樁敲打法。但應注意及時清除排出的棄土，否則會影響施工速度。

發生竄孔后應采取以下措施：提鉆灌注混合料至發生竄孔土層時，停止提鉆，連續泵送混合料直到竄孔樁混合料漿面上升至原位為止。

5.3樁頭空心

在截樁頭時，發現個別樁樁頂部存有空間不大的空心，其主要原因是施工過程中，排氣閥不能正常工作所致。鉆桿成孔鉆進時，管內充滿空氣，鉆孔到預定標高開始泵入混合料，如果排氣閥被混合料漿液堵塞，不能正常工作，鉆孔內氣體無法順利排出，就會導致樁體存氣形成孔洞。施工中必須保證排氣閥正常工作，應經常檢查排氣閥是否發生堵塞，發現堵塞及時清洗。

5.4縮頸、斷樁

當發生縮頸現象時，回填原土，重新鉆孔，然后灌注混合料。當發生斷樁時，及時與設計取得聯系，確認補樁方案。

5.5質量控制

（1）CFG樁的數量、布置形式及間距符合設計要求。

（2）樁長和直徑要加強控制，保證符合設計要求。樁頂標高應按《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》規定高出設計標高50cm。

（3）CFG樁施工中，每臺班均須制作檢查試件。進行28d強度檢驗，成樁28d后應及時進行符合地基承載力試驗，其符合地基承載力應滿足設計要求。

（4）樁身每方混合料摻加粉煤灰量嚴格按配合比施工。

（5）整個施工過程中，安排質檢人員旁站監督，并做好施工原始記錄，記錄孔深、單孔混合料灌入量等。

（6）CFG樁施工屬隱蔽工程，施工完畢后報監理簽認后方可進行下一道工序施工。

6.結束語

結合CFG樁在本項目路基中的應用，分析了CFG樁的加固原理，闡述了CFG樁的施工工藝和方法，提出了CFG樁質量控制措施以及質量通病和預防措施，完善了CFG樁施工工藝。