軟土區(qū)域高層建筑CFG 復(fù)合地基的施工應(yīng)用分析

張振 河南五建建設(shè)集團有限公司

一、CFG 樁復(fù)合地基特性

當(dāng)土體承載力不足，或出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象時，均可采用復(fù)合地基，即在土體內(nèi)設(shè)置增強體。通過土體和增強體共同承擔(dān)荷載，降低地基沉降。通常情況下，縱向增強體被叫作“樁”，常見樁體包括水泥土樁、CFG 樁等。相比天然土體地基，此類增強體的模量、強度均可達到設(shè)計要求。CFG 樁是一種高粘結(jié)強度樁，在高層與超高層建筑中應(yīng)用廣泛。根據(jù)成樁施工工藝與樁體構(gòu)成材料進行劃分，可將CFG 樁分為3 大類，具體如表1 所示。

二、工程概況

某建筑工程位于市中心，經(jīng)地質(zhì)勘查報告可知，巖土工程勘察等級和地基基礎(chǔ)設(shè)計等級均為乙級，場地等級和地基等級均為二級。采用筏板基礎(chǔ)為基礎(chǔ)形式，4.7m 為基礎(chǔ)埋深，180KPa 為基底壓力，要求在70mm以內(nèi)控制沉降量。經(jīng)勘查可見，第2 層土為持力層，經(jīng)計算可得，承載力為164.5kpa，小于規(guī)定值（180KPa），說明天然地基強度無法達到設(shè)計規(guī)定，此外，擬建場地存在軟弱土層，地基土性質(zhì)穩(wěn)定性相對較差，需采取措施進行處理。

三、樁基礎(chǔ)處理方案

（一）樁基礎(chǔ)處理方案

在天然地基無法滿足設(shè)計要求時，樁基礎(chǔ)方案應(yīng)用較多。目前，該處理方案技術(shù)較為成熟，且具有可靠性。在整個施工現(xiàn)場均采用樁基礎(chǔ)，將會大大增加工程成本，甚至?xí)?dǎo)致工期延遲。此外，樁基礎(chǔ)變形小，相比之下，土體具有較大變形，在變形大小方面，樁基礎(chǔ)和土體之間存在較大差異，沉降控制難度大，因此，在本工程施工中不建議采用此方案。

（二）水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理方案

本工程基礎(chǔ)埋深為4.7m，本方案主要技術(shù)指標如表2 所示。

根據(jù)計算分析，承載力為198kpa，地基處理后，其強度可達到設(shè)計規(guī)定（≥180Kpa），缺點為施工工序多，工期較長。

（三）CFG 樁復(fù)合地基處理方案

本工程CFG 樁復(fù)合地基采用的類型為長螺栓鉆孔泵壓灌注CFG 樁復(fù)合地基，表3為本方案主要技術(shù)指標。

經(jīng)計算可得，承載力為321.35kpa，可滿足設(shè)計規(guī)定（≥180kpa），說明本處理方案具有可行性。此外，還計算了處理后的沉降值，所得結(jié)果為41.64mmm，小于規(guī)定值（70mm），可滿足設(shè)計要求。

通過上述分析，三種不同地基處理方案對比情況如下：

第一，樁基礎(chǔ)處理方案，在處理效果方面，效果可靠，方案成熟，但缺點為造價高、工期長；

第二，水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理方案，在處理效果方面，現(xiàn)場存在大量濕作業(yè)，經(jīng)驗算，承載力可達到設(shè)計規(guī)定值，缺點為造價相對較高（低于樁基礎(chǔ)處理方案），工期略長；

第三，CFG 樁復(fù)合地基處理方案，在處理效果方面，無論是承載力，抑或是沉降變形都可以達到設(shè)計規(guī)定，相比上述兩種方案，在造價、工期方面均占有一定優(yōu)勢。

對比分析三種地基處理方案處理效果、造價、工期等方面，最終決定采用CFG 樁復(fù)合地基處理方案。

表1 CFG 樁復(fù)合地基應(yīng)用類型及特點

表2 水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理主要技術(shù)指標

表3 CFG 樁復(fù)合地基處理主要技術(shù)指標

四、施工技術(shù)要點

本工程采用長螺旋鉆孔灌注成樁處理技術(shù)用于施工，作為一種新型成樁工藝，其特點為噪音小、無須振動成樁、適用性廣等。具體施工要點如下：

（一）施工準備

施工前，需勘查了解地下水位情況，通常將其降到基底標高以下0.5～1.0m，此外，還要考慮集水坑、電梯井是否會影響降水深度，保證地下水位滿足設(shè)計要求。由于本工程采用長螺旋鉆機施工，需考慮施工作業(yè)面問題，需將建筑物底板外邊緣外擴，四周分別寬出1.0m 左右。在基坑底部進行長螺旋鉆機等施工時，需設(shè)坡道，并做好表面硬化處理，根據(jù)機械設(shè)備實際情況，合理設(shè)置寬度、坡度、彎度等，從而提升施工效率。

（二）施工要點

通過四個方向的垂直標桿進行長螺旋鉆機導(dǎo)桿垂直度測定，保證在1.5%以內(nèi)控制垂直度偏差。按照閥門情況將鉆頭單向閥門設(shè)置成兩種類型，分別為側(cè)向閥門、底部閥門，避免鉆桿內(nèi)進入水或泥土，出現(xiàn)鉆桿堵管情況。泵送混合料輸送至鉆頭底部后，即可開啟閥門，灌注成樁。基于土的側(cè)向壓力、超孔隙水壓力等影響，若采用側(cè)向閥門鉆頭，很容易出現(xiàn)無法打開閥門堵管等問題，為此，在施工中應(yīng)采用底部閥門鉆頭。

鉆孔過程中，長螺旋鉆可利用螺旋葉片、靶齒等進行切土成孔，在此施工環(huán)節(jié)，需關(guān)注泥土是否會被大量帶出孔外，一旦出現(xiàn)此問題，很容易引發(fā)塌孔，因此，必須重視孔壁穩(wěn)定性。

（三）施工質(zhì)量控制

在CFG 樁施工中，需根據(jù)施工情況，做好質(zhì)量控制工作，如堵管、竄孔等，由于本工程在冬季施工，因此，還要做好冬季防護施工。

（1）堵管處理

在長螺旋鉆孔灌注成樁處理技術(shù)應(yīng)用中，堵管問題時常發(fā)生，一旦堵管處理不及時，很容易引發(fā)嚴重問題，或出現(xiàn)二次堵管情況。引起堵管因素很多，總體可歸結(jié)為以下3 點：

第一，混合料配合比影響。水泥、粉煤灰等細骨料用量多少，混合料配合比影響較大，尤其是煤粉灰用量將對混合料和易性造成直接影響。若細骨料用量過多，同樣會影響混合料和易性，因此，必須做好粉煤灰用量控制，一般用量控制在70～90kg/m3。

第二，施工誤操作引起堵管。當(dāng)混合料注滿鉆桿芯管后，若提鉆不及時，或因泵送壓力影響，往往會有大量水泥漿液堆積在鉆頭處并被帶出，這種情況下，存留在管內(nèi)的多為粗骨料成分的干硬混合料，很容易出現(xiàn)堵管問題。因此，必須及時提鉆，避免泥漿大量被帶出。

第三，設(shè)備缺陷引起堵管。堵管很可能是因為設(shè)備缺陷問題，例如彎頭部位曲率半徑不足、連接形式平滑性較差、鉆機鉆頭密封性差等等，針對此類問題，施工前需做好設(shè)備檢驗，保證設(shè)備質(zhì)量合格。

（2）竄孔處理

竄孔是因為在剪切力作用下，鉆機螺旋葉片擾動土體，伴隨能量的不斷積累，土體逐步液化，在地下水影響下很容易出現(xiàn)竄孔問題。為避免竄孔發(fā)生，需做好事前預(yù)防和事后處理工作。

第一，事前防止竄孔發(fā)生。為降低對土體的液化作用，可采用加大樁距、減少打樁推進排數(shù)、提高鉆進速率、降低地下水位等方式，均可減少竄孔發(fā)生率。

第二，發(fā)生竄孔后的處理。發(fā)生竄孔后，需及時停止提鉆操作，但要持續(xù)輸送混合料，直到出現(xiàn)竄孔的混合料液面恢復(fù)原位。隨后通過靜載荷試驗檢測竄孔處理后的樁體，保證樁身承載力滿足施工規(guī)定。

（3）冬季施工

由于本工程在冬季施工，長螺旋鉆孔灌注樁施工時，需要做好防護工作，例如在材料選擇、混合料輸送管線防凍保護等方面均需加以重視。

第一，合理選擇材料。由于氣溫影響，最好選擇較大水化熱的硅酸鹽水泥材料，水泥、粉煤灰材料除外，其他材料需進行預(yù)熱處理。在拌和時，根據(jù)施工天氣情況，可適當(dāng)摻加一定量的防凍劑。當(dāng)CFG 樁或樁間土施工完以后，需及時覆蓋草袋等保溫材料。

第二，做好防凍保護。在混合料輸送管線防凍保護中，一般可采用加熱水法，可在10～40℃之間控制水溫。若為剛性管，則將保溫材料覆蓋其上增強保溫效果。并通過泡沫塑料等包裹在彎頭處進行保溫處理。

第三，做好場地處理。根據(jù)施工規(guī)定，場地開挖土層需控制當(dāng)?shù)乇鶅鼍€以上，最小保護土層大于500mm，并做好場地道路、坡道防滑處理。

五、結(jié)束語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，在城市化進程不斷加快的今天，土地資源愈加珍貴，越來越多建筑工程不得不修建于軟土區(qū)域，開展CFG 樁復(fù)合地基研究具有重要意義。CFG 樁復(fù)合地基在高層建筑中的應(yīng)用，可大幅提升地基承載力，有效控制建筑物的沉降變形，且具有良好經(jīng)濟效益。