CFG樁在泵站工程中的設計與應用

鮑曉波，王 羽，程 靜

（1.中水淮河規劃設計研究有限公司 安徽 合肥 230601；2.河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000）

0 引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，主要由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成高黏結強度樁。適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結已完成的素填土地基，對塑性指數高的飽和軟黏土應慎重采用。CFG樁與樁間土、褥墊層一起，利用CFG樁的黏結性、全長范圍內受力、樁周摩阻力、樁端端承力和樁間土的承載能力形成復合剛性地基。

1 工程概況

朱集站為引江濟淮工程江水北送段的梯級泵站之一，設計調水流量為55m3/s。泵站安裝2350ZLQ18.3 -4.2 型立式軸流泵機組4臺，總裝機6，000kW。主要建筑物為1級建筑物。

副廠房布置在主泵房右側，長25.60m，寬15.20m，分6層布置，地下2層、地上4層，地面高程31.70m。底板建基面高程為22.60m，坐落于第2-1層輕粉質壤土，地基允許承載力為160 kPa，該持力層厚度約為4m。下臥第⑤層粉細砂、第⑥層中重粉質壤土，允許地基承載力為210，160kPa，土層厚度約為9.10m。

2 CFG樁基礎處理設計方案

2.1 基礎處理方案比選

經計算，副廠房上部建筑物完建期基底應力為186kPa，小于經埋置深度修正后的地基允許承載力。但主泵房與副廠房間存在8m多的高程差，主泵房施工時兩側土方被挖除，考慮泵站防滲安全應采用黏性土回填。副廠房部分基礎為回填的黏性土，后期沉降量大，難以作為副廠房的承載力土層，為防止副廠房地基土層的不均勻沉降引起的建筑物傾斜、開裂，擬對副廠房地基進行基礎處理。

根據土層條件及建筑物布置，考慮主泵房與副廠房間高程差較大，換填水泥土量大，且部分基礎坐落在回填土上，主泵房、副廠房間易產生不均勻沉降，因此副廠房地基處理未采用換填水泥土處理。另外，下臥層粉細砂層厚度較大，標準貫入擊數29.10 ～42.90 擊，水泥攪拌樁施工難度較大，因此也未考慮該方案。

基礎處理方案對CFG水泥粉煤灰碎石樁和鋼筋混凝土灌注樁2個方案進行了比選：①灌注樁是指通過機械鉆孔、鋼管擠土等方法在地基中形成樁孔，并在孔內布置鋼筋籠、灌注混凝土而形成的樁，上部荷載一般由灌注樁來承擔，不考慮樁間土的復合承載力作用，樁身能夠抵抗水平荷載，具有適用地基范圍廣、噪聲小、沉降變形小等優點，但造價偏高、施工工藝較復雜、質量控制要求較高；②CFG樁具有工程造價低、施工速度快、易于控制質量等優點，CFG樁與樁間土和褥墊層一起構成復合地基，但樁身基本不能抵抗水平荷載。

根據工程實際情況，副廠房四周地面高程一致，基本不受水平荷載影響，樁間土地承載力較高，宜充分利用樁與土體形成復合承載力作用，并且CFG樁整體造價較低。綜合考慮，工程副廠房基礎采用CFG樁處理。

2.2 CFG樁基礎處理設計

副廠房基礎CFG樁處理初步擬定樁底高程12m，樁底位于第⑤層粉細砂，樁長10.30m，樁直徑采用0.60m，矩形布置，樁間距為2.50m，樁體混凝土強度采用C20。樁頂與副廠房底板間設置300mm厚褥墊層，材料采用水泥摻量為10%的水泥土，褥墊層范圍超出副廠房底板500mm。

設計計算的目的為根據擬定的CFG樁長、間距、地質勘探資料，計算CFG樁單樁承載力，以及與樁間土體形成的復合承載力fspk，應滿足fspk≥pk，其中pk為基礎底面的平均壓力值。根據地勘資料，其中第2-1層輕粉質壤土、第⑤層粉細砂地CFG樁極限側阻力標準值qsik分別為38，55kPa，樁端土層為第⑤層粉細砂，極限端阻力標準值qpk為600kPa。

由《建筑地基處理技術規范》公式（1）計算。

式中：u—樁的周長（m）；qsi—樁周第i層土的側阻力特征（kPa）；lpi—樁長范圍內第i層土的厚度；αp—樁端端阻力發揮系數，按地區經驗確定；qp—樁端端阻力特征值（kPa）。計算得到單樁豎向承載力特征值Ra=407kN，該特征值為靠主泵房側回填土中的CFG樁，不考慮上部回填土的側阻力作用，僅考慮原狀土第⑤層粉細砂的側摩阻作用和樁極限端阻力作用。

再根據規范中黏結強度增強體復合地基公式（2）計算出復合地基承載力fspk=193kPa，其中面積置換率m=4.52%。

式中：λ—單樁承載力發揮系數，可按地區經驗取值；Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap—樁的截面積（m2）；β—樁間土承載力發揮系數，可按地區經驗取值。因復合地基承載力fspk已滿足上部建筑承載力的要求，所以未再按照《建筑地基基礎設計規范》中的公式進行地基承載力深度修正。

3 CFG樁施工工藝

3.1 施工前準備

施工前進行了CFG樁配合比試驗，每立方米材料配合比見表1，其中水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥。

表1 CFG樁材料配合比表

施工工藝設備選用長螺旋鉆孔機進行成孔，然后用液壓拌合料輸送泵進行壓灌。

3.2 施工流程和工藝

3.2.1 測量放樣

依據主控制點，測定各軸線控制點，按照復驗合格后的各軸線控制點進行樁位放樣，具體放樣時采用雙控法，保證樁位誤差≤20mm。

3.2.2 設備安裝及調試

長螺旋鉆孔機進場后，應及時進行安裝及調試，確保成孔鉆機行走平穩，運轉正常。

3.2.3 鉆機就位、成孔

鉆機就位后應調整平穩，保證鉆具垂直，并將鉆頭錐尖對準樁位中心。同時檢查鉆頭兩側閥門，成孔階段應保證鉆頭兩側閥門密閉。鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，先慢后快，同時檢查鉆孔的偏差并及時糾正。樁身垂直度容許偏差≤1%。

3.2.4 制備樁料

長螺旋鉆孔壓灌漿的施工配合比應以實驗室試驗報告提供的材料配合比為標準，壓灌CFG樁混合料采用現場拌制。

3.2.5 壓灌成樁

當鉆機鉆孔達到要求深度后，停止鉆進，同時啟動拌合料輸送泵向鉆具內輸送樁料，待樁料輸送到鉆具底端將鉆具慢慢上提0.10 ～0.30m，以觀察拌合料輸送泵壓力有無變化，以判斷鉆頭兩側閥門已經打開，輸送樁料順暢后，方可開始壓灌成樁工作，嚴禁先提管后泵料。提升速度要與泵送速度相適應，確保中心管內有0.10m3以上的拌合料，成樁時的撥管速度控制在1.20 ～1.50m/min。壓灌成樁時，邊泵送樁料邊提撥鉆具。壓灌成樁過程中提鉆與輸送樁料應自始至終密切配合，鉆具底端出料口不得高于孔內樁料的液面。成樁過程中應連續進行，壓灌成樁必須一次連續灌注完成。考慮樁頭部位成樁質量不易控制，壓灌成樁樁頂高程高于設計樁頂0.50m，后期成樁后鑿除0.50m的樁頭超高。

3.3 CFG樁質量檢測

設計參數指標：CFG樁復合地基承載力≥180kPa，單樁承載力≥330kN，樁體質量及承載力檢驗應在施工結束后28d進行。依據規范要求，CFG樁進行了復合地基靜載荷試驗和單樁靜載荷試驗，并抽取了CFG樁總數的30%，進行低應變動力試驗檢測樁身完整性。靜載荷試驗加載采用壓重平臺反力裝置，采用慢速維持荷載法檢測，試驗時通過千斤頂進行逐級加載，荷載的大小由壓力顯示儀（負荷傳感器〉控制。低應變動力試驗采用反射波法，應用應力波特征法來檢驗樁身質量。經檢測CFG樁各項指標均滿足設計要求，樁身完整均為Ⅰ類樁。

4 結語

朱集站副廠房基礎采用CFG樁進行基礎處理，CFG樁與樁間土、褥墊層形成了復合地基，沉降穩定、均勻，副廠房與主泵房間的不均勻沉降滿足規范要求，經長期運行副廠房未出現開裂、止水破壞等問題，說明設計方案合理，CFG樁在處理粉細砂地基中有良好的應用效果。