CFG 樁復(fù)合地基在高層建筑地基處理中的應(yīng)用

◎陳文彬

本文以安徽建工集團(tuán)股份有限公司承建的合肥高新區(qū)南崗第二復(fù)建點(diǎn)（東組團(tuán)）項(xiàng)目中超高層建筑工程為例，根據(jù)其現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況，結(jié)合具體情況采用CFG 樁復(fù)合地基技術(shù)對(duì)采取CFG 樁處理的設(shè)計(jì)、施工情況展開介紹。據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示，采用CFG 樁復(fù)合地基處理技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)施工，完全可以保證工程質(zhì)量，是一種可行性較強(qiáng)的地基處理方案。

CFG 樁的樁體是由石屑、水泥、碎石以及粉煤灰混合而成的一種混合料，需要加適量水，并借助各種成樁機(jī)械制作而成，故而也會(huì)被稱作水泥粉煤灰碎石樁。CFG 樁可以不使用配筋就具備不變形能力，能將復(fù)合地基承載力明顯提高。

一、工程實(shí)例

安徽建工集團(tuán)股份有限公司承建的合肥高新區(qū)南崗第二復(fù)建點(diǎn)（東組團(tuán)）工程中33 層超高層建筑項(xiàng)目的規(guī)劃高度為95.9m。其地上部分與地下部分分別擬建33 層與2 層，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為筏板基礎(chǔ)，單體建筑底面尺寸設(shè)計(jì)為42m×20m，選擇在自然地面以下13.0m 處設(shè)置基礎(chǔ)，基底可承受約470kPa 的壓力，而基底下部的持力層⑦、⑧層的承載力特征值僅有200kPa 與150kPa，自然地基滿足不了承壓要求，需加以適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

二、工程、水文地質(zhì)狀況

該工程的現(xiàn)場(chǎng)巖土工程勘察報(bào)告結(jié)果表明，其所在地是河水沖積產(chǎn)生的波狀平原，其地層分布具有一定的規(guī)律，表1給出了各土層體現(xiàn)出的工程力學(xué)性質(zhì)。場(chǎng)地有著埋深6.50m的地下水位。

場(chǎng)地地基工程力學(xué)性質(zhì)如下：

①-1 雜填土：灰褐-灰色，以建筑垃圾為主，中密，夾可塑或軟塑狀粉質(zhì)粘土。僅分布于場(chǎng)地東南區(qū)域。填齡大于5年。層厚：0.6-9.5m。

①-2 素填土：灰褐色，硬塑，局部可塑，以粉質(zhì)粘土為主，松散，下部夾灰黑色流塑狀淤泥質(zhì)填土，系暗塘淤泥質(zhì)填土被回填土擠壓，與素填土夾雜并存。填齡大于5年。層厚0.6-7.7m。

③粘土：黃褐色，局部黃灰色，硬塑，局部堅(jiān)硬。部分為粉質(zhì)粘土，夾鐵錳質(zhì)氧化物。切面有光澤，韌性高，中等壓縮性。層頂埋深：0.7-10.8m，層厚：1.1-16.6m。

④殘積土：褐黃色，呈粘性土狀，堅(jiān)硬或硬塑，局部夾緊密砂土，遇水軟化。含少量母巖風(fēng)化碎屑。層頂埋深：14.2-22.5m，層厚：0.8-3.8m。

⑤-1 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：紫紅色，風(fēng)化強(qiáng)烈，呈土狀或密實(shí)砂土狀，夾少量中風(fēng)化巖塊，擾動(dòng)后易松散，遇水軟化。層頂埋深：7.8-24.3m，層厚：0.8-4.8m。

⑤-2 中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：紫紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙較發(fā)育，錘擊聲啞，巖芯呈柱狀，長柱狀，遇水易軟化，巖質(zhì)不均，強(qiáng)度有差異，屬較完整極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V 級(jí)。層頂埋深：11.2-26.5m，本層未鉆穿。

三、復(fù)合CFG 樁基設(shè)計(jì)

1.加固原理。

由于CFG 樁具備的強(qiáng)度特性較高，可通過樁端阻力以及樁周邊摩阻力，將樁承載的荷載傳遞到下方的深層地基土中，不但具有剛性樁特性，還具備其他類似工作原理。因其中采用了褥墊層，其單樁承載力具有可調(diào)節(jié)特性，CFG 樁能讓樁間土、樁來共同承擔(dān)外荷載，并對(duì)它們各自分擔(dān)的垂直荷載比做出調(diào)整。

2.設(shè)計(jì)方案。

（1）樁體材料施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配合比試驗(yàn)，施工時(shí)按配合比配置混合料，坍落度應(yīng)控制在160～200mm。

（2）褥墊層施工時(shí)碎石須加水拌和均勻后采用平板振動(dòng)器振實(shí)，夯填度不得大于0.9。

（3）須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙測(cè)量樁位，樁位偏差不得大于0.4 倍樁徑：施工垂直度偏差不應(yīng)大于1%。

（4）樁頭處理及接樁，補(bǔ)樁頭技術(shù)要求：CFG 樁施工完畢后須安排施工人員將樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上樁頭截?cái)啵唧w方法如下：

A.打樁棄土和保護(hù)土層清至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在同一水平面按同一角度對(duì)稱放置2 個(gè)或4 個(gè)鋼釬，用錘沿水平方向兩兩相對(duì)同時(shí)輕擊鋼釬，將樁頭截?cái)啵瑖?yán)禁用鋼釬向斜下方擊打或單向擊打樁身。

B.截樁后用鋼釬和手錘將樁頂修平至樁頂實(shí)際標(biāo)高（樁頭標(biāo)高允許誤差為+0，-2cm）。

C.樁頂標(biāo)高若低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，先將樁頂修平鑿毛，用比樁身強(qiáng)度高一個(gè)等級(jí)的素混凝土（C30）接樁至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

D.清土和截樁時(shí)，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土。

（5）檢測(cè)。

A.CFG 樁竣工驗(yàn)收時(shí)，CFG 樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)采用復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)和單樁靜載試驗(yàn)；承載力檢驗(yàn)宜在施工結(jié)束28d后進(jìn)行，其樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足試驗(yàn)荷載條件，復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)和單樁靜荷載試驗(yàn)的數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%，且每個(gè)單體工程復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)的次數(shù)不應(yīng)少于 3 點(diǎn)。

B.要求隨機(jī)抽測(cè)20%的樁做低應(yīng)變動(dòng)測(cè)，檢驗(yàn)樁身的強(qiáng)度及完整性。在工程樁CFG 為進(jìn)行大面積施工前，應(yīng)先行試成樁（位置及數(shù)量詳見圖紙或設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)指定），并進(jìn)行復(fù)合地基和單樁承載力檢測(cè)。

四、施工工藝

1.施工前的設(shè)備準(zhǔn)備。

本工程施工場(chǎng)地CFG 樁長范圍所在地層包括第四系沖積的中密-密實(shí)粉土及可塑—硬塑狀粉質(zhì)粘土，依照該工程地質(zhì)狀況還有樁深度來看，需要準(zhǔn)備YTZ-30 型步履式長螺旋鉆孔機(jī)，HBT60A 型混凝土輸送泵。

2.工藝流程。

3.施工技術(shù)要點(diǎn)。

（1）樁機(jī)就位的時(shí)候一定要做到水平、穩(wěn)固，將鉆孔垂直度嚴(yán)格控制在1%以下，鉆尖不允許偏離樁點(diǎn)超過1cm，并關(guān)閉鉆尖部位的開啟閥門，不讓渣土進(jìn)入活門內(nèi)。

（2）因本工程要求的樁間距很密，為確保成樁質(zhì)量，需要按隔樁跳打展開施工。

（3）依照本場(chǎng)地的地質(zhì)條件，選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)并適當(dāng)調(diào)整：前段的1.0～3.0m 控制為慢速，控制鉆桿不允許跳動(dòng)，避免機(jī)架搖晃，這樣就不會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)孔或者偏斜；再往下鉆進(jìn)速度可提升為3.0～4.0m/min。在軟硬土層交界處穿越時(shí)，進(jìn)尺應(yīng)適當(dāng)放緩，鉆具始終保持垂直。

（4）混凝土材料開始泵送后，要確保兩個(gè)條件均滿足才能提鉆：其一是泵壓=4MPa，其二是中心管頂?shù)男箽忾y開始泄氣。控制提升速度為2.0～3.0m／min 之間，通常情況下成樁需要10min，控制超灌高度，使其為0.5m。

五、復(fù)合地基的施工質(zhì)控措施

1.對(duì)樁頂標(biāo)高與樁位實(shí)施控制。

測(cè)量工程師依照測(cè)量方案提出的矩形控制點(diǎn)，完成各軸線控制點(diǎn)的放樣，并將永久性混凝土樁埋設(shè)在控制點(diǎn)，且周邊以混凝土做30cm 深的固化，并以軸線控制網(wǎng)為準(zhǔn)，完成各樁位的放樣。借助鋼管完成樁位打眼、灌白灰并通過插筷子方式做標(biāo)志，深度要求至少300mm。允許主軸、軸線控制網(wǎng)、樁位最大可出現(xiàn)20mm 以內(nèi)偏差。

2.對(duì)商品混凝土的級(jí)配與強(qiáng)度實(shí)施控制。

本工程用的是商品混凝土，要求16～18cm 的坍落度。需要對(duì)其配合比與攪拌時(shí)間加以嚴(yán)控。檢測(cè)各樁混凝土坍落度3 次，每臺(tái)班均要做試塊2 組，并于強(qiáng)度達(dá)到齡期后送檢。要求運(yùn)送容器干凈無雜物，迅速而及時(shí)，灌注前不宜等待太長時(shí)間，商品混凝土一旦超過初凝時(shí)間，絕不允許使用。

3.對(duì)縮頸、夾泥、斷樁問題的預(yù)防。

（1）為確保CFG 樁不會(huì)在施工中斷樁、夾泥，一定要等到混凝土埋住鉆頭時(shí)才能往上慢速提鉆。

（2）基于實(shí)例工程的地質(zhì)條件，縮徑通常會(huì)產(chǎn)生于上部地層當(dāng)中，故而鉆機(jī)操作員在該段地層展開鉆進(jìn)施工時(shí)，一定要用低速擋，確保鉆進(jìn)過程的穩(wěn)定性。

（3）鉆頭直徑要求每50 根樁檢查一次，確保CFG 樁施工后所成樁徑會(huì)在400mm 內(nèi)。

（4）若輸送期間發(fā)生混凝土堵管需要重新泵送時(shí)，鉆頭務(wù)必要深入混凝土面以下至少1.0m，否則可能會(huì)出現(xiàn)斷樁問題。

4.截取樁頭的質(zhì)量控制。

本工程在CFG 樁施工過程中出現(xiàn)樁身局部范圍內(nèi)斷裂問題：第一幢樓CFG 樁在破樁頭時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員未按設(shè)計(jì)圖紙要求，用切割機(jī)環(huán)鋸后人工用鋼釬兩邊施打鑿除樁頭，現(xiàn)場(chǎng)人員為圖施工方便，將樁身用切割機(jī)環(huán)鋸后直接用小挖機(jī)料斗拉斷。在第三方檢測(cè)單位現(xiàn)場(chǎng)做樁身小應(yīng)變時(shí)，有11根樁檢測(cè)出為高位局部斷樁，位置均在0.5m-1m 處，我當(dāng)時(shí)判斷為淺層斷樁。在將樁周邊土方挖下去0.5-1m 時(shí)，發(fā)現(xiàn)樁身裂縫。經(jīng)反復(fù)與原設(shè)計(jì)單位溝通，于是我提出處理方案：重新檢測(cè)裂縫以下樁身完整性，結(jié)果為淺層以下樁身完整。現(xiàn)場(chǎng)處理以開挖深度視問題樁樁身的長度而定，將樁的周圍土開挖成比樁直徑每邊大300mm 的圓坑，標(biāo)高至斷樁處樁頭以下200mm，人工鏟平槽底土面，將樁頭鑿至堅(jiān)硬的混凝土面，樁頂面大致水平，將樁頭混凝土鑿毛，清理干凈，開挖好的斷樁處的槽口分層（厚度約300mm）澆筑混凝土至主樓基槽土面成熟面標(biāo)高，混凝土采用比樁體混凝土高一標(biāo)號(hào)的商品混凝土，澆筑完后及時(shí)進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。該方案得到了原設(shè)計(jì)單位認(rèn)可。

六、施工效果檢測(cè)

為保障地基處理質(zhì)量，由專業(yè)樁基檢測(cè)單位采用壓重平臺(tái)裝置做了靜載試驗(yàn)檢測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)的具體布置見圖1。

圖1 載荷試驗(yàn)期間的現(xiàn)場(chǎng)布置

測(cè)試所用為JCQ-503 型靜力載荷測(cè)試儀。由負(fù)荷傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量荷載大小，沉降量大小由位移傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量。檢測(cè)時(shí)，先鑿去被測(cè)樁頭的浮漿并整平，于樁頭與中心相距2／3 半徑處穩(wěn)固設(shè)置傳感器，以樁中心為激振點(diǎn)位，嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，按圖2 所示展開低應(yīng)變法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；按圖3 所示展開樁身完整性檢測(cè)。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)的低應(yīng)變法檢測(cè)

圖3 樁身完整性的低應(yīng)變法檢測(cè)

實(shí)例工程現(xiàn)場(chǎng)樁數(shù)總計(jì)為528 根，共取106 根展開低應(yīng)變法檢測(cè)，其中94 根屬于Ⅰ類樁，在抽檢總數(shù)中的占比為88.7%，另外12 根屬于Ⅱ類樁，在抽檢總數(shù)中的占比為11.3%，不存在Ⅲ、Ⅳ類樁。將樁號(hào)240 編號(hào)D1 為例：其最大加載量為1470kN，10 級(jí)加載，5 級(jí)卸載，所用時(shí)間共計(jì) 1680min，沉降量最大值是11.01mm，回彈量最大值為2.63mm。所得試驗(yàn)結(jié)果祥見圖4。

圖4 240 號(hào)樁單樁檢測(cè)結(jié)果

按（JGJ340-2015）《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》當(dāng)中對(duì)于“復(fù)合地基載荷試驗(yàn)”的規(guī)定，可以對(duì)復(fù)合地基承載力特征值展開綜合分析并予以確定。本次試驗(yàn)所得壓力-沉降關(guān)系曲線平緩而光滑，復(fù)合地基承載力特征值就是曲線中的平均值，因此本工程的復(fù)合地基具有485kPa 的承載力特征值。且整個(gè)檢測(cè)過程完全與規(guī)定相符，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

七、結(jié)語

從實(shí)例工程的施工質(zhì)量來看，CFG 復(fù)合樁在確保地基處理質(zhì)量的基礎(chǔ)上，可充分發(fā)揮出地基土體強(qiáng)度方面的潛能，使承載力出現(xiàn)大幅度提升，其處理方法特別有效。在對(duì)高層建筑物實(shí)施地基加固處理方面能體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。