高層建筑CFG樁復合地基施工技術分析

彭 林

（中國甘肅國際經濟技術合作有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

從民用建筑的地面高度或層數劃分可以看出在27m以上的住宅以及在24m以上的非單層公用建筑，其高度不超過100m，屬于高層民用建筑。我國雖然地大物博，但是城市化進程的加劇卻導致城市土地資源變得異常寶貴。很多一線城市人口密度較高，為最大限度提升土地資源利用效率，建設大量的高層建筑已經成為必然趨勢。但是高層建筑建設過程中對施工技術、地基質量的要求較高，因此有必要針對高層建筑復合地基施工技術展開分析、研究和創新。

在高層建筑中，樁基礎是非常普遍的一類地基處理施工工藝，具備承載能力較強、應力傳遞性較快且滿足形變特征和要求等特點。復合地基處理技術和其他地基處理技術對比，具有成本造價較低、施工工藝簡單以及施工時間短等優勢，所以在很多高層建筑施工過程中都會應用復合地基處理施工工藝[1]。目前采用的復合地基樁體類型繁多，CFG樁復合地基處理施工技術十分常見。本文在分析高層建筑復合地基類型的基礎上，對高層建筑CFG樁復合地基施工技術進行分析，并結合實際的工程案例提出可行性建議。

1 復合地基的類型

對高層建筑復合地基相關的施工技術進行研究和分析，首先要充分了解復合地基處理施工技術的具體特點，然后分析在強荷載力作用下復合地基的應力分布狀況。當前，高層建筑復合地基的具體定義為：在對天然地基進行處理的過程中，可通過增加加筋材料或者人工增加地基等方式來強化其部分土體結構強度。根據地基強化部分的方向又可以對復合地基進行分類，可根據復合地基的朝向將其分為豎向增強體復合地基以及水平方向增強體復合地基等形式，不同類型的復合地基有其自身的特征[2]。

1.1 散體材料復合地基

散體材料復合地基主要是指應用水泥、碎石樁等材料為主的一類復合地基處理施工工藝，目前多采用碎石樁材料對地基進行加固。一般而言，應用散體材料構成的樁體，本身是無法獨立存在的，需要依靠周圍其他土體的輔助圍箍后才能夠形成樁體結構。由散體材料構成的復合地基承載力主要依靠其周圍的土體結構提供的側限力決定。

1.2 一般黏結性樁復合地基

一般黏結性樁復合地基在工程領域又被稱為柔性樁復合地基，可通過雙灰低強度混凝土樁或者水泥土攪拌樁等技術構成。在使用水泥土攪拌樁的過程中一定要做好圍壓控制工作，圍壓和主體應力破壞程度直接呈現正比例關系，即圍壓越高對主體應力產生的破壞就越高。同時，圍壓也會對樁體所承載的垂直荷載和變形模量產生一定影響[3]。一般情況下，柔性樁復合地基容易向處于深層的土體傳輸荷載，其傳輸荷載能力要超過散體材料。

1.3 高黏結性復合地基

高黏結性復合地基屬于剛性樁復合地基的一類，該類樁體整體的結構強度較高，同時在不同圍壓應力的影響下，其應力變化的曲線數值基本上呈重疊態勢，由此可知，圍壓對高黏結性復合地基的樁體結構和變形模量產生的影響是比較小的，同時其還存在較強的置換作用。如果樁和樁之間土體的密度較高，則可以有效提升樁一側的阻力。此外，如果樁基礎周圍的土質較佳，則可以最大限度地發揮端阻效果，有效提升樁結構的承載力。CFG樁復合地基就是高黏結性復合地基的代表。

2 CFG樁復合地基處理施工技術

高層建筑CFG樁復合地基目前最常用的施工方法包括振動沉管成樁、長螺旋鉆孔灌注成樁以及泥漿護壁鉆孔成樁、長螺旋鉆孔管內泵壓混合料灌注成樁等。其中，長螺旋鉆孔灌注樁技術需要采用機械鉆孔技術或者鋼管擠土等方式在地基土層中構成樁孔，同時還會根據高層建筑的施工要求在樁內放置鋼筋籠或者灌注混凝土等方式提升其結構強度和結構承載力。該施工技術比較適合應用于超過地下水位的黏土、粉土以及素填土等緊密度中等以上的砂土材質，如果采用長螺旋鉆孔、泵壓混合料灌注樁成樁方式，該方法比較適合應用于對噪聲污染和泥漿污染嚴重的施工場所。如果在成樁施工中采用振動沉管灌注成樁技術，主要是將帶有鋼筋混凝土的鋼管用機械打樁的方式沉入到天然的土體結構之中，待形成樁孔后放上鋼筋骨架并做好后期的澆筑工作，澆筑完成后需要及時拔除套管，為進一步提升混凝土強度，可利用拔管時產生的振動來開展混凝土振搗施工，從而形成高層建筑施工所需的灌注樁。

CFG樁復合地基主要為水泥粉煤灰碎石樁結構。在制作該樁體的過程中，施工技術人員要選擇質量較佳的碎石、石屑以及砂礫，摻和一定比例的粉煤灰和水泥，加水拌和，然后通過制樁機制作成具有一定強度的樁體。CFG樁最為核心的技術就是采用由碎石、砂礫等散體材料構成褥墊層。在具體施工過程中，可在樁頂部鋪設一層砂石褥墊層，以此保障樁體可呈垂直方向插入，實現樁體、土體以及褥墊層等結構共同承擔高層建筑產生的荷載力[4]。CFG樁復合地基處于剛性樁和柔性樁之間，可通過調整樁結構中水泥的含量配比來改變樁體的強度。一般情況下，可通過改變水泥配比使CFG樁強度處于C5～C25之間。在CFG樁復合地基施工過程中，要結合施工現場的實際情況進行分析，可根據現場施工條件采用長螺旋鉆孔灌注樁、長螺旋鉆中心壓灌樁、振動沉管灌注樁、泥漿護壁成孔灌注樁四類施工工藝。其中長螺旋鉆孔灌注成樁適合用于在超過地下水位的黏性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土構成的樁土。而泥漿護壁成孔灌注成樁則適合用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風化巖等構成的樁土。

CFG樁復合地基與樁間土結合，利用褥墊層與CFG樁復合地基協同工作，可依據復合地基的特性和計算結果進行工程設計，并且CFG樁復合地基不需要加筋，其主要原料為粉煤灰和石屑，可以減少施工成本。CFG樁具有可根據現場條件進行強度調節的特點，在復合地基中得到了廣泛的應用，如砂土、粉土、黏土、淤泥質土、雜填土等。另外，CFG樁復合地基也可用于各種基礎，如獨立基礎、條形基礎、筏基等。高層建筑樁基的施工中，要充分考慮地基的承載力和變形這兩個基本條件，而在進行高層建筑的復合地基處理時，要對現場進行實地勘察，科學合理地選擇合適的施工方案。

3 CFG樁復合地基的施工要求

在具體工程項目的施工過程中要提前布設CFG樁布置圖，并做好施工現場布置工作，從而滿足鉆機鉆進需求。

在開展長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注樁成樁施工工藝和振動沉管灌注樁成樁施工工藝的過程中，需要充分滿足以下施工要求：

（1）在高層建筑復合地基處理施工過程中，嚴格按照設計要求開展配合比試驗工作，在具體的施工過程中，要求根據配合比試驗結果完成混合料的配置工作。為了保證高層建筑地基結構質量，要求長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁施工的坍落度必須控制在160～200mm以內，而振動沉管灌注樁的坍落度則要嚴格控制在30～50mm以內，同時振動沉管灌注樁成樁后樁頂浮漿厚度需要低于200mm[5]。

（2）螺旋鉆孔、管內泵壓混合料成樁技術在實際的施工過程中需要施工作業人員嚴格控制鉆孔的深度。同時混合料泵輸送量要求盡量和拔管速度相一致，如果在實際的工程項目施工過程中遇到飽和砂土時嚴禁停泵等待送料，同時在振動沉管灌注成樁過程中，拔管的速度要均勻，要求拔管速度控制在1.2～1.5m/min，如果施工過程中遇到淤泥層則可以適當調整拔管的速度，拔管速度要盡量放慢。

（3）樁基礎施工技術可將高層建筑產生的上部荷載傳遞到周邊的土層之中，所以在高層建筑施工過程中有著非常廣泛的應用。CFG樁復合地基由于樁基的施工方式而異，其前期準備工作也存在較大差別，所以在實際工程中，必須嚴格規范施工，加強管理和協調，并采用科學、高效的施工方案，以保證其工程質量[6]。

4 實際案例分析

4.1 工程概況

某工程項目為高層住宅小區，每棟樓的層數各不相同，最高樓層36層，最低樓層18層。為確保案例代表性，筆者選擇層高18層的高層建筑地基工程項目進行分析和研究，該高層建筑占地面積為0.97萬m2，場地類型為Ⅲ類。通過現場勘察分析，該施工現場的土體結構主要由黏土、粉土、砂土以及卵石土構成，具體構成如表1所示。

表1 場地主要土層分布情況

根據表1可知，該區域的地基天然承載力不符合設計需求。

4.2 地基方案比選

根據該工程項目的土層報告，施工單位選擇了兩種施工方案：

（1）采用CFG樁復合地基和筏板基礎結合的施工方式；

（2）采用預應力混凝土管樁和承臺梁基礎結合的施工方案。

根據計算結果，上述兩方案均符合地基承載力需求，為保障方案優越性，需要進行進一步的比較分析。

4.2.1 施工可行性

由于該工程總的埋深較大，采用預應力鋼管樁施工，對整體平面位置的要求很高，施工困難。若在基坑開挖后進行，應特別注意地下水位的埋深，從而增加了附加的排水成本[7]。因此，結合施工現場的實際需求進行分析后發現，該施工現場存在卵石層，增加了管樁施工難度，也會增加施工周期，鑒于此，經過綜合分析后采用CFG樁復合地基技術，該技術對樁平面定位要求較低，具體采用長螺旋鉆孔管內泵壓灌注工藝用以穿透該施工區域的卵石層。

4.2.2 施工經濟性

表2為地基處理方案設計參數對比。從表2可以看出，兩個方案的工程費用分別為109.2萬元和147.7萬元，其中，方案1的成本優勢明顯。

表2 地基處理方案設計參數對比

4.3 CFG樁復合地基施工技術要點及問題樁

4.3.1 施工要點

（1）在施工材料準備過程中，可根據工程項目施工需求對混凝土進行配合比試驗，將坍落度控制在180mm以內。

（2）鉆孔成孔鉆機的位置是固定的，鉆孔位置是與樁位相垂直的；采用長螺桿鉆機，以1.5～2.5m/min的速度進行鉆孔，在施工過程中，允許樁長誤差不超過10cm；鉆孔后，采用HBT80式地泵進行混凝土輸送，澆筑量30m3/h，拔管速率1.2～1.5m/min，采用均勻的提升速度；在鉆出鉆孔后，要及時清洗井眼；該工程超灌水高度2 m，灌注因子超過1.10，在成樁后對樁頂進行適當的保護；在樁頂標高5～10cm的地方，進行截樁，并進行鉆孔，以清除淤泥[8]。

（3）褥墊層施工過程中要求在墊層和復合地基之間鋪上200 mm厚的墊層，并在虛鋪中砂的基礎上用平板振動器振動到設計高度。

4.3.2 問題樁處理

在此工程中，CFG樁在完成28d后，進行了樁體完整性的檢測，發現有Ⅲ級的樁，少數為Ⅳ級，極少數的為Ⅲ級。

（1）Ⅳ級樁。IV型樁多發生在淺層，樁頂標高低于2m以內，因此，應采取人工開挖方式，以判定樁身問題的嚴重性；

（2）Ⅲ級樁。Ⅲ類樁的問題，以樁端范圍、樁身中部為重點，主要原因是快速拔管造成的混凝土密實度不達標，局部縮徑。承載能力偏低，樁身周邊1/3的樁身間距為10m。

5 結束語

綜上所述，高層建筑復合地基施工中CFG樁因具有施工工藝簡單、造價低等優勢而被有效應用。在應用CFG樁施工技術的過程中，不僅要因地制宜科學制定工程施工方案，同時要嚴格做好地基形變量檢查工作，將其嚴格控制在要求范圍以內，這樣才能為高層建筑后期施工創造良好條件。總之，CFG樁復合地基處理技術的應用可使基礎變形得到有效的控制，能為高層建筑提供經濟有效的支撐。