论某工程地基处理中扩底灌注CFG桩的应用

　　【摘要】本文阐述了在地基处理施工中，扩底灌注CFG桩及其优点在工程中得到应用。

　　【关键词】扩底灌注CFG桩；复合地基；分析

　　0前言

　　扩底灌注CFG桩复合地基是以人工挤密桩端持力层和扩底的桩头为载体，以上部灌注的CFG桩和挤密后的桩间土为结合体的复合地基，该施工工艺使得桩和桩间土形成一个水平向和竖向的增强体，保证处理后的复合地基完整均一。扩底灌注CFG桩地基承载力提高幅度较大，并具有很大的可调性，无论是软土还是硬土，都可以通过不同桩径、桩长和置换率，满足通常建筑对地基承载力的要求，具有施工质量易控制、改善桩间土和桩端土性能、施工简便等特点。

　　1施工工艺及加固机理分析

　　1.1施工工艺

　　采用夯扩机械施工，夯扩机械主要由护筒和柱锤组成，其中柱锤重量3.5~4.0t，直径40cm左右，长6.0~8.0m。施工工艺如下：

　　1)将夯机就位并调整平稳，作业人员应从钻机正面与侧面两个相互垂直方向，采用吊锥线进行垂直度检查，及时调整夯机位置，保证护筒及柱锤垂直，并将锤心对准桩位中心点；

　　2)把柱锤吊起后自由落下，落距可根据设计确定，通过柱锤自由落下产生的强大冲击力进行冲击成孔施工，冲击成孔与护筒跟进护壁基本同步进行，保证孔壁在冲击成孔过程中不塌孔，同时起隔水作用，通过柱锤的反复冲击成孔，直至达到设计深度；

　　3)冲孔达到设计要求深度后，人工向护筒内填入干硬性CFG混合料(用天然级配砂石或碎石搅拌)，填料量多少则由夯锤的夯击能量以及成桩直径所确定。对于夯成直径600mm左右的扩大头，一般填料量为每次0.25~0.30m3左右，采用3.5~4.0t柱锤，落距大于5.0m，夯击次数3~5次。扩底成桩过程中，需保证在护筒以外形成扩大头，当孔底经夯实后，再分层填料，分层夯实，直至使扩大头达到设计要求的长度和直径；

　　4)当扩底成桩完成后，人工向护筒内灌注CFG混凝土至施工桩顶标高，灌注过程中需要振捣，灌注完毕后，拔出护筒，将夯机移位，振捣灌注的混凝土，成桩施工完毕。

　　1.2加固机理分析

　　扩底灌注CFG桩复合地基靠提高的桩端端承力、桩周侧摩阻力和被挤密的桩间土共同发挥作用，桩和桩间土的承载力提高幅度都很大。该处理工艺在成桩过程中采用柱锤冲击成孔，成孔过程中桩间土被强行挤向四周，桩间土体经过挤密固结得到了水平压缩，提高了处理范围内的桩间土地基承载力。这一过程不只是一个打桩过程，也是对桩间地基土处理的过程。在扩底成桩过程中，采用柱锤夯击干硬性混凝土进行强行扩充，在桩端部位形成了一个扩大头，扩大头四周的土经过排水固结，得到了挤密加固，形成了一个良好的“人造桩端持力层”。而夯扩形成的扩大头，又是上部CFG桩的载体，提高了CFG桩的端承力。相应地，复合地基承载力也大大提高。采用冲击成桩使干硬性混凝土料在孔底向下和四周扩散挤密，使桩的扩大头的长度加长，直径加粗。在一个场地施工时，根据土层的软硬程度，适时调整贯入度(或锤击数)和填料量不但有效地控制扩大头的挤密程度，亦可有效控制扩大头的长度和直径，使各桩的承载力都达到了比较一致的程度，从而消除了地基的不均一性，使整个场地形成了一个比较均一的复合场地。

　　扩底灌注CFG桩的加固机理主要有挤密机理、置换机理、振密机理。这种成桩过程是集挤密、置换、排水固结、振密等作用于一体，形成了以人工挤密桩端持力层和扩底桩头为载体，以人工灌注的CFG桩和挤密后的桩间土为结合体的完整均一的复合地基。

　　1.3适用范围

　　该施工工艺采用跟管方式防止缩颈，防止地下水和泥土的进入，可以充分保证桩体的连续性和完整性，也可有效控制扩大头的施工直径①。它是处理软土地基及复杂场地的优选方法，其适用范围较普通CFG桩广，对工程地质条件有较大的适应能力，不仅适用于有地下水位情况，还适用于桩端持力层承载力较低的粉土、粉质粘土等，并对存在杂填土和软弱土层的情况仍能适用，且处理效果明显。该施工工艺对于处理深度范围内存在砂土等硬夹层的情况不适用，当砂层厚度超过30cm时，受柱锤冲击的影响，砂土越挤越密，不利于跟管，因此，夯击成孔困难，且单桩施工时间较长，并对临桩产生不利的影响。扩底灌注CFG桩施工工艺的缺点是受目前设备自身条件限制，不能施工超过12.0m的桩长，另外，桩长越长会致成孔、成桩速度较慢，影响施工工期，且不经济。

　　2工程实例及检测成果分析

　　2.1工程实例

　　某工程±0.00标高为44.60m，基础型式为柱基，基础埋深大部分为-2.1m，持力层为②层粘质粉土，其承载力不能满足设计要求，需对地基进行加固处理，处理后的地基承载力达到350kPa，处理后的复合地基土的压缩模量满足E>21.13MPa。

　　根据勘察报告资料，场地内地层自上而下分布有：①层素填土，厚度一般0.3~2.7m；①1层杂填土，厚度0.3~3.6m；②层粘质粉土，厚度3.2~7.4m；②1粘土，本层厚度0.3~1.7m③层粉质粘土，厚度0.5~6.0m；③1层砂质粉土，厚度0.5~2.5m；③2重粉质粘土、粘土，厚度0.5~3.5m；④层粉质粘土，厚度3.0~3.8m；⑤层重粉质粘土，厚度3.1~3.3m；⑥层砂质粉土，最大揭露厚度1.2m；各层土的物理力学性质指标见表1。场地内有第一层水为潜水，稳定水位埋深5.0m~7.0m，水位标高为36.01~39.30m；第二层为层间水，稳定水位埋深13.3~13.4m，水位标高为30.31~30.62m。场地地下水对混凝土无腐蚀性。

　　根据勘察报告，本工程场地没有较好的桩端持力层，当采用钻孔压灌CFG桩复合地基方案时，桩间土发挥的作用小，施工桩长较长，且成孔出土量大，浪费材料严重，增加后期渣土处理难度和费用，工程造价相当高。当采用夯扩桩复合地基方案时，桩长虽相对较短，无桩孔出土，桩间土得到挤密，但对于本场地的地层条件，用料无疑会增多，还有可能出现地面隆起现象，且施工工期很难保证。基于此，将CFG桩和夯扩桩的优点集于一体，提出扩底灌注CFG桩概念。工程设计在保证满足承载力和变形要求以及桩土变形协调的原则下，采用扩底灌注CFG桩复合地基处理方案。依据规范公式计算，设计有效桩长8.5m，其中上部6.0m桩径为400mm，采用人工灌注CFG桩料；下部2.5m桩径600mm，采用干硬性混凝土扩底，扩大头桩端定在③层粉质粘土和③1层砂质粉土上。在进行单桩承载力设计时，考虑到桩端土③层粉质粘土和③1层砂质粉土土质得到加固振密，将桩的极限端承力提高了1倍，取1100kPa；经计算，单桩竖向承载力为400kN，桩体强度为C25。本工程设计和施工时均考虑了地下水和软弱土层的影响，但从施工前期的试桩效果和施工后期的检测成果来看，采用该施工工艺对存在地下水和软弱土层情况具有很大的适应性。

　　2.2检测成果分析

　　为检验施工质量和积累经验，该工程共在7处进行了复合地基载荷试验，同时在2处进行了单桩静载荷试验，检测成果分别见图1、图2。从图1可以看出，复合地基沉降变形小，且沉降差比较稳定，累计沉降量为17.02mm~21.26mm，由此表明，处理后的场地不仅满足地基承载力的要求，而且是变形比较均一的复合场地；检测成果图2表明，该工程的单桩极限承载力较高，达到900kN还没有破坏，且沉降仅为36.98mm。将其与设计的单桩承载力对比，不难推断，按规范的公式进行计算单桩承载力，还偏于保守，应根据桩端土层的性质，适当对端承力进行修正。此外，对抽取总桩数的10%的桩进行低应变动力试验成果表明，绝大多数桩为Ⅰ类桩，少数为Ⅱ桩，表明桩身完整性良好，也进一步证明了该施工工艺的可行性。
　　3结束语

　　1)扩底灌注CFG桩采用重锤冲孔不但无出土量，而且增大桩间土的挤密效果，并且有效地控制桩顶标高，节省材料，减少后期处理难度，经济效益明显。

　　2)扩底灌注CFG桩采用扩底施工工艺能有效地改善桩端持力层土的性质，提高桩端土层的端承力；而夯扩形成的扩大头，又是上部CFG桩的载体，大大提高单桩承载力。

　　3)扩底灌注CFG桩施工工艺采用跟管护壁是处理软土地基及复杂场地的优选方法，对存在饱和软土或地下水情况仍可适用，且处理效果明显。

　　4)扩底灌注CFG桩施工的关键工序为跟管、扩底和振捣；成桩质量以填料量和贯入度控制。

　　5)从该工程施工和检测的成果看，复合地基承载力提高幅度大，且均匀性好，沉降量小，沉降稳定快。对于单桩承载力的计算，采用规范的计算公式，比较保守，还需对桩端土的端承力进行修正。