浅议CFG桩复合地基的应用

[关键词]：CFG 桩　褥垫层　复合地基

 

1CFG桩复合地基概况

CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。

2褥垫层的意义

按照传统的CFG桩复合地基理论，褥垫层是其重要组成部分，复合地基许多特性都与褥垫层有关。这里所说的褥垫层不是基础施工经常做的10cm厚的素混凝土垫层，而是由粒状材料组成的散体垫层。

2.1设置褥垫层的必要性

CFG桩复合地基有无褥垫层，其区别主要是桩间土的承载力发挥的过程不同。当设置褥垫层时，桩间土一开始就承担了较大比例的荷载，在正常使用状态下，建筑物荷载主要由桩和桩间土共同承担；而不设褥垫层时，荷载一开始主要由桩来承担，桩间土基本不承担或承担很少。在正常使用状态下，建筑物荷载主要由桩来承担。当复合地基承载力达到极限时，无论是其承载力的大小以及桩、土的荷载分担比都是相同的，故可取消褥垫层。

2.2不设置褥垫层的情况

取消垫层，让桩顶直接与基础接触，实际上就是在正常使用状态下充分发挥桩的承载力，使其接近极限，而让桩间土强度为作安全储备，这样虽然桩的安全系数K小于2(一般1.1左右)，但地基土的安全系数却较高，复合地基总的安全度并没有降低，就象桩基础在正常使用状态下，其摩阻力和端承力发挥程度不一样、其各自的安全系数也不一样，类似于“复合桩基”的设计思想。

3CFG桩复合地基的优点

（1）适用性广，承载力提高幅度大

CFG桩复合地基技术适用于非饱和及饱和的粉土、粘性土、填土、砂土、淤泥质土等地质条件，处理后，复合地基的承载力与原地基承载力相比，可提高2-5倍。

（2）施工简便，工期短

CFG桩施工方法一般为长螺旋钻成孔泵送混凝土法，施工时，没有钢筋笼制作等工序，成孔成桩一次完成减少了成桩时间，加快了施工速度。

（3）保护环境

CFG桩施工时，不需泥浆护壁，没有泥浆外运，既节约了资金，又无环境污染，对市内施工，非常适合。

4CFG桩在复合地基中的优势

（1）承载力提高幅度大、可调性强

CFG桩桩体可以从几米到20多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40%-75%之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高时，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时，桩长可设计得长一点。特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，CFG桩复合地基则比较容易实现。

（2）适应范围广

对基础形式而言，CFG桩既可以适用于条形基础、独立基础，也可以用于筏板基础和箱型基础。就土性而言，CFG桩可用于饱和、非饱和粘性土，既可以用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。

（3）桩体的排水作用明显

CFG桩在饱和粉土和沙土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完得CFG桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，知道CFG桩体结硬为止。

（4）复合地基变形小

复合地基模量大、建筑物沉降量小事CFG桩复合地基重要特点之一，大量工程实践表明，建筑物沉降量一般可控制在2-4厘米。对于上部和中间有软土层的地基，用CFG桩加固，桩端放在下面好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，建筑物的沉降都不大。

5CFG桩基的施工

5.1CFG桩施工设备

在此，以长螺旋钻管泵压CFG桩为例，此施工工艺是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整体系，在现代施工中，步履式长螺旋钻机及商品混凝土比较普遍。

长螺旋钻机是施工工艺中的核心部分，目前长螺旋钻机根据其成孔深度分为12、16、18、24米和30米等机型，施工前应根据设计桩长确定施工所采用的设备。其次，进行商品混凝土浇筑时如需采用接泵的，需配备泵管。

5.2施工前准备

5.2.1材料

CFG桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂，在进场前需确定原材料的种类、品质，并将原材料送至相关部门进行检测。由于现阶段建筑施工多使用商品混凝土，所以需将商品混凝土样品及时送检。

5.2.2施工现场

在降水方面，CFG桩施工要求地下水应降至基底标高0.5-1.0米，确定降水深度时还应考虑电梯井、集水坑等的深度。在基坑开挖方面，其开挖深度应根据基底设计标高和保护土层厚度确定。当保护土层厚度为50厘米、褥垫层厚度为15厘米时，开挖标高为素混凝土垫层底标高以上35厘米，以此类推。其开挖范围考虑到目前国产长螺旋钻机情况，基底开挖平面尺寸以建筑物的底板边缘为基准向四周均扩出1.0米。若施工图纸上已经标注具体做法及数据，应根据图纸施工。另外施工现场应做好“三通一平”等保障工作。

5.2.3施放桩位

在CFG桩施工前应根据图纸，确定建筑物的控制轴线，并将CFG桩的准确位置施放到CFG桩作业面上。施放的桩位应明显、易找、不易被破坏，如有些工地采用有一定直径和深度的白灰点表示桩位。

5.2.4施工资料

施工前应准备好工程地质勘查报告、建筑物场地临近的高压电缆及地下管线障碍物等调查资料、地基处理方案、施工组织方案、CFG桩复合地基施工图、施工中各种记录、报审、报验表格等。

5.3施工过程

5.3.1钻机就位

CFG桩施工时，钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。

5.3.2钻进成孔

钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动钻机，开始钻进。一般先慢后快，这样便于及时修正。若发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于设计桩长，当钻头到达设计桩长预订标高时，于动力头地面停留位置相应的钻机塔身处做醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。施工时还要考虑施工作面的标高差异，作相应增减。

5.3.3灌注及拔管

CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提速宜控制在2-3米/分钟。成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。若施工中因其它原因不能连续灌注，须根据勘察报告和已掌握的施工场地的土质情况，避开饱和砂土、粉土层，灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。

5.3.4移机

当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工，由于CFG桩排出的土较多，穿将临近的桩位覆盖，有时还因钻机支撑是支撑脚压在桩位旁是原标定的桩位发生移动，因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

5.3.5弃土清运

CFG 桩施工完毕，待桩体达到一定强度，一般七天左右，方可进行开槽清土。清土包括CFG桩钻孔土清运和保护土层清运两部分，对于CFG桩桩较长且处理面积较大的楼座，由于人工清运效率低，可采用机械和人工联合清运。采用挖掘机清土时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动桩工作面以下保护土层，禁止在打桩工作面上行走，挖掘机清理完大片弃土后，人工将桩身保护桩长大部分挖除，或使其与桩身断开，一般留下30厘米的保护桩长，打桩弃土清运完毕后，其下50厘米保护土层采用人工挖除。

5.3.6桩头处理

弃土工作完毕后，需将桩顶设计标高以上桩头截断，首先找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断，最好采用截桩机截桩，其次，桩头截断后，用钢钎、手锤等将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高，允许偏差为0-±20厘米。

5.3.7褥垫层的处理

CFG桩复合地基检验完毕且满足设计要求后，可进行褥垫层施工。褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石，也可为细石混凝土，碎石粒径多为8-20毫米，其厚度一般为10-30毫米，具体情况根据施工图纸酌定。

5.3.8CFG桩施工常见问题及处理

（1）堵管

堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率，增加劳动强度，造成材料浪费，若故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加再次堵管几率，给施工带来很多困难。若因混合料配合比不合理，和易性不好而发生堵管，需注意细骨料和粉煤灰两种材料的掺入量，特别是注意粉煤灰掺入量宜控制在60-80千克/立方米。若因混合料搅拌质量有缺陷，需确保混合料能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管到达钻杆芯管内，同时控制好混合料坍落度，宜控制在16-20厘米。

若因设备缺陷而导致堵管，需保证管件连接顺畅，确保弯管与高强柔性管等连接紧密，保证垫圈无破损。此外施工人员操作不当也会导致堵管现象发生。

（2）窜孔

在饱和细砂层、粉砂层中施工常遇窜孔现象。在一般情况下，完成一根桩所需时间为30-40分钟，完成1号桩后，在2号桩钻进成孔过程中，1号桩混合料尚未凝固而流向2号桩钻孔中，所以发现已完成的1号桩突然下落，有时甚至达两米以上，当2号桩泵入混合料时，泵送压力加大，迫使2号桩的混合料又流向1号桩恢复到原设计标高。这种现象叫窜孔。

因此可采取增大桩距的设计方案，增大桩距的目的在于减少打桩机器的剪切扰动，避免不良影响。改进钻头，提高钻进速度。减少打桩推进排数，如将一次打好几排改为2排或1排，尽快离开已打成的桩，减少对已打桩扰动能量的积累。必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。

（3）断桩

桩基施工完毕，发现桩身裂缝的所在部位，应分析原因，得出自身问题是在施工时，由于提钻速度较快，空气未全部释放出来，致使桩身产生断面裂缝，另外是混合料的搅拌时间不够，和易性差，出现蜂窝麻面桩。外部原因是土建施工时机械挖基坑平整土方时，被挖掘机和铲车碰断。解决方案是,浅部断桩,对断桩单独进行处理,剔除上部断桩,用与桩身相同的混合料按桩径设计标高补桩。如果是外部原因土建单位用机械施工,造成大范围的浅部断桩,应与设计单位、监理单位、建设单位共同制定方案。一般情况下,在原定检测方案的基础上,选择几根断桩进行单桩复合地基静载荷试验,对比完整性桩和断桩试验结果,确定断桩是否能够使用,如果确定复合地基承载力和变形能满足设计要求,可不进行处理,如不符合要求，需进行设计方案论证。但在CFG桩施工时,要特别注意浅部的施工质量,在开挖基坑时,在桩顶标高以上1m处,一定采用人工开挖,以免碰断桩身,保证CFG桩的完整性和质量。桩头断桩后进行接桩，当桩顶高程低于施工图标识高程时，如开槽或剔除桩头必须进行补桩，可采用比桩体强度高一等级的豆石混凝土接桩至施工图标识桩顶标高，注意在接桩过程中保护好桩间土。

6结束语

建筑上遇到的复杂地质情况使基础工程越来越重要，其工程造价占整个工程总投资的比例也越来越大，深基坑支护、地下连续墙、逆作法等工艺先后被采用。现在广泛应用的钻孔灌注桩、振动沉管灌注桩等固有的缺陷十分突出，主要表现在施工速度慢，场地污染严重，成桩质量难以保证，材料浪费大，容易出现各种弊病，而CFG桩表现出较大的优势，桩体材料价格低，施工方便，节省投资，是一种较为理想的地基处理技术，具有显著的经济效益和广阔的推广前景。