CFG桩在处理建筑地基基础中的应用

　　一、CFG桩

 

　　水泥粉煤灰碎石桩法（简称CFG桩），是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和，用振动（锤击）沉管打桩机或其它成桩机具形成高粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。

 

　　采用CFG桩进行地基处理，能够使得CFG桩的特点得到充分发挥。CFG桩的主要特点有以下两个方面：

 

　　（1）造价经济方面：CFG桩的造价基金仅为桩基的一半左右，在施工过程中使用CFG桩，不仅操作十分简便，而且工程造价也比较经济，这也是CFG桩得到广泛应用的原因之一。

 

　　（2）变形能力小、承载能力高：由于CFG桩是一种复合桩，且其本身的组成包括碎石和粉煤灰、水泥等，因此在使用CFG桩进行地基处理时，能够有效的控制地基出现变形、沉降等，提升地基的承载能力，且CFG桩桩体并不需要配筋，这相对于其他的地基处理方法来讲，无疑更为方便，虽然不需要配筋，但是依然能够有效的使用桩间土来让地基承载力得到提升；

 

　　CFG桩的适用：（1）长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土。（2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。（3）振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。

 

　　二、CFG桩在处理建筑地基基础中的应用

 

　　（一）工程概况

 

　　某民用建筑所在地的地质条件比较复杂，场地的地形起伏较大，因此要对场地中的低洼、沟道地段进行大面积填方，填方的厚度约为24m。场地内部的地势比较平坦，并无环境边坡分布。场地内已有填土都为近3年内的新近素填土层，成分主要为粉砂土，也有一些孔段夹强风化砂岩块石和角砾岩碎石块，土石比例为8：2-9：1，土质均匀性较差，碎石块多呈现出棱角状，颗粒的半径为20-800mm，强风化砂岩块石比较易碎，土质分布不均匀，局部块石存在架空结构。经过分析研究决定，如果填土变形便会为建筑物的使用带来严重影响，因此采取地基加固处理，提高地基的承载能力，消除不均匀变形现象。经过研究决定，采取CFG桩法复合地基处理技术。

 

　　（二）施工方案

 

　　CFG桩法复合地基处理技术要求地基的承载力特征值要≥380kPa，地基土的压缩模量要≥8MPa，地基土的等校内摩擦角度要≥35°。本工程设计CFG桩327根，桩径600mm，采用梅花形布置，桩间距1.80m，面积置换率为10%，有效桩长16.0m，保护桩长均≥0.5m，桩顶标高为绝对标高558.84m。桩身混料设计强度等级为C25，坍落度为180～200mm，桩底持力层为第⑥层，褥垫层厚度为300mm，材料选用天然级配碎石土，最大粒径小于30mm。采用履带式SR150型旋挖钻机成孔，钻至设计深度后，由混凝土泵将C25商品混凝土通过导管浇筑。打桩顺序的确定，主要考虑桩的检测和桩机的操作便利。打桩顺序与清土方法、进度及场地土质情况有关。CFG桩施工从东南角开始，按逆时针方向打，闭合后由南向北打桩，从北端中部结束退出。

 

　　（三）施工技术

 

　　1、桩机就位

 

　　CFG桩定好位后，按照设计要求在桩中心点处插标杆，放好桩位后移动CFG桩机到达指定桩位，用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身垂直度，校正位置，使钻杆垂直对准桩中心。开钻前量好钻具的长度，并在机架上标明进尺深度标志，保证成孔深度和有效桩长，桩机就位必须铺垫平稳，立柱垂直稳定牢固，钻头对准桩位，检查钻头活门是否闭合，合格后进行钻机就位。

 

　　2、钻进成孔

 

　　钻孔开始时必须确认桩位的编号、孔口标高、孔深，准确无误后关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动钻进，钻进要先慢后快，如果发现钻杆摇晃或卡钻时应放慢进尺，钻头到达设计桩底标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目的标记，作为施工时控制桩长的依据。钻进过程中，平台应保持平衡，未达到设计标高不得反转或提升钻杆，如因特殊情况要提升钻杆或反转，应将钻杆提升至表面，对钻头活门重新冲洗、疏通、闭合。

 

　　3、灌注

 

　　混合料按设计配比进行配制，投入搅拌机加水拌和，加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度为30～50mm，成桩后桩顶浮浆厚度一般不不超过200mm。混合料的搅拌须均匀，搅拌时间不得小于1min。实际施工过程中，每一根桩上的投料量都应当多于或等于设计预期的灌注量。实践中，为了有效的保证成桩的连续性和均匀性，施工过程中可采用连续的填料法。需要注意的是，成孔之后不要立刻将钻机提出，而是要将碎石连续的填入到孔内，使它们可以自然的下沉到至孔的底部，其中填料颗粒的直径应当小于10厘米，且含泥量一般也要小于百分之五；如果级配没有特殊的要求，那么一般每米的填料量应当控制在0.7至0.9立方米。

 

　　4、拔管

 

　　实践施工过程中，当钻杆的芯管充满了混合材料以后，即可开始拔管。施工桩一般要高出设计的高程，当灌注成桩以后，应当在桩顶上盖土封，起到保护的作用。

 

　　5、清土及剔桩

 

　　第一步清土在灌压桩施工完毕后立即将多余混凝土铲除；第二步在成桩后5d左右剔桩，避免因桩身强度较大时剔桩困难；清土采用小型机械设备及人工开挖、运输，避免断桩及对地基土的扰动；清土顶留至少20cm人工清除，找平；清槽后人工截桩，采用3根钢钎间隔120mm，沿径向楔入桩体，直至上部桩体断开，桩顶采用小钎修平；因剔桩造成桩顶开裂、断裂，按桩基混凝土接桩规定，断面凿毛，刷素水泥浆后用高一级混凝土填补并振捣密实。

 

　　6、褥垫层

 

　　褥垫层的厚度与桩土应力比成反比关系，随着垫层厚度的增大，桩土应力比减小，最厚趋向一定值。工程实践表明，褥垫层合理厚度为100～300mm。本工程褥垫层厚度取200mm。此外，褥垫层材料的选用也很重要，不同材料的褥垫层的模量不同，实践证明褥垫层材料宜选用中砂、粗砂、级配砂石或碎石，最大粒径不宜大于30mm。由于卵石咬合力差，施工扰动较大，褥垫层不容易保证均匀，故不宜采用卵石作褥垫层的材料。本工程采用粒径5～20mm碎石作为褥垫层材料较为经济实用。

 

　　（四）检测及沉降观测结果

 

　　该工程CFG桩复合地基施工结束28d后在现场选6处做单桩复合地基静力载荷试验，其单桩复合地基承载力特征值fspk为400～420kpa，平均值410kpa，均大于380kpa，满足设计要求，对应总沉降量为11.9～15.9mm，平均值为14.9mm，满足设计要求。在上部结构施工过程中，施工单位对该楼进行了近一年半的沉降观测，首层开始每层结构完工后均进行观测，在楼四角及中间共设8个观测点，顶层结构竣工验收前测得观测点沉降值为23.8～29.6mm，均未超过40mm。说明上述设计与施工均达到了预期的目的。

 

　　三、结束语

 

　　经检测及沉降观测发现地基处理效果良好。实践证明，CFG桩对于提高复合地基承载力、缩短桩长、节能降耗、加快施工进度和节约工期等都有很大作用。

 

　　参考文献

 

　　[1]战永亮，孙秀竹.CFG桩在储罐地基处理中的试验研究[J].中国港湾建设，2010年4期.