CFG樁軟土地基處理施工技術(shù)的應(yīng)用

曾木林

(廈門市中鐵源昌置業(yè)有限公司，福建 廈門 361000)

引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加適量水拌和形成具有高黏結(jié)強度的剛性樁體，通過調(diào)整水泥摻量及配比，其強度等級一般在C5～C25之間變化。作為一種新型的軟土地基的處理方法，CFG樁以前主要用于房建工程的地基處理。其適用范圍主要為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土及砂土、淤泥質(zhì)土等，具有加速土體固結(jié)，沉降變形小、沉降穩(wěn)定快等特點，目前在工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

一、CFG樁成樁機理

其主要形成機理是：在地基中采用特定的施工機械(如：長螺旋鉆機、沉管)鉆孔，利用高壓泵或普通方式將由水泥、粉煤灰、碎石、沙、水等材料配制而成的混合料灌注入成形的鉆孔中，在達到設(shè)計強度后，即形成了水泥、粉煤灰、碎石樁(CFG樁)，由于其上鋪的碎石墊層的整體性，通過摩擦力的作用，使得施工完成并達到設(shè)計強度的樁周圍的土體在受上部荷載作用發(fā)生下沉趨勢，將相對樁產(chǎn)生負摩擦作用，從而提高了樁自身的承載力；同時，由于反作用力的緣故，樁對其周圍一定半徑范圍以內(nèi)的土體又會產(chǎn)生負摩擦力，不但阻止了樁周圍土體的下沉，而且也提高了土體的承載力，這樣就使土體與CFG樁形成了共同受力的結(jié)構(gòu)，從而形成復(fù)合地基，提高了軟弱地基的承載力。其受力示意圖如圖1所示。

二、CFG樁的施工

2.1 施工機具

根據(jù)設(shè)計與所采用的施工方法的不同，CFG樁施工所配備的機械設(shè)備也有所不同。某工程中CFG樁的施工統(tǒng)一都采用長螺旋、高壓泵壓灌的方法施工，其所用的主要設(shè)備有：①長螺旋鉆機(單機工效正常施工為120 m3/24h，即10m樁長的樁為80～100根/24h)與長螺旋鉆桿，常規(guī)深度為18m、23m，該工程設(shè)計深度為11m、14m；②混凝土泵，一般采用地泵(電動)30～60均可；③強制式雙臥軸攪拌機0.5m3。④輸送鋼管及高壓輸送軟管。⑤原材料計量設(shè)備(磅秤或電子秤)。最合理的機械配置是：2臺攪拌機、1臺高壓泵、1套鉆機為一個施工組合，不但能節(jié)省原材料，省去人工經(jīng)常洗管的麻煩，還可以提高施工效率，加快施工進度。

2.2 施工材料

圖1 CFG樁受力示意圖

混合料的配合比應(yīng)根據(jù)設(shè)計的要求，在實驗室配制，再通過現(xiàn)場的試驗樁施工檢測的成果進行適當調(diào)整。配置混合料所需的水泥應(yīng)以普通硅酸鹽水泥為宜，依據(jù)單樁允許承載力的要求以及設(shè)計混合料強度的不同，水泥的用量不同，一般在330kg～360kg，同時應(yīng)摻入泵送劑，依季節(jié)的變化應(yīng)適量添加其他外加劑；所用碎石的粒徑應(yīng)小于10mm，如有條件時應(yīng)盡量采用卵石，而且混合料配比中砂率以不低于70%為宜，施工時坍落度一般在180～210mm之間，以便于混合料的流動，保證泵送和灌注的順利進行。

2.3 施工工藝

2.3.1 實驗樁施工

在開始大批量CFG樁施工以前，應(yīng)施工不少于3根的實驗樁，在試樁完成兩周后即可進行結(jié)果的檢測。通過實驗樁的施工，應(yīng)確定能正確指導(dǎo)以后施工的各種有用參數(shù)，如：確定設(shè)計提供的地質(zhì)報告是否準確，是否有易發(fā)生竄孔的土層；確定混合料的配合比是否能滿足施工要求；確定混合料的泵量、泵壓、泵送混合料時鉆桿的提升速度等。

2.3.2 平整場地

雖然長螺旋鉆機對施工場地的適應(yīng)性較強，但是為了保證CFG樁的施工質(zhì)量，有必要對場地進行簡單的處理。根據(jù)鉆機的重量，要求原狀土強度不能低于50kPa，場地基本平整，地表坡度小于2°。開始施工前應(yīng)使用推土機或裝載機進行清表、平整、碾壓以滿足施工要求，對承載力達不到要求的地段應(yīng)進行換填素土處理。

2.3.3 測量放樣

由施工測量人員按照設(shè)計的要求進行測量放樣，并在場地上用白灰或木樁標出施工段的所有樁位，以便于連續(xù)不間斷的施工。

2.3.4 鉆機就位

移動鉆機進入施工場地，支墊平穩(wěn)，鉆桿對準樁位，檢查垂直度；攪拌機及高壓泵安放在場地內(nèi)，并將各種管線連接緊密。檢查高壓泵的排氣閥門，保證排氣順暢，否則容易在樁體內(nèi)產(chǎn)生比較大的氣泡，從而影響樁的質(zhì)量；檢查鉆桿上的泵送活門在泵送混合料的壓力下能否自動打開。

2.3.5 鉆進成孔

開動長螺旋鉆機鉆進到設(shè)計的底標高。在鉆進過程中隨時觀測鉆機上的電流表，如發(fā)現(xiàn)電流突然有變化時，表明土層發(fā)生了變化，需要改變鉆進速度或遇到特別堅硬的黏土層時，應(yīng)從鉆桿中加注水管適當沖水，保證鉆桿的順利下沉。鉆進過程中不需要有泥漿護壁，不過由于長螺旋鉆的擾動，在孔口會有部分松土。鉆進到設(shè)計底標高后，應(yīng)檢查鉆頭上的土樣，確定是否已進入設(shè)計土層，因為對于CFG樁來說，樁端土層的承載力是樁允許承載力的重要的一部分。

2.3.6 開槽鋪筑砂礫墊層

施工完成后，鉆機移位至下一根樁處進行施工。CFG樁完工后復(fù)合地基的基坑開挖采用人工或機械、人工聯(lián)合開挖的方式進行。機械、人工聯(lián)合開挖土預(yù)留人工開挖厚度應(yīng)由現(xiàn)場實驗確定，以保證樁的斷裂部位不低于基礎(chǔ)底面標高。完成開挖并整平后，按照設(shè)計要求鋪設(shè)砂礫墊層，采用靜力壓實法壓實，當基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時，也可以采用動力夯實法。壓實后的墊層厚度與虛鋪厚度之比不得大于0.9。

三、CFG樁復(fù)合地基承載力計算

根據(jù)設(shè)計要求，擠土成樁時，加固后樁間土承載力標準值與天然地基承載力標準值的比值α=1.0～1.2；而非擠土成樁時，α=1.0。CFG樁復(fù)合地基承載力標準值一般通過現(xiàn)場的復(fù)合地基荷載實驗確定，有時也可以按照下面的公式計算：

式中：fsp·k為復(fù)合地基承載力標準值，kPa；

m為面積置換率；

Ap為樁的截面面積，m2；

fk為天然地基承載力標準值，kPa；

α為加固后樁間土承載力標準值與天然地基承載力標準值之比；

β為樁間土強度發(fā)揮系數(shù)，β=0.75～1.0；對變形要求高的建筑物應(yīng)取低值；

Rk為單樁承載力標準值，kN。

單樁承載力標準值Rk取值：當采用單樁靜載試驗求得單樁極限承載力標準值Ruk后，Rk=Ruk/γsp；其中γsp為調(diào)整系數(shù)，取值1.50～1.75，一般工程或基礎(chǔ)下樁數(shù)較多時應(yīng)取低值，重要工程、基礎(chǔ)下樁數(shù)較少或樁間土為承載力較低的黏性土時應(yīng)取高值。當沒有單樁靜載實驗資料時，采用如下公式計算：

式中：Up為樁的周長；

qsi為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值，查表可得；

qp為樁的極限端阻力標準值，查表可得；

Li為第i層土的厚度。

4.1 CFG樁的施工允許偏差符合下列規(guī)定

(1)樁長允許偏差≤100mm；

(2)樁徑允許偏差±20mm；

(3)垂直度允許偏差≤1%；

(4)樁位允許偏差：對滿堂布樁基礎(chǔ)≤d/ 2。

4.2 CFG樁的成樁檢測

由于長螺旋壓灌施工方法較好地保持了原狀地基土的強度，單樁靜載檢測或復(fù)合地基檢測時間可放寬至成樁后兩周內(nèi)進行。檢測常用的方法是檢測樁阻極限承載力，而不是直接檢測復(fù)合地基的承載力值，因為前者偏于安全；低應(yīng)變檢測作為樁身完整性參考指標，但CFG樁為素混凝土樁，往往在機械開槽時易被碰裂，此類樁雖然易被判定為有裂隙的樁，但對其在復(fù)合地基中的作用并無影響。其檢測頻率為單樁靜載檢測總樁數(shù)的5‰～1%，且不應(yīng)少于3個試驗點；同時每單位工程樁數(shù)按10%做低應(yīng)變檢測，以檢測樁身的完整性。

四、CFG樁的施工質(zhì)量檢測

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