CFG樁軟土地基處理施工技術的應用

曾木林

(廈門市中鐵源昌置業有限公司，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強度的剛性樁體，通過調整水泥摻量及配比，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、粉質黏土、粉土及砂土、淤泥質土等，具有加速土體固結，沉降變形小、沉降穩定快等特點，目前在工程中得到越來越廣泛的應用。

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計強度的樁周圍的土體在受上部荷載作用發生下沉趨勢，將相對樁產生負摩擦作用，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的土體又會產生負摩擦力，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構，從而形成復合地基，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

根據設計與所采用的施工方法的不同，CFG樁施工所配備的機械設備也有所不同。某工程中CFG樁的施工統一都采用長螺旋、高壓泵壓灌的方法施工，其所用的主要設備有：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，常規深度為18m、23m，該工程設計深度為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，不但能節省原材料，省去人工經常洗管的麻煩，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

混合料的配合比應根據設計的要求，在實驗室配制，再通過現場的試驗樁施工檢測的成果進行適當調整。配置混合料所需的水泥應以普通硅酸鹽水泥為宜，依據單樁允許承載力的要求以及設計混合料強度的不同，水泥的用量不同，一般在330kg～360kg，同時應摻入泵送劑，依季節的變化應適量添加其他外加劑；所用碎石的粒徑應小于10mm，如有條件時應盡量采用卵石，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，應施工不少于3根的實驗樁，在試樁完成兩周后即可進行結果的檢測。通過實驗樁的施工，應確定能正確指導以后施工的各種有用參數，如：確定設計提供的地質報告是否準確，是否有易發生竄孔的土層；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性較強，但是為了保證CFG樁的施工質量，有必要對場地進行簡單的處理。根據鉆機的重量，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，鉆桿對準樁位，檢查垂直度；攪拌機及高壓泵安放在場地內，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，否則容易在樁體內產生比較大的氣泡，從而影響樁的質量；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計的底標高。在鉆進過程中隨時觀測鉆機上的電流表，如發現電流突然有變化時，表明土層發生了變化，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。鉆進到設計底標高后，應檢查鉆頭上的土樣，確定是否已進入設計土層，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樁完工后復合地基的基坑開挖采用人工或機械、人工聯合開挖的方式進行。機械、人工聯合開挖土預留人工開挖厚度應由現場實驗確定，以保證樁的斷裂部位不低于基礎底面標高。完成開挖并整平后，按照設計要求鋪設砂礫墊層，采用靜力壓實法壓實，當基礎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樁復合地基承載力計算

根據設計要求，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樁復合地基承載力標準值一般通過現場的復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為樁間土強度發揮系數，β=0.75～1.0；對變形要求高的建筑物應取低值；

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為調整系數，取值1.50～1.75，一般工程或基礎下樁數較多時應取低值，重要工程、基礎下樁數較少或樁間土為承載力較低的黏性土時應取高值。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為樁側第i層土的極限側阻力標準值，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≤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，單樁靜載檢測或復合地基檢測時間可放寬至成樁后兩周內進行。檢測常用的方法是檢測樁阻極限承載力，而不是直接檢測復合地基的承載力值，因為前者偏于安全；低應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的5‰～1%，且不應少于3個試驗點；同時每單位工程樁數按10%做低應變檢測，以檢測樁身的完整性。

四、CFG樁的施工質量檢測

[1]閻明禮，張東剛.CFG樁復合地基技術及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[2]徐至鈞主編.水泥粉煤灰碎石樁復合地基[M].北京:機械工業出版社，2004.

[3]張守峰.CFG樁復合地基的應用研究[A].哈爾濱工業大學碩士學位論文[C].2005.

[4]于富華.CFG樁復合地基承載力計算方法的比較[J].巖土工程界，5(11):47，50.

[5]閆和雷，王闖.CFG樁復合地基承載力和沉降計算方法分析[J].山西建筑，32(18):68-69.