談CFG樁施工工藝及常見問題處理

劉利民

(中國建筑材料工業地質勘查中心新疆總隊，新疆烏魯木齊 830000)

0 引言

CFG樁，又稱為水泥粉煤灰碎石樁，是一種由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機械制成的可變強度樁。通過調整水泥摻量及配比，其強度等級在C15～C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復合地基共同工作。

CFG樁的適用范圍很廣。在砂土、粉土、粘土、淤泥質土、雜填土等地基均有大量成功的實例。CFG樁對獨立基礎、條形基礎、筏基都適用。

目前，CFG樁復合地基技術在全國一些地區的工業與民用工程中都得到了應用。工程實踐證明，CFG樁復合地基設計承載力不會有太大問題，可能出現的問題是CFG樁的施工。因此，了解CFG樁施工工藝及施工技術的特點，熟悉CFG樁施工中的常見問題的成因及處理方法，對于不同地質條件工程中CFG樁的施工工藝選擇、順利施工以及成樁質量控制有著很重要的意義。另外，設計人員對CFG樁施工工藝的全面認識，也可以在方案選擇、設計參數的確定以及施工措施上考慮得更加全面。

1 CFG樁的成孔施工工藝

水泥粉煤灰碎石樁的施工，應根據設計要求和現場地基土的性質、地下水埋深、場地周邊是否有居民、有無對振動反應敏感設備等多種因素選擇施工工藝。常見的CFG樁成孔施工工藝包括長螺旋鉆孔灌注成樁，長螺旋鉆孔管內泵壓混合料成樁，振動沉管灌注成樁，人工挖孔灌注成樁等［1］。不同成孔方法有著不同的特點及適用土層。

1．1 長螺旋鉆孔灌注成樁工藝

長螺旋鉆孔灌注成樁工藝采用螺旋鉆機成孔，施工時電動機帶動鉆桿轉動，使鉆頭上的螺旋葉片旋轉來切削土層，削下的土屑靠與土壁的摩擦力沿葉片上升排出孔外。其成孔不用泥漿或套管護壁，施工無噪聲，無振動，對環境影響較小，設備簡單，操作方便，施工速度快。長螺旋鉆孔灌注成樁適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土，和粒徑不大的礫砂層，要求樁長范圍內無地下水，以保證成孔時不塌孔。

1．2 長螺旋鉆孔管內泵壓混合料成樁工藝

長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料成樁工藝，是由長螺旋鉆機、混凝土泵和強制式混凝土攪拌機組成的施工體系，是國內近幾年來使用比較廣泛的一種新工藝，屬非擠土成樁工藝，具有穿透能力強、低噪聲、無振動、無泥漿污染、施工效率高及質量容易控制等特點，對周圍居民和環境的不良影響較小。

1．3 振動沉管灌注成樁工藝

振動沉管是利用振動樁錘將樁管沉入土中成孔，振動沉管成孔適用于在一般粘性土、淤泥、淤泥質土、粉土、稍密及松散的砂土及填土中使用。它具有施工操作簡便、施工費用較低、對樁間土的擠密效應顯著等優點。但振動沉管灌注成樁工藝難以穿透厚的硬土層、砂層和卵石層等。在飽和粘性土中成樁，會造成地表隆起，擠斷已打樁，且振動和噪聲污染嚴重，在城市居民區施工受到限制。

1．4 柱錘沖孔灌注成樁工藝

干作業柱錘沖孔就是利用柱錘沖擴鉆機或沖擊錘對地基土沖擊成孔，一般孔深較淺，所以不用護壁。該法適用于地下水位以上的殘坡積或回填土碎石土地基、黃土粘土地基短樁施工。

1．5 人工挖孔灌注成樁工藝

人工挖孔是用人工挖土成孔，不需要大型機具設備，施工操作工藝簡單，人工挖孔樁適用于無地下水或地下水較少的粘土、粉質粘土、含少量的砂、砂卵石的粘性土層，也可用于膨脹土、凍土中施工，特別適于在黃土中使用，對有流砂、地下水位較高、涌水量大的沖積地帶及近代沉積的含水量較高的淤泥及淤泥質土層中，以及松砂層、連續的極軟弱土層中不宜采用。對于孔中氧氣缺乏或有毒氣發生的土層也應該慎用。

2 CFG樁施工中的常見問題分析

水泥粉煤灰碎石樁的施工中由于各種施工方法特點不同，在施工中可能會出現各種問題，常見的問題包括縮頸、斷樁、樁偏位、斜孔、孔底虛土、樁頭夾泥、樁身質量不合格、樁長不足、灌料堵管等。

2．1 縮頸和斷樁

縮頸是樁身某個位置出現樁徑突然變細的現象，縮頸和斷樁是CFG樁施工中可能會出現的問題，其主要發生原因可能有以下幾個方面:

1)在飽和軟土中成樁，樁機的振動力較小，當采用連打作業時，新打樁對已打樁的作用主要表現為擠壓，使得已打樁擠壓成不規則形狀，嚴重時會產生縮頸和斷樁。

2)在上部有較硬的土層或中間夾有較硬土層的土中成樁，樁機的振動力大，對已打樁的影響主要是振動破壞，采用隔樁跳打工藝，若已打樁結硬強度又不太高，在中間補打新樁時，已打樁有時被振裂。

3)軟土中拔管速度過快，軟土結構破壞。

4)淤質地層護壁不夠，待孔時間長使孔壁收縮。

5)在飽和軟土中成樁時，由于已打樁尚未成型，新打樁對已打樁進行擠壓導致已打樁變形，造成縮頸。

6)灌注混合料時拔管太快或振搗不到位，在樁身某個位置出現樁徑突然變細的現象。

7)由于開挖基坑時方法不當導致淺層斷樁。

2．2 樁體強度不均勻

在施工過程中，工藝操作不當可能會產生所成樁的樁體強度不均勻的現象，其主要發生原因可能有以下幾個方面:

1)出現這種現象是由于混合料和易性不好或振搗不到位所致。

2)由于配合比不合理或攪拌不均勻在下料時輸送管中的混合料發生離析比重小的水和粉煤灰被其他粒料擠至樁體四周，使得樁體的某個部位偏向四周的區域沒有骨料而是充滿了水和粉煤灰，隨著時間推移粉煤灰沉積于空樁下部。

3)灌注混合料時拔管太慢或振搗時間過長，使得樁端部樁體水泥含量太少，樁頂浮漿較多，而且混合料也容易產生離析，造成樁身強度不均。

2．3 樁偏位及斜孔

在成孔施工中可能會發生孔的傾斜而造成樁的傾斜，從而影響樁的豎向承載力，或者發生成樁樁位偏離原設計位置的情況，一般樁偏位可能是由于打樁擠土或挖土不當造成的，而斜孔則可能是鉆機不穩或鉆桿垂直度不夠造成的。在飽和軟土中成樁，當采用連打作業時，新打樁對已打樁的作用主要表現為擠壓，也可能導致樁的偏位。

2．4 灌料堵管

CFG樁施工中，可能會發生灌料堵管的現象，它直接影響樁的施工效率，增加工人勞動強度，造成材料浪費。特別是故障排除不暢時，使已攪拌的混合料失水或結硬，增加了再次堵管的幾率，給施工帶來很多困難。

造成灌料堵管可能有以下幾種原因:

1)混合料配合比不合理，碎石粒徑偏大，或水泥因存放時間過久或受潮而結塊。

2)混合料攪拌質量有缺陷。

3)設備原因。

4)由于施工不當使地下水涌入砂石回灌。

5)冬季施工時材料受潮結冰，經拌和后仍不能將冰塊消除。

2．5 竄孔

在飽和粉土、粉細砂層中施工常遇到這個問題，鉆桿鉆進過程中葉片剪切作用對土體產生擾動;土體受剪切擾動能量的積累，使土體發生液化。工程實踐證明，被加固的土層中雖有松散粉土、粉細砂，但沒有地下水，施工中沒發現有竄孔現象;被加固的土層中有松散粉土、粉細砂，有地下水，但樁距很大，每根樁成樁時間很短，也很少發生竄孔;只有在樁距較小，樁的長度大，成樁時間長，成樁時一次移機施打周圍樁數量過多時才發生竄孔。施工中根據不同情況采取相應的措施。

3 CFG樁的質量控制方法

1)合理選用成孔工藝。成樁的施工工藝對CFG樁成樁質量非常重要，不同的地質情況適合不同的成孔方法，所以，水泥粉煤灰碎石樁的施工，應根據設計要求和現場地基土的性質、地下水埋深、場地周邊是否有居民、有無對振動反應敏感設備等多種因素選擇施工工藝，這是確保CFG樁復合地基施工質量的有效途徑。

2)施工前配合比試驗及坍落度控制。施工前應按設計要求由試驗室進行配合比試驗，施工時按配合比配置混合料。長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料成樁施工時每立方米混合料粉煤灰摻量宜為70 kg～90 kg，坍落度宜為160 mm～200 mm，振動沉管灌注成樁施工的坍落度宜為30 mm～50 mm。這是因為坍落度太大，易產生泌水、離析，坍落度太小，易造成堵管［1］。

3)控制施工拔管速度。長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料成樁施工在鉆至設計深度后，應準確掌握提拔鉆桿時間，控制混合料泵送量與拔管速度相匹配，遇到飽和砂土或粉土層，不得停泵待料。應嚴格控制拔管速率，沉管灌注成樁施工拔管速度應按勻速控制，正常的拔管速率應控制在1．2 m/min～1．5 m/min，如遇到淤泥或淤泥質土，拔管速度應適當放慢［1］。

4)控制樁頂標高。施工中樁頂標高應高出設計樁頂標高，留有保護樁長。每根樁在加料時，要比設計樁長多加0．5 m樁長的混合料。用插入式振搗棒對樁頂混合料加振3 s～5 s，提高樁頂混合料密實度。振動沉管灌注成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過200mm［1］。

5)采用正確的打樁順序。振動沉管灌注成樁時，由于成樁時對土體的擠密作用，后打入樁將使先打入樁受水平推擠而造成偏移和變位，因此要采用正確的打樁順序:對于密集樁群，自中間向兩個方向或四周對稱施打;當一側毗鄰建筑物時，由毗鄰建筑物處向另一方向施打;根據基礎的設計標高，宜先深后淺;根據樁的規格，宜先大后小，先長后短［2］。

6)施工偏差控制。施工中樁長允許偏差為100 mm，樁徑允許偏差為20 mm，施工垂直度偏差不應大于1%，對滿堂布樁基礎，樁位偏差不應大于0．4倍樁徑，對條形基礎，樁位偏差不應大于0．25倍樁徑，對單排布樁樁位偏差不應大于60 mm［1］。

7)褥墊層設置。褥墊層在CFG復合地基中可以保證樁土共同承擔荷載，通過褥墊層厚度可以調整樁土荷載分擔比例。褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級配砂石和碎石，碎石粒徑宜為8 mm～20 mm，不宜選用卵石。褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法，當基礎底面下樁間上的含水量較小時，也可采用動力壓實法，褥墊夯實后的厚度與虛鋪厚度的比值不得大于0．9。

4 CFG樁的質量檢驗

1)施工檢驗記錄。

施工中應對每一根樁成樁時間、投料量、樁長、發生的特殊情況等進行詳細記錄，施工質量檢驗主要應檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數、樁位偏差、褥墊層厚度、夯填度和樁體試塊抗壓強度等。

2)承載力及樁身完整性檢測。

CFG樁復合地基竣工驗收時，主要應對其承載力以及單樁樁身完整性進行檢測，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗。檢測必須在樁體強度滿足試驗荷載條件時進行，一般宜在施工結束28 d后進行。實驗數量不應少于3個試驗點，試驗數量為總樁數的0．5%～1%。樁身完整性采用低應變動力試驗，抽取總樁數的10%進行檢測［3］。

5 結語

CFG樁復合地基技術應用較為廣泛，了解CFG樁施工工藝及施工技術的特點，熟悉CFG樁施工中的常見問題的成因及處理方法，對于不同地質條件工程中CFG樁的施工工藝選擇、順利施工以及成樁質量控制有著很重要的意義。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］．

［2］張忠苗．樁基工程［M］．北京:中國建筑工業出版社，2009．

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］．

［4］馮國衛．CFG樁施工工藝總結［J］．山西建筑，2011，37(3):65-66．