CFG樁復合地基在軟土地區回填場地中的應用

徐磊

（浙江省電力建設有限公司，浙江寧波315012）

CFG樁復合地基在軟土地區回填場地中的應用

徐磊

（浙江省電力建設有限公司，浙江寧波315012）

作為一種剛性樁復合地基，CFG樁在北方硬土地區有非常好的應用效果，而在浙江東南沿海一帶的軟土地區則少有使用。通過對某發電廠軟土地質條件的分析，提出了CFG樁復合地基的施工要點，在靜載荷試驗的基礎上，對CFG樁的設計及施工提出了相關建議。

發電廠；軟土地區；CFG樁；施工

某火力發電廠位于浙江東南沿海地區，場地上部回填約5～7 m的碎石，淺層有7～15 m左右厚的軟土，且以工程性質差的淤泥或淤泥質土層為主，具有厚度大、含水量高、孔隙比大、高壓縮性、抗剪強度小、承載力低等特性。發電廠中的某些附屬建（構）筑物和管線對地基承載力和變形要求相對較高，而上部軟土地基承載力又達不到設計要求，因此必須進行淺地基處理。

經過充分的技術經濟比較后，擬采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復合地基作為淺地基處理的主要形式。根據相關規范[1-2]及工程實踐經驗，這種復合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結已完成的素填土地基，對淤泥質土應按地區經驗或通過現場試驗確定其適用性。而本工程所在的浙江沿海地區有關CFG樁復合地基的應用經驗很少，因此需進行相應的試驗，以確定有關設計參數和施工方法。

1 工程概況

1.1 工程地質條件

工程場地位于浙江東部沿海地區，西面接陸，東面和南面臨海。場地主要由低山區和潮間帶組成，屬構造-剝蝕地貌。采用“開山填海”的方式進行場平，即在灘涂區域采取一定的排水固結措施后，對山體進行爆破，將形成的碎石回填至灘涂區域。一方面使場地滿足總圖豎向布置的標高要求，另外可以起到堆載預壓、提高軟土強度的作用。CFG樁復合地基試驗區的地層分布如表1所示。

1.2 CFG樁復合地基設計概況

CFG樁屬于高粘結強度樁，與碎石樁的區別在于樁體材料中摻加了適量的石屑、粉煤灰和水泥，增加了樁體的剛性和強度，不僅可以發揮全樁長范圍內的側阻，樁端若落在較好的土層上時，也可很好地發揮端阻作用。根據場地的地質條件，表1中所示的③黏土性質較好，層厚較大，分布穩定，可以作為CFG樁的持力層。處理后的復合地基承載力特征值按150 kPa考慮，設樁徑為0.40 m，按正方形布置樁位，根據JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規范》，設計樁長為22.2 m，樁端進入持力層1.90 m，樁徑為0.40 m，樁位正方形布置，間距為1.6 m，樁數為5×5=25根，設計復合地基承載力特征值為150 kPa。本次試驗CFG樁樁身混凝土強度等級為C20，配合比為水∶水泥∶粗骨料∶砂∶Ⅲ級粉煤灰=275∶320∶1106∶738∶40；混凝土坍落度為40～50 mm。

2 CFG樁施工

CFG樁施工有兩大難點，一是在上部的回填碎石中如何成樁，二是CFG樁穿越的主要地層為場地淺層性質差的軟土，這對CFG樁的承載能力造成很大影響。一般而言，長螺旋泵壓施工方法適用于軟土地區，但場地的淤泥很厚，此方法很難將土體排凈，螺桿旋進過快會引起縮頸，過慢又會使得樁體發生徑向膨脹，難以保證成樁質量。

綜合考慮后，選用高頻液壓振動沉管方式進行施工。具體的施工工藝流程為：定位放樣→清除樁位上部碎石→測放樁位→下放護筒→回填碎石至設計標高→套管吊裝定位→振動下放套管→鉆機就位→鉆孔達到設計標高→終孔→清孔、抽排套管內泥水→將1組5個套管內灌入混凝土→振動上拔套管→進入下一組CFG樁施工→清槽至樁頂標高→鑿樁頭→鋪設30 cm厚中粗砂褥墊層，夯實壓平。關鍵的施工節點主要有以下6點。

（1）清除碎石并下放護筒：使用挖掘機清除樁位上部7 m的碎石，并使用挖掘機下放插入Φ460 mm的護筒，隨即在護筒周圍回填碎石至+ 3.0 m標高，以固定護筒。護筒長6 m，進入淤泥層約3 m。

（2）下放套管：在+3.0 m標高的施工面層使用起重機起吊液壓振動錘并鉗住孔徑為Φ400 mm套管頂部，吊裝定位，沿護筒垂直振動下放套管。由于在振動下放過程中遇到強度較大的硬土層，套管難以下沉，故本次試驗套管下放深度為20.5 m。

（3）鉆進成孔：采用GXY-1型鉆機沿套管鉆進成孔，鉆孔孔徑為Φ400 mm，鉆進時鉆桿垂直對準樁位中心，一般先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。

（4）灌注混凝土：預成孔結束后，采用潛水泵抽排出套管內的泥水，并及時灌入配制和攪拌好的（C20）混凝土。

（5）上拔套管：當套管充滿混合料后開始振動上拔套管，拔管速度按均勻線速控制，拔管速度為1.2 m/min，成樁過程宜連續進行。成樁樁頂標高為+3.0 m。

（6）樁頭處理：使用挖掘機和人工配合清槽至2.5 m的樁頂標高，人工用沖擊鉆鑿除上部約50 cm的樁頭。使用挖掘機和人工配合在樁頂鋪設30 cm厚中粗砂褥墊層，夯實壓平。

3 CFG樁復合地基試驗成果

當樁體的齡期達到要求后，選擇了6根樁分別進行了單樁豎向抗壓靜載荷試驗和復合地基豎向抗壓靜載荷試驗。

3.1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗

試驗采用直徑同樁徑的圓形荷載板，用1根主梁及若干根工字鋼組成反力堆載平臺，在平臺上堆砂包，形成荷重反力系統。3根樁的單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果如表2和圖1所示。

表1 CFG樁復合地基試驗區的地層分布

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗值

圖1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗Q-s曲線

3根樁均是在加到最后一級荷載后，30 min之內沉降量急劇增大，并超過了前一級荷載下沉降量的5倍，呈現樁刺入地基剪切破壞，因此終止試驗，CFG樁的單樁豎向抗壓極限承載力平均統計值為613 kN。

3.2 單樁復合地基豎向抗壓靜載荷試驗

試驗采用1．6 m×1．6 m的正方形鋼板，在承壓板平面上對稱布置4只百分表，反力系統同單樁試驗。3根樁的單樁復合地基豎向抗壓靜載荷試驗成果如圖2所示。

圖2 單樁復合地基豎向抗壓靜載荷試驗p-s曲線

3組試驗均是因為p－s曲線出現陡降段而終止試驗，取前一級荷載作為極限承載力，經過統計計算，CFG樁復合地基承載力特征值為115 kPa。與設計時初估的目標值150 kPa相比，試驗結果偏低，主要原因有以下2點。

（1）CFG樁對進入樁端持力層的深度有一定要求，初步設計時，CFG樁預定進入③黏土的深度為1．90 m，在采用高頻液壓振動沉管的施工過程中，由于持力層的性質良好，套管很難進入此層很深，因此，成樁后樁端實際進入③黏土為0．40 m，這在一定程度上削弱了CFG樁的承載能力。

（2）對單樁和復合地基靜載試驗成果分析后發現，復合地基最大試驗荷載與荷載板面積的乘積只比單樁極限承載力稍高，這說明復合地基的荷載絕大部分由樁來承擔，也就是說樁間土承載的比例很小，褥墊層并未充分發揮作用，考慮到場地上部回填有粒徑較大的碎石層，孔隙較多且大，褥墊層中的砂可能在加載過程中漏進碎石間的孔隙中，降低了樁間土發揮承載的作用。

4 施工建議

場地上部的回填碎石層阻礙套管下放，是CFG樁施工過程的主要難點，故在護筒埋設前將其挖除，然后下護筒，回填碎石至設計標高。另外，由于在振動下放套管過程中遇到強度較高的硬土層，套管難以下沉，應加大振動錘的功率，盡量使得套管進入持力層一定深度，提高最終成樁的承載力。

由于CFG樁為剛性樁，其與樁間土體的剛度比較大，在復合地基承載時樁土應力比較大，而此值主要由褥墊層來調節，建議在工程樁設計時，可以將褥墊層厚度適當增大，并可考慮采用瓜子片作為褥墊層的材料，避免加載時漏入回填碎石中，以提高樁間土體分擔荷載的比例。

[1]JGJ 79－2012建筑地基處理技術規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2012．

[2]沈祥．CFG樁復合地基設計方法與工程實現的研究[D]．武漢：武漢理工大學，2003．

[3]范云，汪英珍．CFG復合地基樁材特性的試驗分析[J]．地質與勘探，2002，38（7）∶94－96．

（本文編輯：楊勇）

Application of CFG Composite Pile Foundation in Backfill Site in Soft Soil Area

XU Lei
（Zhejiang Electric Power Construction Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315012，China）

As a rigid composite pile foundation，CFG pile has been favorably applied in hard soil area in north China；however，in soft soil areas of southeast coastal regions of Zhejiang,it is rarely used.Through analyzing geological condition of soft soil in a power plant，this paper puts forward construction essentials of CFG composite pile foundation.On the basis of static load test，the paper brings forward corresponding suggestions on design and construction of CFG pile.

power plant；soft soil area；CFG pile；construction

TU471.8

：B

：1007-1881（2014）07-0070-03

2013-11-06

徐磊（1980-），男，浙江舟山人，工程師，從事火力發電廠土建施工管理工作。