高層建筑中CFG樁復合地基的施工技術

衛思思

(中鐵十六局集團第一工程有限公司，北京 101300)

0 前 言

CFG樁的原形是碎石樁，其是在此基礎上衍生出的全新結構形式，以碎石為主要原材料，摻入適量粉煤灰、水與水泥后遵循特定比例形成的樁體結構，屬于低強度混凝土樁。相較之下，CFG樁在強度指標上明顯超出工程土體，經由樁身可將荷載傳遞至地基底部，緩解樁體負荷，增強結構穩定性。

1 工程概況

本文主要探討河南省周口市泰和家園項目，共14棟住宅樓。工程采用CFG樁結構，各建筑樁徑均為400 mm，樁身長度呈差異化特性，設置有14、15、16、17、18、19、21 m 7種，強度等級C20，整個項目使用CFG樁總量達3 806根。

2 CFG樁復合地基承載力估算

通常柔性樁復合地基承載力可由下式估算：

fspk=[1+m(n-1)]fsk=[1+m(n-1)]afak=ξ·fak

(1)

a=fsk/fak

(2)

ξ=[1+m(n-1)]a

(3)

式中，fspk為加固后復合地基承載力特征值，kPa；m為面積置換率；n為樁土應力比；fsk為加固后樁間土承載力特征值，kPa；a為樁間土強度提高系數；fak為天然地基承載力特征值，kPa；ξ為承載力提高系數。

對黏性土而言，一般取m=0.07～0.25，a=0.6～1.2，n=1.44～3.38，代入式(3)可得ξ=1.2～1.6。由此可知，柔性復合地基承載力的提高能力要優于天然地基，可提高20%～60%。究其原因，ξ和m的值實際上不會很大，太大將導致工程成本的增加。而值直接取決于樁的剛度，由此促使了半剛性樁CFG樁的產生。一般來講，式(1)可用于CFG樁復合地基，但該公式需要實測資料或相關工程經驗來確定應力集中比，若應力集中比無法確定，式(1)便失去了意義。因此，在實際工程中，考慮到樁、土在復合地基遭受破壞時已達到承載能力極限狀態，因此可按照下式估算：

fspk=(1-m)fak+mRa/Ap

(4)

式中，Ra為單樁承載力特征值，kN，按沉管灌注樁有關公式或表格估算；AP為CFG樁單樁橫截面積，m2；其他符號意義同前。

本次工程靜載試驗地段樁徑約350 mm，經帶入上述公式可計算地基承載力fspk=295 kPa，計算結果和試驗結果相差不大，因此可在實際工程中操作。

3 施工工序

3.1 施工準備

1)全面清理場地，處理殘留的腐殖土等雜物，為后續鉆機運行創設平穩環境，可確保設備重心穩定性。

2)嚴格挑選原材料，經復驗后再轉入試驗室加以分析，確定合適的材料配比，混凝土成樁施工中，要求坍落度控制在16～20 cm。

3)正式施工之前的預施工必不可少，經28天養護作業后便可展開單樁靜載試驗，將所得結果呈交給設計單位，分析實際結果與設計指標的偏差情況，合理改進工藝參數，通過優化坍落度、調節投料量等方式提升成樁質量。

3.2 樁位測量放樣

以設計圖紙為基準，精確分析各CFG樁所處位置，做好樁位放樣工作，實際操作中可通過白灰劃定具體樁位，為確保樁結構質量，嚴格將樁位偏差控制在合理范圍內，即不可超過0.4倍樁徑[1]。做好對所有樁結構的編號工作，與鉆機師傅深入溝通，交代鉆進施工的具體要求，避免漏打等問題。編號基于軸線展開，遵循自左向由的基本原則，具體采用的是軸線+根數的方式，例如第一軸十六根，則將其編號為1～16，通過此方式可更為準確地分析樁結構的施工位置，提升施工效率。

3.3 螺旋鉆機就位

1)以軸線為基準復核樁位，確保所有樁位足夠準確后，螺旋鉆機方可進場。

2)待設備就位，施工人員精確測量鉆桿長度，通過吊線檢測的方式分析鉆桿是否與工程需求相符。

3.4 鉆進成孔

1)成孔過程中的質量檢測必不可少，需隨時檢測土樣，并附上文字說明，若鉆桿發生明顯搖晃或是鉆進阻力偏大，需適當放慢進尺。

2)以垂直標桿為基準，分析塔身導桿的垂直狀況，若出現偏差需調整，要求鉆桿時刻對準樁位中心。

3)合理控制鉆進速度，初期以慢速為宜，后續逐步加快但需控制在合理范圍內，此舉可避免鉆桿搖晃，也有助于做好鉆孔糾偏工作。

4)分析鉆頭所處位置，在達到持力層后即可停止施工，主要有兩種方法：①在設備操作室內分析電流值，在鉆孔初期階段，電流值處于較小狀態，持續施工且到達持力層后，電流值將在短時間內急劇提升，且伴隨有電壓下降現象，出現此現象則表明鉆進至持力層；②在鉆機周邊密切分析，若鉆頭已經深入到持力層中，可以發現鉆桿動力頭伴隨有一定程度的顫動現象，且鉆機動力大幅下降，這也是判定鉆頭是否進入持力層的可行方法。

5)灌注施工。經上述流程后，鉆機到達指定位置并暫停鉆進作業，此時安排專員引導設備操作者，緩慢提升鉆桿，在提升高度達到20～30 cm時便具備灌注施工條件。嚴格控制單根CFG樁的用量，即不可出現低于設計用量的情況，每個班組選取3塊混凝土試塊加以分析，進一步分析樁身強度情況。

6)提鉆。具體為靜止提拔的方式，通過試驗樁確定合適的拔管速率，通常情況下應穩定在2.0～2.5 m/min，整個過程遵循勻速原則。

7)成樁。適當提升樁頂標高，相較之下需比設計值高出50 cm；做好封頂工作，可使用濕黏土加以處理。

8)鉆機移位。結束某一根樁的灌注作業后，轉入后續施工中，這一過程遵循“跳樁法”，具體指的是隔排或是隔列的方式。此方法的優點在于不對舊樁造成影響，且方便施工人員在第一時間清理樁內土，可控制樁位偏差。

9)清土與樁頭處理。

(1)結束樁結構施工作業后，檢測其強度，待達到指定值后(常需要3～7天)，可安排施工人員開挖清土，為提升施工效率可適配小型挖掘機，在其輔助下形成挖槽，上述操作不可對樁身造成任何影響，也不能影響樁間土和破壞未施工的樁位。嚴格控制好各層開挖深度，以50 cm為宜，輔以人工作業的方式清理殘留于樁周邊的土體；槽底殘留20～30 cm土層，此部分采用人工清理方式。

(2)結束清土作業后，便可處理樁頭結構，需將超出設計標高上方的部分截去，此環節操作以人工截樁的方法為主，經處理后樁頭端面達到平直狀態，需足夠完整，頂面水平偏差控制在0 mm內。

(3)利用挖掘機將產生的棄土清理并轉移到指定區域，當挖掘機處于施工范圍內時，不可出現在打樁工作面行走的現象，若存在行走需求，需利用棄土鋪設并形成墊層，厚度不可低于1 m。實際工作中，挖掘機的標高需得到合理控制，不可出現工程樁斷裂的現象，盡可能降低對打樁工作面下方土層的影響。要求對樁頂標高下方的樁體形成有效的保護，確保樁間土具有足夠的穩定性。

(4)根據水準儀找出樁頂標高位置，在同一水平面3個方向用電鋸切割，然后用大錘擊打。

3.5 檢 測

竣工后的質量檢驗，需在成樁28天后展開，從所有樁結構中挑選20%，對其展開低應變檢測；此外從中挑選1%的樁結構，對其展開復合地基檢測。

1)樁身檢測：隨機抽樣并得到混凝土試塊，要求每個臺班都制作3個試塊(為邊長100 mm的正方體形式)，采取標準養護方案，分析28天抗壓強度。

2)完整性檢測：需通過低應變動力試驗的方式展開，所檢驗的樁數需達到總量的1/5。

3)復合地基檢測：通過靜載試驗的方式展開，抽檢數量為總量的1%，同時滿足每個單體至少為3根的基本原則。

3.6 樁頂褥墊層施工

處理CFG樁樁頂，在該基礎上設置20 cm砂石褥墊層，借助水準儀合理控制標高，輔以靜力壓實法，經施工后所得壓實系數需達到0.9。

4 工程常見問題及防治措施

4.1 縮頸和斷樁

若遇到飽和軟土施工環境，此時樁基振動力偏小，在連打作業下，已竣工的CFG樁將受到擠壓影響，隨之出現變形現象，嚴重時還會引發縮頸或是斷樁等質量問題。

若含有一定厚度的硬質土層，此時樁基振動力相對較大，在使用中已竣工的樁也會受到影響，隨之表現出振動破壞。同時，由于采用的是隔樁跳打工藝，因此，在中間補樁時易對已有樁造成影響，使其出現振裂等問題。

為避免此類問題，需在施工之前全面掌握工程狀況，通過工藝性試樁的方式制定合適的打樁流程，重點分析施工中對已有樁的影響。現階段，較為常見的打樁方法有兩種：①連續施打，其具體操作流程如圖1所示，即從1號樁開始依次向后推進；②間隔跳打，間隔樁數可靈活調整，具體如圖2所示。

圖1 連續施打

若采用連續施打的方式，易對樁徑造成影響。在樁距足夠合理的前提下，若混合料尚未初凝，此時通過連續施打的方式施工時，可有效避免斷樁現象。當采用隔樁跳打的方法時，先完成的樁結構易出現縮頸現象，當施工區域內土質偏硬時，在補打新樁時將會對已有樁造成影響，使其出現震裂等問題。施工區域的土質與樁距是決定采用何種施打工藝的關鍵，若為軟土環境，當樁距相對較大時可采用隔樁跳打的方式；若所在區域以飽和的松散粉土居多，且樁徑相對較小，需盡量規避隔樁跳打的方式，其主要原因在于松散粉土的振密效果更為優良，伴隨施工作業的持續推進，土體密度隨之增加，當已有樁數量達到一定程度后，將會明顯提升土的密度，持續加大打樁難度。對此，在補打新樁時，既不利于沉管作業，同時也容易對已有樁造成影響。為避免縮頸與斷樁，科學的工藝性試樁必不可少，需全面掌握地質資料，以此為基準確定合適施打順序。

4.2 防治措施

1)合理調節拔管速度，以1～1.2 m/min為宜。

2)若出現縮頸或是斷樁問題，可對其采取加樁措施。

3)做好防雨、保溫工作。

4)在施工過程中，為避免堵管現象的產生，在對該高層建筑地基處理時，CFG樁施工通常在開挖后的基坑底部進行[2]。泵送混合料的混凝土泵應盡可能放置在基坑底，即將攪拌好的CFG樁混合料先通過溜槽輸送到混凝土輸送泵，再泵送灌注施工，不宜將混凝土泵放置在地表直接泵送施工。若混凝土泵放置在地表，則輸送管道在基坑底向上約1.0 m、水平1.0 m的范圍內，是出現堵管的高發區。

4.3 試樁工藝流程

1)清理場地，施工前應平整并碾壓地表，清除現場雜物，以利于樁機移位。

2)根據施工設計圖紙測量放線，定出樁位。

3)樁機到達現場后，為振動沉管機適配合適的施工工具，以DZKS系列振動錘為宜，運行過程中空振振幅8.1 mm，偏心軸轉速1 100 r/min，中空錘通孔500 mm。分析設計方案，綜合考慮樁長、沉管入土深度，在此基礎上調節機架高度，控制好沉管長度。

4)樁機就位后，合理架設鉆機，要求鉆塔天輪外緣、樁位點與鉆頭共處同一線，且鉆桿應完全垂直，當鉆頭矛尖與設計點位對齊后，固定鉆機，合理調劑液壓腳，鉆機應水平。關于塔身導桿的檢驗，需以垂直標桿為基準，要求垂直度偏差不超過1%。

5)啟動馬達振動沉管到預定標高，停機，沉管過程中做好記錄，每沉1 m記錄電流表電流一次，并對土層變化予以說明。

6)停機后，隨即向管內投料，嚴格控制單次灌注量，確保管內存儲量能夠有效穩定壓力，從而提升樁體混凝土密實度。以設計配比為準，合理稱量材料并充分攪拌，要求拌和時間≥2 min，為之添入適量水，將坍落度穩定在3～5 cm，施工后浮漿厚度<10 cm。

7)啟動馬達，持續留振5～10 s后即可拔管，這一環節中拔管速度為1.2 m/min，當存在淤泥質土時，需提升至1.4 m/min。若存在上料不足的情況，在拔管時需適當投料，成樁后的標高應超出設計值0.5 m。

8)確認成樁符合設計要求后，用濕黏土或粒狀材料封閉保護樁頭，然后移機進行下一根樁的施工。

4.4 材料及配合比要求

CFG樁樁體材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成，當粉煤灰材料來源困難時，可用砂取代。樁身水泥采用C32.5抗弱硫酸型酸性侵蝕及弱溶出型侵蝕水泥，水泥摻量≤200 kg/m3，摻加優質粉煤灰(等級不低于Ⅲ級)，粉灰比為1～1.2，石屑率一般在0.3左右，碎石粗骨料滿足級配要求，松散堆積密度>1 500 kg/m3，碎石最大粒徑≤40 mm，坍落度控制標準為30～50 mm，混合料28天標準立方體無側限抗壓強度不小于5 MPa。

5 結束語

綜上所述，CFG樁是現代建筑工程常用的結構形式，本文針對CFG樁復合地基在高層建筑中的應用展開探討，提出各環節注意要點，針對常見問題提出處理方法。實際結果表明，該高層建筑整體質量良好，具有一定的參考價值。

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