CFG樁在高層建筑地基處理中的應(yīng)用

余敦猛

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023）

0 引言

CFG樁以素混凝土樁工藝為原型，經(jīng)技術(shù)升級(jí)后衍生而來(lái)，屬于半剛性樁體，在軟土地基處理中取得廣泛的應(yīng)用。樁體與樁間土體、樁頂褥墊層結(jié)合，構(gòu)成完整的復(fù)合地基結(jié)構(gòu)體系，協(xié)同承受上部荷載，以保證地基的穩(wěn)定性，規(guī)避地基變形、不均勻沉降等問(wèn)題，進(jìn)而給建筑主體建設(shè)工作的開(kāi)展創(chuàng)造良好的條件。

某商住樓擬建建筑物為一棟16層建筑，地下室兩層。建筑施工現(xiàn)場(chǎng)以軟土地基為主，不具備直接施工的條件，因此項(xiàng)目采用CFG樁加以處理，樁徑0.5m、樁長(zhǎng)4m～15m、樁間距1.6m～1.8m。樁頂墊層用碎石和中粗砂鋪設(shè)而成，厚度0.6m，為提高受力性能，于墊層內(nèi)設(shè)兩層土工格柵。樁頂為擴(kuò)大樁頭，高度0.6m、頂寬1.0m。

本文就該項(xiàng)目應(yīng)用CFG樁的操作要點(diǎn)，存在的問(wèn)題及預(yù)防措施進(jìn)行介紹。

1 CFG樁的結(jié)構(gòu)組成和應(yīng)用原理

CFG樁以碎石、砂、石屑、粉煤灰、水泥、水為主要的原材料，按特定的比例摻入，經(jīng)過(guò)充分的攪拌后，制得混合料，泵送至指定孔位，于該處固結(jié)，最終形成可變強(qiáng)度樁。在結(jié)構(gòu)組成中，所采用的水泥、石屑、碎石均為主體骨料，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)軟基的特性對(duì)水泥摻量做靈活的調(diào)整，以便根據(jù)需求改變強(qiáng)度等級(jí)（C15～C25）。在建筑工程領(lǐng)域，粉土、黏性土等的加固均可采用CFG樁。

（1）樁體結(jié)構(gòu)。集三大部分于一體，即樁體、樁周土、褥墊層。樁體與樁周土結(jié)合后，整體承載性能較高，但仍有不同程度的沉降，為此需進(jìn)一步設(shè)置褥墊層，構(gòu)成更加完整、受力性能更為突出的復(fù)合地基。CFG樁通常為承受荷載的主要裝置，可承擔(dān)50%以上的荷載，而在經(jīng)過(guò)加固處理后，軟土地基的承載力較之原始狀態(tài)而言也有3倍以上的提升。褥墊層是CFG樁加固中的重要結(jié)構(gòu)，其功能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是連同樁體和土體，構(gòu)成更加完善的復(fù)合地基，進(jìn)而承擔(dān)荷載作用；二是在合理控制褥墊層厚度后，能夠有效調(diào)整樁垂直方向的荷載力。

（2）加固原理。集擠密、置換、預(yù)震效應(yīng)、排水多重功能于一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟基的有效加固處理。在樁體約束作用下，現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)合地基具有相對(duì)較高的承載力，而其排水和擠密作用有助于改善樁周土的分布狀態(tài)，加速其固結(jié)，在此加固方式下，確保樁側(cè)的受力條件具有合理性。

CFG樁設(shè)計(jì)要求：建筑物主樓最終沉降量≤80mm；建筑物最大傾斜≤總高度的0.8‰；不考慮地下室的抗浮問(wèn)題，地基承載力需≥615kPa。

樁復(fù)合地基承載力簡(jiǎn)要驗(yàn)算：樁數(shù)988根；單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值750kN；復(fù)合地基范圍的面積為1795.08m2。復(fù)合地基承載力為：

750×988/1795.08＋220=632.79 kPa＞615 kPa（設(shè)計(jì)要求地基承載力）

地基承載力符合設(shè)計(jì)要求。

2 CFG樁的施工準(zhǔn)備

（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。深入現(xiàn)場(chǎng)做全面的調(diào)查，掌握施工場(chǎng)地及周邊既有設(shè)施的建設(shè)情況，例如高壓電纜、地下管線，采取有效的防護(hù)措施，以免受損。

（2）原材料的選擇。按照規(guī)范組織室內(nèi)配合比試驗(yàn)，挑選出合適的原材料，確定可滿足工程施工要求的配合比。通常，混合料密度以2.1t/m3～2.3t/m3為宜，對(duì)于本工程施工中采取的長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓灌注方法，坍落度控制在160mm～200mm。施工所用的具體材料如下：

水泥：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

卵石或碎石粗骨料：級(jí)配合理，最大粒徑不超過(guò)25mm，松散堆積密度在1500kg/m3以上。

砂：以中粗砂為宜，需保持潔凈，含泥量控制在5%以內(nèi)，較為合適的是干凈的河砂。

粉煤灰：細(xì)度不大于45%，Ⅲ級(jí)或Ⅲ級(jí)以上。

石屑：嚴(yán)格依據(jù)石屑率進(jìn)行選材，要求該指標(biāo)控制在0.25～0.33。

泵送劑：此類材料的關(guān)鍵作用在于優(yōu)化混合料的泵送性能，更為便捷地將混凝土泵送到位。因此，需根據(jù)混合料的具體特性做合理的安排：若混合料泵送性能良好，能夠正常泵送，無(wú)需摻泵送劑；若拌和階段所用水泥含量較小，或是遇到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度偏高的情況時(shí)，可適量摻入泵送劑。

（3）工藝性試驗(yàn)。為給正式施工提供引導(dǎo)，組織工藝性試驗(yàn)，數(shù)量至少為3根，以保證結(jié)果的可靠性。詳細(xì)復(fù)核地質(zhì)條件、施工工藝以及設(shè)備配套情況，嚴(yán)格控制好配合比、拔管速度等相關(guān)工藝參數(shù)，確保無(wú)誤后，方可用于正式施工。

（4）配合比。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后，確定最具可行性的配合比，即水泥∶粉煤灰∶細(xì)骨料∶粗骨料∶外加劑∶水=1∶0.43∶2.69∶3.87∶0.014∶0.57。拌和時(shí)間控制在90～120s，確保經(jīng)過(guò)拌和后的混合料有足夠的均勻性。

（5）其它方面。混合料的坍落度以160mm～200mm較為合適，具體根據(jù)樁體的強(qiáng)度等級(jí)以及施工可行性等方面的要求而定，確保在施工中不出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。若鉆桿芯管充滿混合料，可及時(shí)拔管，此階段盡可能保持勻速狀態(tài)，以2.5m/min為宜，但無(wú)特定的限制，主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件而定，例如泵送難度較大時(shí)，可適當(dāng)降低拔管速度。CFG樁施工工藝流程如圖1所示。

圖1 CFG樁施工工藝流程圖

3 CFG樁施工技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 樁位放樣

以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，由專員用全站儀測(cè)放路基兩側(cè)縱向控制樁，確定具體的樁位后，做清晰的標(biāo)記。經(jīng)過(guò)測(cè)量放樣后，詳細(xì)核查，要求樁位布置形式、數(shù)量方面均無(wú)誤。圖2為CFG樁樁位測(cè)量。

圖2 CFG樁樁位測(cè)量

3.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位前，對(duì)樁點(diǎn)做十字定位。以設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為參考，合理調(diào)整機(jī)架的高度，在鉆機(jī)表面設(shè)深度標(biāo)記，以便在實(shí)際鉆孔施工中可更為有效地采取控制措施。鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆頭的姿態(tài)，直至其能夠?qū)?zhǔn)樁中心為止（偏差需在100mm以內(nèi)）。加強(qiáng)對(duì)鉆桿垂直度的檢查，要求該裝置保持垂直，否則做靈活的調(diào)整，直至達(dá)標(biāo)為止。待鉆機(jī)就位后，用垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿。

3.3 混合料拌和

于3#拌和站開(kāi)展混合料的拌制作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員嚴(yán)格依據(jù)配合比稱量材料，保證用量的準(zhǔn)確性。每盤料的攪拌時(shí)間必須得到有效的控制，通常以120s為宜，具體根據(jù)混合料的狀態(tài)而定，禁止原材料分布不均，但也不可過(guò)度拌和。混合料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，注重對(duì)其坍落度的檢測(cè)，實(shí)測(cè)結(jié)果以160mm～200mm較為合適。運(yùn)輸采用的是罐車，拌和后及時(shí)裝料，在不影響混合料質(zhì)量（例如不發(fā)生離析）的前提下，盡快運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

3.4 試樁

試樁處的地質(zhì)條件需具有代表性，確保試驗(yàn)結(jié)果具有參考價(jià)值。經(jīng)過(guò)試樁后，確定一套完善的樁體參數(shù)，作為正式施工的引導(dǎo)。試樁數(shù)量至少達(dá)到樁總量的0.5%，要求28d無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度不小于10MPa，待實(shí)測(cè)結(jié)果滿足要求后，方可施作褥墊層。在前述基礎(chǔ)上，形成復(fù)合地基，此時(shí)組織標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和荷載試驗(yàn)，根據(jù)工程要求，經(jīng)過(guò)處理后的地基其承載力需超過(guò)200kPa。只有在滿足以上幾項(xiàng)要求后，方可將試樁確定的工藝參數(shù)應(yīng)用于正式成樁施工中。

3.5 鉆進(jìn)成孔

鉆孔時(shí)，及時(shí)關(guān)閉鉆頭閥門，將鉆桿向下調(diào)整，此時(shí)配套在該處的鉆頭也隨之下放，直至觸及地面為止。鉆進(jìn)初期采取慢速運(yùn)行方式，以保證鉆桿的穩(wěn)定性，并便于檢查鉆孔，判斷其是否存在偏差，若有異常則及時(shí)糾正，給后續(xù)的鉆進(jìn)作業(yè)打好基礎(chǔ)。針對(duì)成孔期間鉆桿搖晃的問(wèn)題，需放慢進(jìn)尺，否則會(huì)加劇偏移程度，甚至損傷鉆進(jìn)設(shè)備。隨著鉆進(jìn)作業(yè)的開(kāi)展，待動(dòng)力頭底面達(dá)到標(biāo)記處樁長(zhǎng)時(shí)，可結(jié)束鉆進(jìn)。為更為準(zhǔn)確地掌握鉆進(jìn)情況，加強(qiáng)對(duì)鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)深度等相關(guān)參數(shù)的采集與記錄，若有電流突變的情況，也需記錄相應(yīng)的電流值。圖3為鉆孔施工現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖3 鉆孔施工現(xiàn)場(chǎng)圖

3.6 泵送混合料及拔管

鉆進(jìn)完成后，泵送混合料，隨著灌入量的增加，待鉆桿芯充滿混合料后，反向旋轉(zhuǎn)鉆桿并向上提升，此階段協(xié)調(diào)好旋轉(zhuǎn)速度和提升速度，形成相適配的關(guān)系。拔管速度以1～2m/min較為合適，遵循連續(xù)作業(yè)的原則，保證供料的充足性，以免停機(jī)等料。若由于異常狀況的出現(xiàn)而導(dǎo)致無(wú)法連續(xù)灌注時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取合適的應(yīng)對(duì)方法，要求鉆機(jī)不停留在飽和砂土、粉土層，并盡可能縮短中途間歇時(shí)間。灌注施工后，用水泥袋蓋好樁頭，目的在于有效防護(hù)該部分，以免受損。相比于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，實(shí)際樁頂高程應(yīng)略增加50cm，后續(xù)該超出設(shè)計(jì)標(biāo)高的部分可用濕挖法清理干凈，而后再進(jìn)一步覆蓋防護(hù)（材料可選用薄膜）。

3.7 鉆機(jī)移位

上一根樁施工后，根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃將鉆機(jī)移至下一點(diǎn)位，繼續(xù)施工。為了保證鉆進(jìn)施工效果，根據(jù)軸線的位置對(duì)施工的樁位加以復(fù)核，確認(rèn)無(wú)誤后方可正式向下鉆進(jìn)施工。待一根樁灌注完成后，檢測(cè)其實(shí)際標(biāo)高，若實(shí)測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，方可施工下一根樁，按照此方法有序施工。各樁施工時(shí)，樁位誤差均要控制在10cm以內(nèi)。

3.8 施工控制要點(diǎn)

（1）鉆速的控制：遵循勻速鉆進(jìn)的基本原則，鉆進(jìn)初期作業(yè)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的掌握程度有所不足，可能出現(xiàn)誤差，因此先以相對(duì)較慢的速度鉆進(jìn)，確認(rèn)作業(yè)狀態(tài)無(wú)誤后，適當(dāng)增加速度，確保鉆進(jìn)全過(guò)程中鉆桿均維持穩(wěn)定。

（2）樁長(zhǎng)和垂直度的控制：以地面標(biāo)高和樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高兩項(xiàng)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算后確定施工的標(biāo)高差值，并在鉆機(jī)塔身處設(shè)標(biāo)記，以便給樁長(zhǎng)控制提供參考依據(jù)。垂直度也是CFG樁施工中的重點(diǎn)控制對(duì)象，需要加強(qiáng)檢測(cè)，若超出許可范圍則及時(shí)予以調(diào)整，直至其滿足要求為止。

（3）混合料拌和的控制：以試驗(yàn)確定的配合比為準(zhǔn)，嚴(yán)格控制各類原材料的用量；做充分的拌和，保證混合料的均勻性，為此時(shí)間可控制在90～120s；加強(qiáng)對(duì)坍落度的檢測(cè)，該值以160mm～200mm為宜。

（4）拔管和灌注的控制：以鉆桿芯管的實(shí)際狀態(tài)為準(zhǔn)，判斷是否具備拔管的條件。待鉆桿芯管內(nèi)填滿混合料后，可向上提升鉆桿。

（5）樁頂搗固的控制：樁頂以下2.5m內(nèi)的搗固必須落實(shí)到位，設(shè)備可采用插入式振搗棒，避免樁頂混合料密實(shí)度偏低的問(wèn)題。

（6）樁間土開(kāi)挖的控制：隨著鉆孔的進(jìn)行，將產(chǎn)生土碴，需及時(shí)將其清運(yùn)至指定位置，不可堆積在現(xiàn)場(chǎng)。小型挖掘機(jī)開(kāi)挖表土?xí)r，由專員負(fù)責(zé)，規(guī)范作業(yè)，以免碰觸樁體。

（7）樁頭鑿除的控制：以樁體的實(shí)測(cè)強(qiáng)度為判斷依據(jù)，待其滿足特定的強(qiáng)度要求后，測(cè)量每根樁的設(shè)計(jì)樁頂高程并做好準(zhǔn)確的標(biāo)記，以此為基準(zhǔn)，由作業(yè)人員用鋼釬沿樁周向樁心楔入樁體，斷開(kāi)超出設(shè)計(jì)標(biāo)高的部分；隨后，用小釬修平，保證樁頭部位的質(zhì)量。禁止重錘敲擊樁體，否則會(huì)嚴(yán)重影響樁體的完整性，同時(shí)樁間土也將遭到擾動(dòng)性影響。

4 CFG樁施工中的常見(jiàn)問(wèn)題及預(yù)防措施

4.1 堵管

CFG樁施工中，堵管是較為常見(jiàn)的問(wèn)題，其會(huì)阻礙CFG樁的正常施工，同時(shí)資源浪費(fèi)量增加，員工的工作負(fù)荷加重。現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜，若未針對(duì)故障做有效的處理，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，將導(dǎo)致CFG樁混合料結(jié)硬，明顯加大堵管的幾率，不利于施工作業(yè)的順利開(kāi)展。

4.2 竄孔

施工現(xiàn)場(chǎng)以飽和粉土、粉細(xì)砂層為主時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)竄孔現(xiàn)象。例如，在A樁施工成型后，安排B樁的施工，但在此期間A樁的樁頂異常下落，而B(niǎo)樁泵入混凝土?xí)r，又見(jiàn)A樁的樁頂顯現(xiàn)出回升的跡象。除了地質(zhì)條件層面的原因外，鉆進(jìn)時(shí)葉片剪切作用也有可能引發(fā)竄漿。而一旦竄漿，將直接對(duì)成樁效果造成影響，因此在施工期間必須采取有效的預(yù)防措施。

4.3 樁頭空芯

（1）原因分析：排氣閥無(wú)法正常運(yùn)行是關(guān)鍵的原因，即鉆進(jìn)時(shí)管內(nèi)充滿空氣，而隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，進(jìn)入泵送環(huán)節(jié)時(shí)，原本存在于管內(nèi)的空氣在排氣閥的作用下推動(dòng)、外排，而一旦該裝置有堵塞現(xiàn)象，將影響空氣的高效外排，樁體內(nèi)夾雜大量空氣，成樁后有空芯現(xiàn)象。

（2）預(yù)防措施：定期檢查排氣閥，判斷其是否有堵塞現(xiàn)象，若有則及時(shí)予以清理。

4.4 樁端飽滿性不足

（1）原因分析：施工工序不合理，即先提鉆、后泵料，此時(shí)附著在鉆頭上的土掉入樁孔內(nèi)，導(dǎo)致樁端的混合料填充不飽滿，樁端承載力偏弱。

（2）預(yù)防措施：合理協(xié)調(diào)施工工序，由專員指揮作業(yè)，保證提鉆和泵料的一致性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地基處理是高層建筑施工中的基礎(chǔ)內(nèi)容，在各類處理方法中，CFG樁施工工藝頗具代表性，其對(duì)于促進(jìn)軟土固結(jié)、提高復(fù)合地基承載性能而言均有重要的意義。經(jīng)過(guò)本文的分析，提出在應(yīng)用CFG樁處理地基時(shí)涉及到的一些關(guān)鍵要點(diǎn)，以期起到拋磚引玉的作用。