CFG樁施工技術及其在工業建筑中的應用

郭勇志 陳傳嶺 何世棟

山東菏建建筑集團有限公司 山東 菏澤 274000

引言

本文結合山西省孝義市金巖電力煤化工有限公司500萬噸/年焦化工程項目和孝義市鵬飛實業有限公司250萬噸/年焦化工程項目（地基處理均采用CFG樁復合地基），通過描述CFG樁復合地基的施工工藝、常見問題及預防措施，及其應用優點和大型焦爐工程對沉降的要求（焦爐因自身重量大，對沉降要求尤為嚴格），進一步反映其提高地基承載力，控制沉降方面的作用，由此說明CFG樁在工業建筑中的應用價值[1]。

1 工程概況

孝義市金巖電力煤化工有限公司500萬噸/年焦化工程項目和孝義市鵬飛實業有限公司250萬噸/年焦化工程項目都位于孝義市1500萬噸/年焦化工業園區內，其主要建筑分別為8座6.25m大型搗固焦爐及配套設施和4座6.25m大型搗固焦爐及配套設施；其焦爐類型相同，地基處理均為CFG樁復合地基處理。以金巖焦化工程2#焦爐為例，其采用樁徑400mm的CFG樁、樁長均＞21m，樁距為1.2m，其復合地基承載力特征值要求為350kPa，單樁豎向承載力特征值要求為500KN；樁數為3015根（詳見表1）。褥墊層厚300mm，褥墊層鋪設要求為壓實后的褥墊厚度與虛鋪厚度之比不得大于0.9。

表1 2#爐CFG樁一覽表

2 CFG樁復合地基的施工工藝

2.1 施工工藝

2.1.1 CFG樁復合地基施工工藝：人員、設備進場→樁位測放→CFG樁試樁→按順序施工CFG樁→基槽開挖→截樁→樁基檢測→褥墊層鋪設。

2.1.2 單樁施工工藝：樁機就位→沉管至設計標高→停振灌筑→振動及搗實后拔管→留振10s→振動拔管。

2.2 施工方法

2.2.1 設備選擇及測放樁位。CFG樁復合地基施工，成樁工藝包括長螺旋鉆孔灌注成樁、振動沉管灌注成樁、長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁、錘擊或靜壓預制樁等成樁工藝。而本工程采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁工藝。

根據工程樁位平面布置圖和測量基準點，進行樁位施放。樁位定位點應明顯且不易被破壞。根據施工規范要求，針對滿堂布樁基礎，其樁位偏差不大于0.4倍樁徑；針對對條形基礎，其樁位偏差大于0.25倍樁徑，對單排布樁樁位偏差不大于60mm。

2.2.2 樁機就位。CFG樁復合地基施工時，樁機就位后，應采用樁機塔身的標桿檢查塔身導桿，校正其位置是否正確，樁機必須平整、穩固，沉管必須垂直對準樁中心位置，沉管垂直度偏差不得大于1%；控制鉆孔或沉管入土深度，保證樁長偏差在±100mm范圍內。

2.2.3 沉管至設計深度。沉管開始時，應關閉鉆頭閥門，向下移動沉管至鉆頭觸及地面，啟動樁機，開始鉆進。一般為先慢后快，這樣便于及時修正。當沉管存在搖晃或難鉆時，必須放慢進尺，否則會導致樁孔偏斜及位移，甚至導致沉管、鉆具的損壞。沉管深度取決CFG樁的長度，當鉆頭到達設計標高時，應在樁機塔身相應位置處做醒目標記。CFG樁施工時還必須考慮施工作業面標高情況，作相應增減，以保證施工樁長達到設計要求。

2.2.4 灌筑及拔管。沉管到達設計標高時，應停鉆，此時開始泵送混合料，直到混合料與鋼管上部投料口處平齊。如果投料不足，可在拔管過程中進行繼續投料，必須保證成樁密實度及標高達到設計要求。當混合料與鋼管上部投料口平齊后，沉管需在原地留振10s，方可邊振邊拔管，拔管速度必須適當，每提升1.5～2.0m，需留振20s左右。成樁必須連續進行，應避免因供料不足導致停機情況的發生，若施工中因不能連續灌筑，必須根據施工場地的土質情況避開飽和砂土層和粉土層。樁管拔出地面確認成樁質量符合要求后，應用粒狀材料或黏土封頂保護。施工樁頂標高必須高出設計標高，一般不宜小于0.5m；當施工作業面與有效樁頂標高距離較大時，宜增加混凝土灌注量，提高施工樁頂標高，防止縮徑情況發生[2]。

2.2.5 移機。當一根CFG樁施工完成，樁機需進行移位。由于CFG樁施工時帶出的土比較多，容易將附近的樁位掩埋覆蓋，所以，當下一根CFG樁施工時，必須對需施工的樁位進行復核，以保證樁位準確，符合設計要求。施工時必須合理安排打樁順序，宜從一側向另一側或者由中心向兩邊順序施工，以避免樁機碾壓已施工的樁，造成斷樁。

2.2.6 基槽開挖。CFG樁施工完畢，樁體需經過7d達到一定強度（一般為樁體設計強度的70%），始可進行基槽開挖。基槽開挖包括CFG樁鉆孔土清運和保護土層開挖兩部分。鉆孔土可采用機械清運。如果保護土層厚度大于1.5m以上的，上部土層可采用機械開挖，但下部700mm范圍宜采用人工開挖方式，也可采用人工開挖和小型機械聯合開挖形式進行,開挖時應有專人進行指揮，必須保證小型機械不碰撞樁體，還應避免擾動樁間土，損壞CFG樁頭部分。

2.2.7 截樁。基槽開挖完畢后，需進行截樁，需將設計標高以上樁頭進行鑿除截斷。樁頂實際標高應高于設計標高50mm。首先在樁上標出樁頂設計標高，然后采用截樁機進行截樁；樁頭截斷后，可采用鋼釬、手錘等工具，將樁頂多余部分從四周向中間修平到設計標高，樁頂允許偏差為±20mm。截樁機截樁應截透，不允許用鋼釬、手錘蠻力斷樁。若發現淺部斷樁時，應采取補救措施。

2.2.8 褥墊層鋪設施工。CGF樁經檢測完畢且符合設計要求后，方可褥墊層鋪設施工。褥墊層材料多為粗中砂或碎石，碎石粒徑多為8～30mm，其厚度一般為150～300mm。當厚度大于200mm，宜分層鋪設。褥墊層施工時施工機械不能直接壓在CFG樁上。褥墊層施工宜采用靜力壓實法，對較干的褥墊層材料，可適當灑水再進行碾壓或夯實。

2.2.9 檢測、檢驗。CFG樁復合地基施工過程中應對水泥、粉煤灰、砂和碎石等原材料進行檢驗；對施工樁數、CFG樁位偏差、施工混合料配合比、坍落度、提拔鉆桿速度、成孔深度、混合料灌入量、褥墊層鋪設厚度、夯填度、樁體試塊強度等進行檢驗。施工完成后需對樁頂標高、樁位偏差、樁體施工質量、地基承載力、褥墊層的施工質量做檢測。其承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗，宜在施工結束28d后進行。樁的試驗數量必須符合規范及設計要求，有單樁強度檢驗要求時，樁的試驗數量必須按要求檢驗。

3 CFG樁施工常見問題及預防措施

3.1 堵管

堵管情況是CFG樁成樁時常遇到的主要情況之一。它直接影響CFG樁的施工效率及質量，增加勞動強度，造成材料浪費。堵管原因主要由于混合料配合比不太合理、設備缺陷、和易性不好、混合料的坍落度、施工人員的操作不當等。預防措施主要是混合料嚴格配合比配置。在施工前根據設計要求，由實驗室進行配合比試驗，施工時嚴格按配合比配制混合料。

3.2 竄孔

施工時沉管鉆進過程中葉片剪切作用會對土體產生擾動，土體受剪切會發生液化或能變，從而出現竄孔情況。針對此情況，通常可采取加大樁距的方案。增大樁距的目的在于減少打樁機械對土體的剪切擾動，避免不良影響。本工程采用隔排隔樁跳打施工方法，減少打樁的推進排數，盡快離開已施工完成的樁體，減少對已施工樁的擾動，保證樁的施工質量[3]。

3.3 斷樁

斷樁是CFG樁施工過程中常見的通病之一，一般是因為拔管速度太快，而泵送混凝土跟不上拔管速度，鉆頭上的泥塊落入樁孔內，或因采用大型機械開挖清理樁間土時，造成CFG樁的樁身淺層斷樁。本工程采用的主要預防措施：嚴格控制拔管的速度，在樁間土開挖時選擇合適的施工工藝及施工機械，截樁時采用切割片環切的施工工藝。

4 CFG樁復合地基應用優點

4.1 適用范圍廣，地基承載力提高幅度大

CFG樁復合地基施工技術可適用于砂土、粉質黏土、黏土、淤泥質黏土、粉土、松散填土等地基的地基處理。經處理后，復合地基的地基承載力較原地基承載力提高的幅度在250%～300%。特別是針對天然地基承載力較低，但設計要求承載力較高的情況時，當采用柔性樁復合地基一般難以滿足設計要求，而采用CFG樁復合地基則比較容易實現。

4.2 施工簡便，成本較低，工期短

CFG樁成樁工藝采用長螺旋鉆沉管泵送混凝土法時，沒有鋼筋籠制作等工序，沉管成樁一次完成、大大減少了成樁的時間，極大地降低了施工成本，提高了施工速度。

4.3 保護環境

CFG樁施工時，不需要采用泥漿護壁，無須泥漿外運，既節約了資金，又降低了環境污染，對市區內等環境要求較高的施工情況，非常適用。

4.4 工藝性好

由于大量采用粉煤灰，CFG樁體材料具有良好的流動性與和易性，施工方便，易于控制施工的質量。CFG樁可節約大量水泥、鋼材消耗，利用工業廢料、減少工程造價。

4.5 采用復合地基變形較小

相對于PHC樁，CFG復合地基模量大、建筑物沉降量小。CFG復合地基大量工程實踐表明，建筑物的沉降量一般可控制在20～40mm，如將CFG樁施工在較硬的土層上，可將地基沉降量控制在10mm以內。這樣對于上部和中間有軟土層的地基，采用CFG樁施工，樁端放在下面好的土層上，可以獲得模量很高的復合地基，建筑物的沉降都不大，最大限度滿足建筑物沉降的要求。

5 結束語

現在建筑物遇到的復雜地質情況使地基處理越來越重要，地基處理工程造價在整個工程總投資的比例也越來越大。而現在廣泛應用的成孔灌筑樁等技術固有的缺陷十分明顯，工程造價高、施工速度慢，場地污染嚴重、成樁質量難以保證，材料浪費大，容易出現各種弊病等，而CFG樁表現出較大的優勢，樁體材料價格低，施工方便，承載力高，污染較小，是一種較為理想的地基處理技術。非常適用于工業建筑的地基處理。