淺析高層建筑CFG 樁復(fù)合地基施工技術(shù)

魏小麗

（山西五建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

高層建筑物施工離不開穩(wěn)定的地基，以有效承受高層建筑物產(chǎn)生的巨大荷載力。科學(xué)有效的地基處理施工技術(shù)，不僅要符合施工區(qū)域的土質(zhì)條件，還要具有安全性高、成本費(fèi)用較低的特征。CFG 樁復(fù)合地基具有改善承載力效果好、地基變形小、應(yīng)用范圍廣泛、成本低等諸多優(yōu)勢，能夠應(yīng)用于軟弱地基加固處理施工建設(shè)，因此在各類建筑工程中應(yīng)用十分廣泛，具有較高的推廣價(jià)值。

1 CFG 樁復(fù)合地基施工概述

CFG 樁是按照一定的比例，將水泥、粉煤灰、碎石等原料混合在一起，利用成樁機(jī)械設(shè)備制作的成樁體。與常規(guī)的灌注樁相比，CFG 樁的成本更低，具有天然地基的作用，無須配筋，且樁體制作摻和料可采用石屑、工業(yè)廢料、粉煤灰等，因此在各類工程地基處理中應(yīng)用十分廣泛。CFG 樁設(shè)計(jì)科學(xué)的原料配比，合理調(diào)整水泥摻量，樁強(qiáng)度介于柔性樁與剛性樁之間，樁間土與CFG樁通過褥墊層形成CFG 樁復(fù)合地基，碎石墊層的主要作用是均勻分配上部荷載，保證樁間土與CFG 樁共同作用，減少基底面應(yīng)力集中，減少水平荷載對建筑穩(wěn)定性的影響。CFG 樁具有擠密作用，改善周邊土側(cè)應(yīng)力，從而改善樁的受力性能，二者形成一個互相作用的受力整體，共同承擔(dān)上部荷載，保證基礎(chǔ)的均勻性、穩(wěn)定性，并減少地基的沉降變形。

2 高層建筑工程CFG 樁復(fù)合地基施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工準(zhǔn)備

為保證CFG 樁復(fù)合地基施工作業(yè)得以順利開展，不會在中途出現(xiàn)質(zhì)量通病或是預(yù)料之外的狀況。施工單位必須提前做好前期準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備內(nèi)容包括場地平整、材料檢驗(yàn)、樣板先行和測量放樣4 道步驟。

（1）在場地平整步驟，為滿足鉆機(jī)行走要求、確保成樁質(zhì)量不受影響，施工人員需要清理現(xiàn)場地表分布的腐殖土等垃圾雜物，對場地進(jìn)行平整硬化處理，要求地表土層承載力超過80kPa，把地面高差控制在0.2m以內(nèi)。

（2）在材料檢驗(yàn)步驟，入場環(huán)節(jié)對水泥、粉煤灰、石子等原材料的規(guī)格尺寸、外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，核查出廠合格證明與質(zhì)檢報(bào)告等配套文件，從中隨機(jī)抽取少量材料進(jìn)行復(fù)檢。同時(shí)，如果采購成品混凝土材料，則對混凝土坍落度進(jìn)行檢測，把坍落度控制在160～200mm，退回劣質(zhì)材料。

（3）在樣板先行步驟，在工程現(xiàn)場挑選一處代表性場地，按照既定施工方案開展CFG 樁施工作業(yè)，同步觀察施工過程，后續(xù)檢查成樁質(zhì)量與地基總體承載性能，根據(jù)所發(fā)現(xiàn)問題來修改方案內(nèi)容，確定混凝土坍落度、樁身長度、樁徑值等工藝參數(shù)的最佳值。

（4）在測量放樣步驟，測量人員參照施工圖紙，攜帶全站儀、經(jīng)緯儀等儀器設(shè)備，閉合觀測并標(biāo)記各處樁位中心點(diǎn)和軸線點(diǎn)位，在樁位處撒布白灰或是打入標(biāo)志樁，要求把測量誤差控制在5cm 以內(nèi)，后續(xù)定期對測量放樣成果進(jìn)行復(fù)核。

2.2 鉆進(jìn)成孔

在鉆進(jìn)成孔環(huán)節(jié)，提前把鉆機(jī)運(yùn)輸就位，在鉆機(jī)底部放置墊塊或是平整硬化地面，保持鉆機(jī)平穩(wěn)狀態(tài)，避免后續(xù)出現(xiàn)鉆機(jī)晃動失穩(wěn)、傾覆情況。待鉆機(jī)就位后，在正面與側(cè)面放置垂球，對鉆機(jī)水平位置與垂直度進(jìn)行測量調(diào)整，要求鉆機(jī)中心點(diǎn)和樁孔中心點(diǎn)保持重合狀態(tài)，把鉆機(jī)垂直度偏差控制在1%以內(nèi)。隨后，啟動鉆機(jī)，正式開展鉆進(jìn)作業(yè)，初期降低鉆進(jìn)速度，避免鉆桿過度搖晃和出現(xiàn)樁孔偏斜問題，隨時(shí)間推移，逐步增加鉆進(jìn)速度，待鉆頭抵達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，即可停止鉆進(jìn)，緩慢上提鉆桿鉆頭，等待后續(xù)提鉆完畢后，把鉆機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至下處樁位，重復(fù)上述操作，完成全部CFG 樁的鉆進(jìn)成孔作業(yè)。同時(shí)，在鉆孔期間需要持續(xù)測量調(diào)整鉆桿垂直度，成孔完畢后清理孔底沉渣，把沉渣層厚度控制在5cm 以內(nèi)，沉渣量超標(biāo)則會出現(xiàn)樁身夾泥問題[1]。

2.3 混凝土灌注

在混凝土灌注環(huán)節(jié)，重點(diǎn)掌握配料制作、鉆桿內(nèi)壁潤滑、混合料泵送、提鉆4 道步驟的技術(shù)要點(diǎn)。

（1）在配料制作步驟，優(yōu)質(zhì)原材料來制備混凝土，如干燥水泥、新鮮巖質(zhì)碎石、純凈中粗砂等，使用電子秤對原材料進(jìn)行計(jì)量稱重，把用量誤差控制在1%以內(nèi)，操縱配料機(jī)把原材料倒入攪拌機(jī)內(nèi)，持續(xù)攪拌90s以上。攪拌完畢后，檢查混凝土外觀狀態(tài)和坍落度，禁止使用離析、散白、坍落度不達(dá)標(biāo)的混凝土，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成混凝土灌注作業(yè)，避免混凝土提前初凝。

（2）在鉆桿內(nèi)壁潤滑步驟，施工人員提前在泵管和鉆桿內(nèi)壁中注水，也可選擇注入1:1 水泥砂漿，避免混凝土與內(nèi)壁粘連而出現(xiàn)堵管情況。

（3）在混合料泵送步驟，提前在泵管和鉆桿內(nèi)部注滿混凝土，待鉆頭鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后，控制鉆頭空轉(zhuǎn)30s，如果在空轉(zhuǎn)期間無異常問題，控制鉆頭提鉆0.3m，下達(dá)控制信號，向樁孔內(nèi)部灌注混凝土，搭配開展混凝土灌注與拔管作業(yè)，嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度與灌注量，始終把鉆頭位置控制在混凝土內(nèi)部，并把鉆桿內(nèi)部混凝土高度保持在1.5m 以上。

（4）在提鉆步驟，采取靜止提拔方式，根據(jù)樣板先行情況來確定最佳拔管速度，正常情況下把拔管速度控制在2.0～2.5m/min 即可，勻速拔管提鉆，禁止施工人員隨意更改拔管速率。同時(shí)，如果中途出現(xiàn)混凝土不足等突發(fā)狀況，則需要立即停止提鉆拔管，避免出現(xiàn)提空斷樁問題[2]。

2.4 樁頭處理

在樁頭處理環(huán)節(jié)，施工人員合理選擇處理時(shí)機(jī)，待成樁完畢3～5d、混凝土樁身固結(jié)成型后，率先清理樁間土和保護(hù)土層，可使用小型挖掘機(jī)配合開展清土作業(yè)，嚴(yán)格控制土層開挖深度與開挖位置，再通過人工方式來清除樁身周邊殘留土體。隨后，等待成樁齡期到達(dá)28d、樁身強(qiáng)度基本或是完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度后，再行開展鑿樁作業(yè)，正常情況下采取人工截樁手段，測量確定樁頂標(biāo)高位置，完全清除標(biāo)高部位周邊土體，在標(biāo)高上方50mm 位置平行設(shè)置多根鋼釬，把鋼釬敲入樁身，同時(shí)向全部鋼釬施加作用力，進(jìn)而截?cái)鄻额^，保持樁頭斷面平直狀態(tài)，禁止出現(xiàn)大面積掉角情況。最后，對于標(biāo)高上方保留的樁頭，要求施工人員使用手錘、細(xì)釬等工具，把樁頭外側(cè)作為起始點(diǎn)，向樁心部位延伸剔鑿多余樁頭，直至樁頭頂部標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，把表面剔鑿至平整狀態(tài)，禁止使用大錘重物橫向打擊樁頭。同時(shí)，如果樁頭出現(xiàn)過度剔鑿情況，則需要采取接樁頭做法，把剩余樁頭修復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.5 樁頂褥墊層施工

在樁頂褥墊層施工環(huán)節(jié)，要求施工人員清理樁頂部位殘留浮漿，露出新鮮混凝土面，對樁身質(zhì)量開展檢測。確定成樁質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，準(zhǔn)備碎石、石粉等原材料加水拌和成填料，現(xiàn)場測量標(biāo)記褥墊層中線和邊線，攤鋪填料層，把攤鋪厚度控制在0.3m 左右，操縱壓路機(jī)重復(fù)開展多遍碾壓作業(yè)。隨后，在底層碎石墊層上方施作中粗砂墊層與土工格柵，單層砂墊層厚度控制在3cm左右，墊層表面鋪設(shè)土工格柵并進(jìn)行搭接處理，重復(fù)上述操作，完成剩余砂墊層和土工格柵施工作業(yè)。最后，對CFG 樁褥墊層質(zhì)量進(jìn)行全面檢測，檢測內(nèi)容包括墊層厚度、孔隙率、動態(tài)變形模量、壓實(shí)度等，如果施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，則進(jìn)行返工處理。以樁頂褥墊層壓實(shí)度為例，要求壓實(shí)度不低于0.92。

3 高層建筑工程CFG 樁復(fù)合地基施工控制策略

3.1 樁身質(zhì)量檢測

在CFG 樁施工期間，受到工藝操作、現(xiàn)場地質(zhì)條件、材料性能等多方面因素影響，實(shí)際成樁質(zhì)量和預(yù)期情況會產(chǎn)生一定程度出入，如果直接把復(fù)合地基投入使用，后續(xù)有可能出現(xiàn)地基沉降、上部建筑物變形開裂等安全問題。因此，在樁身齡期達(dá)到28d 后，施工單位需要對樁身質(zhì)量進(jìn)行檢測，隨機(jī)抽取一批具有代表性的樁身，具體可采取低應(yīng)變動力試驗(yàn)、單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)、鉆芯檢測等方法。

（1）低應(yīng)變動力試驗(yàn)，提前在樁頂部位安裝激振裝置，啟動裝置向樁身發(fā)射應(yīng)力波，應(yīng)力波到達(dá)樁身底面后出現(xiàn)反射現(xiàn)象，接收反射波，根據(jù)傳播時(shí)間、波形特征與頻譜變化情況，判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性是否達(dá)標(biāo)，標(biāo)記斷樁、夾泥等缺陷部位的具體位置。

（2）單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，在工程現(xiàn)場設(shè)置錨樁橫梁反力裝置、地錨反力裝置等配套設(shè)備和搭設(shè)壓重平臺，持續(xù)向樁身施加荷載，根據(jù)樁身沉降量來判斷承載性能是否達(dá)標(biāo)。

（3）鉆芯檢測，施工人員使用鉆機(jī)，在樁身上鉆設(shè)多組芯樣，對芯樣規(guī)格尺寸進(jìn)行加工處理后，用于檢測混凝土強(qiáng)度、樁身完整性、樁底沉渣厚度是否達(dá)標(biāo)。在鉆芯完畢后，要求施工人員立即對鉆芯位置進(jìn)行修補(bǔ)處理，避免因此改變CFG 樁總體性能和破壞結(jié)構(gòu)狀態(tài)[3]。

3.2 成樁保護(hù)

在CFG 樁施工完畢后，后續(xù)所開展地基填筑等工序環(huán)節(jié)會對施工成品造成影響，有可能出現(xiàn)樁身大面積斷裂、損傷情況。對此，施工單位必須采取成樁保護(hù)措施，待CFG 樁固結(jié)成型后，靜置一段時(shí)間等待樁身強(qiáng)度提升，養(yǎng)護(hù)期間禁止在CFG 樁施工區(qū)域內(nèi)堆放物資材料、停放機(jī)械設(shè)備，最終在樁身頂部設(shè)置樁帽與褥墊層。如果中途出現(xiàn)樁身破損情況，則需要對破損部位進(jìn)行修補(bǔ)處理，必要情況下重新施作CFG 樁。同時(shí)，在冬季施工背景下，考慮到現(xiàn)場氣溫較低，有可能出現(xiàn)樁間土凍脹現(xiàn)象，進(jìn)而造成樁體拉斷、地基承載力降低后果，施工人員需要在樁頭部位與樁間土部位上覆蓋草簾、草袋、棉簾等保溫材料。

3.3 確定樁身施打順序

目前來看，在CFG 樁復(fù)合地基施工期間，主要采取逐一施打、間隔跳打兩種順序，兩類施打順序的適用情況有所不同，施工單位應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況來選擇適宜的樁身施打順序。

（1）逐一施打順序是按照特定方向或是樁身編號來延伸完成各根CFG 樁的施打作業(yè)，有著連續(xù)性好的優(yōu)勢，但對樁身間距和現(xiàn)場地基性質(zhì)有著嚴(yán)格要求。如果工程現(xiàn)場分布飽和松散粉土等軟弱地基，相鄰樁身間距值過小，或是在樁身尚未初凝情況下盲目開展施打作業(yè)，都有可能出現(xiàn)樁身擠扁、縮頸等質(zhì)量問題。而在工程現(xiàn)場搭配采取長螺旋鉆孔與管內(nèi)泵壓灌注混凝土工藝時(shí)，成樁期間會出現(xiàn)上翻土現(xiàn)象，推薦采取逐一施打順序，在采取隔樁跳打順序時(shí)會延長工期時(shí)間，增加二次放線等操作步驟。

（2）間隔跳打順序是在上根CFG 樁施打完畢后，隔開單根或是多根樁身，繼續(xù)完成剩余樁身施打作業(yè)，或是采取隔排隔樁跳打方式。此項(xiàng)方法適用于設(shè)計(jì)樁距較小的高層建筑工程，在打樁期間基本不會出現(xiàn)竄孔、縮頸問題，但在現(xiàn)場地基土質(zhì)較硬時(shí)，如果存在斷樁問題，打樁期間有可能會震斷下部樁身和上部補(bǔ)樁結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在采取滿堂布樁方式時(shí)，把復(fù)合地基中心部位作為打樁起始點(diǎn)，向外側(cè)延伸施打樁身，避免出現(xiàn)樁間土向外側(cè)向變形、土體隆起問題[4]。

3.4 確定保護(hù)樁頭留設(shè)高度

為保證CFG 樁的上部混凝土灌注質(zhì)量，施工人員額外澆筑一部分混凝土，適當(dāng)增加混凝土灌注高度，多余部分作為保護(hù)樁頭，后續(xù)對樁頭部位進(jìn)行處理即可。根據(jù)現(xiàn)行《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）規(guī)定，要求把CFG 樁樁頂標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高的差值控制在0.5m 及以上，樁頭具體留設(shè)高度根據(jù)工程現(xiàn)場情況而定，正常情況下把留設(shè)高度保持在0.75m 左右。例如，在現(xiàn)場基底土層為黏性土、且樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高與開挖基底標(biāo)高間距值小于1.5m 時(shí)，需要把樁頭留設(shè)高度控制在0.5～0.7m。而在現(xiàn)場基底土層為粉土層或是砂土層時(shí)，則需要把樁頭留設(shè)高度控制在0.7～1.0m。

3.5 工藝問題防治處理

在CFG 樁復(fù)合地基施工期間，偶爾出現(xiàn)縮徑、斷樁工藝問題，對成樁質(zhì)量和復(fù)合地基整體性能造成明顯影響。因此，施工人員需要深入了解各類常見工藝問題的形成原因，編制專項(xiàng)防治處理方案。

（1）對于縮徑問題，形成原因包括鉆孔提鉆操作擾動周邊地基土、孔隙水壓力短時(shí)間無法消散、提鉆速率超標(biāo)，從而在土層界面、樁身底部等部位出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象。施工人員搭配采取調(diào)節(jié)提鉆速率、周邊設(shè)置臨時(shí)排水設(shè)施、抽采地下水等防治措施。如果后續(xù)出現(xiàn)縮徑情況，則需要開展樁身復(fù)打作業(yè)，在縮徑部位下放鉆桿鉆頭，重新鉆進(jìn)成孔。

（2）對于斷樁問題，形成原因包括混凝土灌注中斷、拔管與混凝土灌注配合效果不佳、上部樁身遭受外力碰撞，應(yīng)采取連續(xù)完成混凝土澆灌作業(yè)、確定最佳拔管速率與混凝土澆筑速率、樁身成品保護(hù)作為防治措施。如果現(xiàn)場出現(xiàn)斷樁問題，施工人員需要拔除上部斷裂樁身，保留下部斷樁，清理樁頭表面灰塵污漬和保持樁頭平整狀態(tài)。隨后，在樁頭表面均勻攤鋪水泥砂漿，把砂漿層作為結(jié)合處理劑，灌注全新混凝土，待混凝土固結(jié)成型后，把斷裂樁身恢復(fù)為完整樁身結(jié)構(gòu)[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，為取得理想地基施工成果，從根源上預(yù)防地基沉降等質(zhì)量安全問題出現(xiàn)。在高層建筑工程建設(shè)期間，施工單位理應(yīng)提高對CFG 樁復(fù)合地基施工技術(shù)的重視程度，掌握全部技術(shù)操作要點(diǎn)，嚴(yán)格把控鉆進(jìn)成孔、混凝土灌注等重要工序的現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量，積極落實(shí)樁身質(zhì)量檢測、成樁保護(hù)、確定樁身施打順序、確定保護(hù)樁頭留設(shè)高度、工藝問題防治處理五項(xiàng)應(yīng)用策略，確保技術(shù)功能效用得到最大程度發(fā)揮。