CFG樁復合地基設計與施工工藝

袁野

（四川省川建勘察設計院有限公司，成都610000）

1 引言

CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱， 被廣泛應用于建筑不良地基的處理中。 CFG 樁的承載性能良好，沉降量小，可維持地基的穩定性[1]。 但CFG 樁復合地基施工具有復雜性，如設計方案或施工工藝不合理，均會影響CFG 樁的施工效果。基于此，探討CFG 樁復合地基的設計與施工工藝具有實際意義。

2 CFG樁概述

CFG 樁由水泥、碎石、粉煤灰、石屑、砂、水為主要原材料，按比例拌制后，用成樁機械制作而成。 水泥、碎石、石屑屬于CFG 樁的主體骨料， 調整水泥用量可制備不同強度等級的混合料，CFG 樁的強度等級普遍在C15～C25，屬于介于剛性樁與柔性樁之間的樁體。 在建筑地基處理中施作CFG 樁后，樁體連同樁間土組成復合地基，將荷載傳遞至深層地基中，維持地基和上方建筑的穩定性。CFG 樁的適用性良好，在自重固結的素填土、粉土、黏性土、砂土的加固中均具有可行性。

3 工程概況

某商住樓為16 層的高層建筑， 上部結構采用剪力墻結構，設置2 層地下室，采用厚度為700 mm 的筏形基礎。施工現場的天然地基缺乏足夠的承載性能，需妥善處理。 建設單位兼顧地基處理質量、施工效率、成本等多項要求，選擇CFG 樁復合地基處理方案。

4 CFG樁復合地基設計

4.1 選取驗算點

根據現場地質條件， 取相對不利鉆孔2#、8#地層計算，僅有少部分樁頂標高為480.40 m， 絕大多數為481.80 m 和481.30 m。 最短樁長不小于9.00 m，樁端進入中風化泥巖的深度≥1.80 m。 各孔樁側土的類型、厚度及側阻力特征值見表1。

表1 2#孔、8#孔鉆孔樁側土層一覽表

4.2 計算單樁承載力

樁徑d 為1.00 m， 樁端天然地基土的承載力特征值qp為2 000 kPa，樁端端阻力發揮系數為1.0，樁截面積Ap為0.785 m2各孔的單樁承載力特征值Ra的計算公式見式（1）和式（2）。

2#孔：

代入相關數據得：

式（1）、式（2）中，d 為樁徑，取1.00 m；li為樁周第i 層土的厚度，m；qsi為樁周第i 層土的側阻力。

4.3 計算面積置換率

復合地基的承載力計算公式見式（3），經轉換，則有面積置換率的計算公式見式（4）：

式（3）、式（4）中，fspk為復合地基承載力特征值；λ 為單樁承載力發揮系數，取0.9；m 為面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為CFG 樁截面積， 取0.785 m2；β 為樁間天然地基土承載力折減系數， 取1.0；fspk為處理后樁間地基土承載力特征值，取450 kPa。 代入數據計算得m=0.069。

4.4 計算樁距

面積置換率公式見式（5），對其進行置換，則有式（6）[2]：

式中，d 為樁徑，取1.00 m；de為等效圓影響直徑，m。 代入數據據計算得m=3.80 m

CFG 樁按等邊三角形布置時，樁間距S≤de/1.05=3.62 m。

CFG 樁按正方形布置時，樁間距S≤de/1.13=3.36 m。

根據計算結果，確定本工程的CFG 樁布置方式：以正方形的布樁方式為主， 邊角區域由于邊界形狀的特殊性無法以正方形的方式布樁，調整為三角形布樁，按照此方案布樁時，面積置換率為0.084。

綜合考慮設計單位提供的基礎尺寸， 確定詳細的樁間距與置換率參數，即商住樓區域采用筏板基礎形式，基礎面積為1 255.62 m2，采用正方形布樁時，樁間距為3.20 m×3.20 m，采用三角形布樁時， 樁間距為3.50 m×3.50 m， 實際樁數共135根。 本設計方案的實際面積置換率m≥0.069， 達到工程對CFG 樁復合地基的設計要求。 鑒于施工現場地質條件的復雜性，必要時可根據地層特性靈活調整參數。

4.5 估算CFG樁復合地基承載力特征值

根據上述確定的參數， 可知fspk=874.46 kPa＞500.00 kPa。根據估算結果可知， 復合地基承載力特征值達到設計要求，具體需通過實地檢測的方式確定真實的復合地基承載力特征值。

5 CFG樁施工工藝

5.1 鉆機就位

對樁點做十字定位，設定位樁，以便在CFG 樁施工過程中及時檢查孔位偏差。 機架高度根據設計樁長而定，在鉆機表面設置深度標記，鉆桿保持垂直且穩定的狀態，鉆頭對準樁中心，誤差控制在100 mm 內。 鉆機就位后，通過鉆機塔身的垂直標桿檢查塔身導桿，及時調整偏差，確保鉆機各裝置均保持良好的作業姿態，使成型CFG 樁的垂直度容許偏差不超過1%。

5.2 拌制混合料

根據試驗結果確定CFG 樁混合料的配合比，即水泥∶粉煤灰∶粗骨料∶細骨料∶外加劑∶水=1∶0.43∶3.87∶2.69∶0.014∶0.57。 根據現場用料要求，在3#拌和站集中拌制CFG 樁的混合料，工作人員嚴格根據配合比稱量原材料， 每盤攪拌時間以120 s 為宜，用電腦控制和記錄拌制信息。 拌制后，混合料的坍落度為160～200 mm 且原材料均勻分布時， 可用混凝土罐車裝載運輸至施工現場，盡快用于CFG 樁的灌注施工。

5.3 試樁

在施工現場取地質條件具有代表性的部位試樁， 試樁數量不少于總樁數的0.5%，根據試樁結果確定合適的成樁工藝及作業參數。取芯檢測，混合料的28 d 無側限抗壓強度不低于10 MPa 時，鋪設褥墊層，做標準貫入試驗和荷載試驗，要求CFG 樁和樁間土組成的復合地基的承載力超過500 kPa。若試樁時28 d 無側限抗壓強度、承載力各項指標均達到以上要求，總結CFG 樁施工工藝， 不達標時調整施工工藝及相關參數，最終制訂一套具有指導性意義的CFG 樁施工方案[3]。

5.4 鉆進成孔

鉆孔初期，關閉鉆頭閥門，鉆頭觸及地面時開始鉆孔。 前期慢速鉆孔，后續加快，便于檢查和糾正鉆孔的偏差，減少鉆桿搖晃現象。 鉆進過程中進尺未見明顯增加或鉆桿搖晃時，放慢進尺，避免樁孔偏斜、鉆具受損等問題。 鉆頭到達設計樁長指定標高后，設置標記，作為控制孔深的依據。 場地局部缺乏平整性，鉆進過程中需及時檢測工作面的標高，根據標高差異適當調整鉆進參數。 鉆進時，記錄每米的電流變化值，若有電流突變，確定發生突變的位置及具體數據，將鉆進數據作為復核地質條件時的參考依據。

5.5 灌注混合料及拔管

CFG 樁成孔至設計標高后，檢驗樁孔的孔位、孔深、孔徑、孔壁成型狀態，若無誤可泵送混合料。 待混合料充滿鉆桿芯后，以合適的提升速度和旋轉速度平穩地反向旋轉提升鉆桿。CFG 樁成樁時拔管速度以1～2 m/min 為宜，連續成樁，盡可能避免因供料中斷或設備故障等原因暫停成樁。 因故無法連續灌注成樁時，根據施工現場的地質勘察資料和樁孔施工時的實際地質信息規劃停機位置，避開飽和砂土、粉土層。 CFG 樁灌注成樁結束后，向樁頭覆蓋水泥袋，防護樁頭。 考慮到樁頭質量控制要求，實際樁頂高程比設計值略高50 cm，CFG 樁成型后用濕挖法精準挖除多余的樁頭，覆蓋薄膜進行防護。

5.6 整機移位

前一根CFG 樁施工成型后，鉆機移位，施工下一根樁，以此類推。 鉆機支撐腳壓在樁位旁，導致原本測放的樁位標記發生偏移，或由于CFG 樁開挖產生的土方覆蓋樁位，無法正常施工，因此，在施工下一根樁前需復核周圍樁和軸線，將樁位偏差控制在10 cm 內。 全程施工均遵循循序漸進的原則，任何一根樁的施工質量不達標時，均要及時處理。

6 CFG樁復合地基質量檢驗

CFG 樁復合地基的設計強度達標后，在＞500 kPa 的區域取33#、264#共2 組樁試點， 在＞560 kPa 的區域取121#、307#、375#共3 組試樁點，分別檢測各組試樁點的承載力特征值。

單樁復合地基靜載荷試驗采用的是半無限空間彈性理論， 方法是用剛性承壓板向CFG 樁復合地基施加垂直荷載，檢驗地基在荷載作用時的變形程度， 再根據檢驗數據計算地基承載力和變形參數。

試驗采用的反力裝置為反力架和堆重物，33#、264#樁試點和121#、307#、375#樁試點均采用方形剛性承壓板，寬度分別為1 500 mm、1 600 mm。

本試驗為CFG 樁復合地基的驗證性檢測，試驗加載量達到最大加載值時結束。33#、121#、264#、307#、375#樁試點的最大加載值分別為1 060 kPa、1 180 kPa、1 080 kPa、1 180 kPa、1 180 kPa。根據試驗加載數據繪制單樁復合地基靜荷載壓力-沉降（p-s）曲線，結果表明各試樁點的曲線均為緩變型曲線，若壓力-沉降曲線具有平緩、光滑的特征，則復合地基承載力特征值可根據變形值確定，進一步考慮“按相對變形值確定的承載力特征值不超過最大加載壓力的1/2”的要求，最終確定本建筑各試樁點的承載力特征值，結果如表2 所示。

表2 CFG樁復合地基承載力特征值取值表

根據5 處試樁點的復合地基承載力特征值檢驗結果可知，最低為530 kPa，最高為590 kPa，均超過設計要求的500 kPa，表明CFG 樁復合地基的承載力特征值達標，也驗證了CFG 樁復合地基設計方案與施工工藝在本工程中具有可行性。

7 結語

綜上所述，CFG 樁復合地基施工工藝是建筑地基處理中的常用工藝，CFG 樁和樁間土組成的復合地基具有承載力強、沉降量小的特點，CFG 樁施工簡單，取材便捷，綜合應用效果良好。經過本文的分析，提出某建筑工程的CFG 樁復合地基設計方案和施工工藝，并選取5 處試樁點，檢驗CFG 樁復合地基的承載力特征值。 結果表明，此項指標均達到500 kPa 的設計要求，CFG 樁有效改善了地基承載力不足的問題，有利于建筑工程的后續建設和安全使用。