CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)

王 斌（甘肅省隴盛建筑安裝有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070）

1 CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理

CFG樁是在碎石樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的復(fù)合地基半剛性樁。CFG樁復(fù)合地基是由樁、樁間土、褥墊層構(gòu)成，褥墊層將上層基地傳來的應(yīng)力通過協(xié)調(diào)變形，以一定的比例分配給樁及樁間土，使得它們共同受力，從而形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，共同承擔(dān)上部傳來的荷載，其加固機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 樁體的置換作用

CFG樁中的水泥經(jīng)水化反應(yīng)與水解反應(yīng)以及和粉煤灰的凝硬反應(yīng)后生成了鋁酸鈣、硅酸鈣水化物等不容于水的纖維狀的結(jié)晶化合物，這種纖維狀的化合物不斷生長并延伸填充到碎石屑的空隙中，相互交織成網(wǎng)狀的空間結(jié)構(gòu)。這樣原來的骨料由點(diǎn)與點(diǎn)，點(diǎn)與面的接觸形態(tài)就變成了空間互相纏繞的形式，從而使得樁體的抗剪強(qiáng)度及變形模量大大的提升了。

1.2 樁體排水和加筋作用

CFG樁樁體材料的滲透性與混合料中粉煤灰和水泥的用量有關(guān)，也與粉煤灰的性質(zhì)有關(guān)。CFG樁在飽和粉土和砂土中施工時(shí)，由于成樁的振動(dòng)作用使得土體內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力，剛剛施工完的CFG樁是一個(gè)良好的排水通道，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到CFG樁體結(jié)硬為止。同時(shí)，由于樁體強(qiáng)度與樁間土強(qiáng)度相差較大，樁體作用明顯，在自然土層中的柱狀體實(shí)際上構(gòu)成了土層的豎向加筋，從而改善了土體受力特征，大大提高了復(fù)合地基承載力[1]。

1.3 樁體擠密作用

在粉土、砂土和塑性指數(shù)較低的粘性土地基中，采用非排土法施工時(shí)，施工對土體的振動(dòng)或擠壓使土體得到擠密，提高了樁間土的強(qiáng)度和樁側(cè)法向應(yīng)力，使樁側(cè)摩阻力增加，樁體的承載力加強(qiáng)，進(jìn)而提高了復(fù)合地基的承載力。

1.4 褥墊層調(diào)整均化作用

在豎向荷載作用下，CFG樁復(fù)合地基由于褥墊層的作用，樁體逐漸向褥墊層中刺入，樁頂部墊層材料在受壓縮的同時(shí)，向周圍發(fā)生流動(dòng)；墊層材料的流動(dòng)補(bǔ)償，使樁間土的承載力得到充分發(fā)揮，樁體承擔(dān)的荷載相對減少，從而使基底的接觸壓力得到了均衡和調(diào)整，地基中的豎向應(yīng)力分布均衡，其變形狀況明顯改善，復(fù)合地基的承載力大大提高[2]。

2 影響CFG樁復(fù)合地基承載力的因素

CFG樁可以改善天然軟土的性質(zhì)，通過樁體與樁間土的復(fù)合，大幅度提高地基承載力。復(fù)合地基承載力與樁間土性質(zhì)、樁端土性質(zhì)、樁身強(qiáng)度、樁的尺寸、樁間距等有直接關(guān)系[5,6]，分述如下：

1)樁間土性質(zhì)

樁間土軟的增強(qiáng)效果比樁間土硬的增強(qiáng)效果差，因?yàn)闃堕g土硬時(shí)與樁的摩阻力大，土軟時(shí)與樁的摩阻力就小，即樁間土越硬，增強(qiáng)效果越明顯。

2)樁端土性質(zhì)

樁端土越硬，樁端承載力越高，加固效果越好；樁端土越軟，樁端土承載力就越小，因而單樁承載力就低，復(fù)合地基承載力提高程度越小。

3)樁身強(qiáng)度

復(fù)合地基承載力由樁本身的承載力和樁間土承載力兩部分決定。一方面單樁承載力由樁周土摩擦力以及樁端土端承力決定；另一方面，由樁本身的強(qiáng)度決定。根據(jù)《地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，樁體試塊(標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)28天立方)抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)不小于樁身應(yīng)力的3倍。即≥/。

4)樁的截面尺寸

樁長相同、地基土性質(zhì)相同時(shí)，樁徑越大則樁周面積越大，樁與樁周土的摩擦力相應(yīng)越大;樁徑愈大其樁端面積愈大，則樁的端阻力愈大。

5)樁間距(置換率)

復(fù)合地基承載力由樁和樁間土承載力兩部分組成，樁的承載力較樁間土大很多，當(dāng)樁徑、樁長一定時(shí)，樁間距越小(在合理樁間距內(nèi))即置換率越大則復(fù)合地基承載力越高，樁間距越大即置換率越小則復(fù)合地基承載力越低。

3 CFG樁復(fù)合地基施工及質(zhì)量控制

3.1 施工工藝簡介

CFG樁施工工藝歸納起來主要有兩種基本方法，即：振動(dòng)沉管打樁機(jī)施工和長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工。振動(dòng)沉管打樁機(jī)施工主要機(jī)具為振動(dòng)沉管機(jī)、攪拌機(jī)，具有施工操作簡便、施工費(fèi)用較低及對樁間土的擠密效應(yīng)顯著等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)為振動(dòng)及噪聲污染嚴(yán)重，難以穿透硬土層，施工時(shí)混合料的運(yùn)輸一般為翻斗車或人工運(yùn)輸，效率相對較低，新打樁對已打樁產(chǎn)生不良影響(如擠斷已打樁等)。長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工機(jī)械是由長螺旋鉆機(jī)、混凝土泵和強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)組成，具有低噪聲、無泥漿污染、穿透能力強(qiáng)、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，是城區(qū)和居民區(qū)的首選工藝。

1)原地面處理

水田地段排水疏干后挖除地表0.3m厚種植土，旱地和旱田地段挖除地表植物根系，并用土回填至原地面。水塘地段排水疏干，對保留的水塘圍堰抽水后，挖出0.5m厚淤泥，用土回填至水塘坎頂高程?；靥钔列璋匆?guī)定分層碾壓密實(shí)至K≥0.9。

2)測量放線

由技術(shù)人員在已處理好的地面上，按設(shè)計(jì)間距和高程，正方形布置，準(zhǔn)確施放CFG樁的樁位。放線后要對樁橛加以保護(hù)，并做好記錄。施工過程中出現(xiàn)樁橛錯(cuò)動(dòng)和丟失時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)放，確保樁位準(zhǔn)確。

3)鉆機(jī)就位

施工采用的鉆機(jī)為長螺旋鉆機(jī)，施鉆前必須準(zhǔn)確就位，并保持鉆機(jī)自身水平及鉆桿垂直。當(dāng)對位誤差超標(biāo)時(shí)，必須重新進(jìn)行調(diào)整。鉆機(jī)對位后需經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員檢查核對后（樁位誤差≤±50mm、鉆桿垂直度誤差≤1%），方可開鉆。

4)長螺旋鉆機(jī)成孔

長螺旋鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確掌握停鉆時(shí)間，防止超鉆造成浪費(fèi)。若發(fā)生超鉆，不準(zhǔn)反鉆回土抬高孔底高程，超鉆部分必須與設(shè)計(jì)樁長同時(shí)灌注。施工過程中，應(yīng)隨時(shí)人工配合清除鉆機(jī)吐出的鉆碴（軟土、淤泥等），保持鉆機(jī)工作面的整潔。

5)泵壓混合料灌注成樁

灌樁完成鉆機(jī)移位后，人工用插入式混凝土振搗器對樁頂2.5m范圍進(jìn)行振搗固作業(yè)，促使樁頂部位混合料密實(shí)。為了保證樁體質(zhì)量，設(shè)計(jì)上要求截去設(shè)計(jì)高程以下被污染的60cm樁頭，在樁頂設(shè)置高60cm直徑90cm的現(xiàn)澆C15混凝土倒園臺(tái)型樁帽，在CFG樁達(dá)到強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前任何機(jī)械、車輛不得隨意入內(nèi)，防止擾動(dòng)造成斷樁。

6)截去樁頭

由于灌注樁身時(shí)，灌注料表面極有可能被殘留鉆碴、孔壁土體等雜質(zhì)污染，要求混合料始終將鉆頭埋入1m左右，目的是將所有污染集中在樁頭范圍內(nèi)，因此樁頭部位的強(qiáng)度偏低，不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。設(shè)計(jì)時(shí)已有意加長60cm樁長，即為應(yīng)截去的樁頭長度。待CFG樁達(dá)到28天強(qiáng)度后，經(jīng)檢測滿足設(shè)計(jì)要求后開始截取樁頭。

7)加筋碎石褥墊層

CFG樁經(jīng)檢測合格后，即可進(jìn)行加筋碎石褥墊層施工。加筋碎石褥墊層采用50cm厚碎石夾一層單向拉伸塑料土工格柵（TGDG110kN/m）施工前應(yīng)將地面預(yù)留1%～2%的排水橫坡，防止施工期間遇雨造成加筋褥墊層下積水軟化。

3.2 施工質(zhì)量控制

3.2 .1 混合料泵送過程的質(zhì)量和施工控制

1)施工前先將混凝土泵的料斗及管線用清水濕潤，然后攪拌一定的水泥砂漿進(jìn)行泵送潤滑管線。

2)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，一邊泵送一邊拔管，拔管速率控制必須與泵送量相匹配，泵送量達(dá)到鉆桿芯管一定高度后，方可拔管，拔管速率在現(xiàn)場試成樁后確定。根據(jù)CFG樁混合料的泵送量和樁徑反算拔管速率，以保證鉆頭始終埋在CFG樁混合料液面以下，避免進(jìn)水、夾泥等質(zhì)量缺陷的發(fā)生。

3)施工時(shí)要始終保持混凝土泵料斗內(nèi)的混合料液面在料斗底面以上一定高度，以免泵送時(shí)吸入空氣，造成堵管。

3.2 .2 成樁的質(zhì)量和施工控制

1)樁位控制

在施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，確定建筑物的控制軸線，并將樁的準(zhǔn)確位置施放到施工作業(yè)面上。樁位定位方法現(xiàn)場采用插木制短棍撤白灰點(diǎn)來表示樁位，點(diǎn)位應(yīng)明顯易找且不易破壞。

2)垂直度控制

鉆機(jī)就位后，應(yīng)用鉆機(jī)塔身的前后垂直標(biāo)桿檢查導(dǎo)桿，校正位置，使鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心，樁身垂直度偏差不得大于1%。鉆孔開始時(shí)，封住鉆頭閥門，使鉆桿向下移動(dòng)至鉆頭觸及地面時(shí)，開動(dòng)鉆機(jī)旋動(dòng)鉆頭。一般應(yīng)先慢后快，在成孔過程中如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時(shí)，應(yīng)停機(jī)或放慢進(jìn)尺。

3)樁長控制

根據(jù)樁長，確定鉆孔深度。當(dāng)樁尖到達(dá)鉆孔深度位置時(shí)，在動(dòng)力頭底面停留處與鉆機(jī)塔身相應(yīng)位置作醒目標(biāo)注，作為施工時(shí)控制樁長的依據(jù)。當(dāng)動(dòng)力頭底面到達(dá)標(biāo)注時(shí)，樁長即滿足設(shè)計(jì)要求。

4)成樁控制

成孔時(shí)鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鉆桿停止鉆動(dòng)，開始泵送混合料，禁止將鉆桿往上提30cm再泵料。成樁過程宜連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)避免后臺(tái)上料慢造成的供料不足、停機(jī)待料現(xiàn)象。若施工中因其它原因不能連續(xù)灌注，須根據(jù)勘察報(bào)告和施工己掌握的場地土質(zhì)情況，避開飽和砂土、粉土層，不宜在這些土層內(nèi)停機(jī)。成樁過程中必須保證排氣筏正常工作。當(dāng)成樁至樁頂標(biāo)高2.0m以內(nèi)時(shí)，應(yīng)連續(xù)泵料至樁體混合料高出樁頂標(biāo)高。

4 結(jié) 語

CFG樁復(fù)合地基隨著理論的研究和工程實(shí)踐的應(yīng)用，已初步具有完善的計(jì)算理論和成熟的施工工藝，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意不同土層的特性。通過理論研究分析以及一些工程實(shí)踐，可以得出以下幾個(gè)結(jié)論。

1）CFG樁適用于處理粘性土，粉土，沙土和已自重固結(jié)的素填土。

2）影響地基承載力的因素有很多，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)要注意在相關(guān)方面引起重視。

3）CFG樁復(fù)合地基施工過程要嚴(yán)格的按照相應(yīng)的規(guī)范和施工工藝進(jìn)行，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

[1]閻明禮，吳春林等.水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基試驗(yàn)研究.巖土工程學(xué)報(bào)，1995，18(2):11-15

[2]李興成.CFG樁復(fù)合地基加固機(jī)理研究及工程實(shí)例分析[J].《延安大學(xué)學(xué)報(bào)》自然科學(xué)版.2005(1): 66- 67

[3]陳圣仟，CFG樁復(fù)合地基的機(jī)理及在工程中的應(yīng)用[D],山東，山東大學(xué)，2007

[4]王偉，孟曉燕.CFG樁復(fù)合地基施工[J].工程建筑

[5] 鄧躍光，黃榮.CFG樁復(fù)合地基的原理和設(shè)計(jì).[J]地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù).2002.9

[6]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)中國建筑工業(yè)出版社，2002.12

[7]秦繼英.CFG樁復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用研究[D],河南，鄭州大學(xué)，2006

[8]黃驍.CFG樁在地基處理中的應(yīng)用研究[D],吉林，吉林大學(xué)，2004