淺談CFG樁復(fù)合地基在閘站工程中的應(yīng)用

摘要：本文以汕頭市東部城市經(jīng)濟帶河口治理及綜合開發(fā)項目新溪片區(qū)水利工程西閘基礎(chǔ)處理工程為例，主要介紹CFG樁復(fù)合地基施工工藝、檢測方法及成果分析，同時針對施工過程中常出現(xiàn)的問題分析原因并提出解決措施，進一步加強施工質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：CFG樁；復(fù)合地基；低應(yīng)變 ；靜載

1、引言

CFG樁即水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁，其與樁間土、褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基，具有適應(yīng)性強、承載能力好，施工周期短、工程造價低等特點。汕頭市東部城市經(jīng)濟帶河口治理及綜合開發(fā)項目新溪片區(qū)水利工程西閘站工程正是采用了該種地基處理技術(shù)。

2、工程概況

西閘站工程分為西水閘及西排澇站兩部分，其中排澇泵站等別為Ⅱ等大（2）型，裝機容量4000KW（4臺×1000KW），設(shè)計抽水流量84m3/s；水閘等別為Ⅲ等中型，凈寬為4孔×9m=36m，設(shè)計排水流量255m3/s。

2.1土質(zhì)情況

西閘站位于新溪片區(qū)西堤與海岸連接處的岸邊沖擊沙灘上，地形平坦，地面高程0.6m～2.7m，土層主要結(jié)構(gòu)由上至下：②層：淺黃色粉細砂，松散，局部夾1.7m厚淤泥質(zhì)，約10～12m；③、④層：灰黑色淤泥及淤泥質(zhì)粘土，細滑，粘性強，常夾薄層粉細砂，軟塑，屬高壓縮性土，約20～26米；⑤層：土黃色中粗砂，上部含泥較多，稍-中密。厚度變化大，呈透鏡狀分布，約1～9米；⑥層：灰黃色粘土，土質(zhì)較均一，粘性強，斷續(xù)夾薄層粉細砂，可塑，約1～9米；⑧層：黃色含礫粗砂，密實狀。

2.2、施工技術(shù)指標

樁徑為500mm，砼抗壓強度為fcu≥15Mpa，呈正方形布置，施工間距及樁長根據(jù)不同工程部位的設(shè)計復(fù)合地基承載力特征值要求，由典型試驗施工確定。

褥墊層采用300mm厚，體積比1：1的碎石粗砂墊層。褥墊層夯填度控制在0.87～0.9范圍內(nèi)。

3、施工工藝

1、室內(nèi)配合比試驗

為了經(jīng)濟合理地確定各原材料的摻入比等技術(shù)參數(shù)，滿足混合料塌落度16～20cm，標準抗壓強度fcu≥15Mpa的要求，施工前首先需進行室內(nèi)配比試驗。本工程共進行3組不同配合比的設(shè)計，具體試配成果如下：

三組配合比成果均滿足設(shè)計要求，但考慮到試驗室試配、養(yǎng)護與攪拌站實際生產(chǎn)、現(xiàn)場正式施工等條件的差異，為確保工程質(zhì)量，選取第Ⅲ組有較大強度富余量的試驗配合比作為實際使用配合比。

2、CFG樁成樁試驗

CFG樁正式施工前，首先需對原地基進行地質(zhì)復(fù)勘，根據(jù)復(fù)勘結(jié)果，在具體代表性的位置進行工藝性試驗，并詳細記錄整個試驗過程的各項施工參數(shù)，為下一步正式施工及設(shè)計參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

本工程地質(zhì)復(fù)勘孔位沿西水閘、西排澇站軸線布置，共鉆孔20個，復(fù)勘結(jié)果與原設(shè)計地質(zhì)資料基本吻合。土層結(jié)構(gòu)主要為上部分部中等透水的粉細砂層，厚度約10m，中部為相對不透水的粘性土，厚度24m～26m，下部分部強透水中粗砂層，厚度大于10m。設(shè)計單位根據(jù)復(fù)勘結(jié)果和不同結(jié)構(gòu)承載力要求，結(jié)合現(xiàn)場場地開挖情況，確定在具有代表性位置的1區(qū)泵房、11區(qū)水閘閘室以及5區(qū)泵站箱涵進行3組成樁試驗，每組4根。復(fù)勘孔位及試驗樁位置如下圖。

試驗樁成樁28天后，分別對每組試驗樁進行低應(yīng)變檢測，根據(jù)檢測結(jié)果選取其中樁身質(zhì)量較差的一根樁進行復(fù)合地基承載力試驗，以驗證是否滿足設(shè)計復(fù)合地基承載力特征值。本工程三組試驗樁經(jīng)檢測，均能滿足設(shè)計要求，由此確定了施工樁基特性表。

3、CFG樁復(fù)合地基施工工藝

本工程CFG樁采用長螺旋鉆桿管內(nèi)泵壓混凝土的施工工藝，施工設(shè)備主要包括長螺旋鉆機、混凝土泵、混凝土攪拌罐車。復(fù)合地基具體施工流程圖如下：

（1）施工準備：施工前，先清理平整場地，若場地太軟，還需進行換填處理。場地成型后，根據(jù)樁位布置圖，進行樁位的精確放樣，樁中心用短鋼筋定位，并撒石灰標記。

（2）樁機就位：鉆機就位后，利用鉆機塔身的前后左右垂直標桿檢查塔身，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心。

（3）鉆進成孔：鉆孔開始時，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面，啟動馬達鉆進。先慢后快，這樣既能減少鉆桿晃動，又容易檢查鉆孔的偏差，及時糾正。在成孔過程中如發(fā)現(xiàn)鉆桿晃動幅度較大或難鉆時，應(yīng)放慢進尺，否則較易導(dǎo)致樁孔嚴重偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞或扭斷。根據(jù)塔身上刻度標記控制鉆進深度，當鉆頭達到設(shè)計樁底標高時，停止鉆進。

（4）灌注及拔管：泵送混凝土，當鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管，嚴禁先提管后泵料。拔管速度先慢后快，宜控制在1.8～2.5m/min，邊提鉆邊灌混凝土至設(shè)計樁頂標高50cm以上留作保護樁頭。提鉆過程中，提鉆高度應(yīng)與砼泵送量相適應(yīng)，以確?；旌狭暇鶆蜻B續(xù)灌注。

（5）移機：當上一根樁施工完畢后，鉆機移位，進行下一根樁的施工。施工時由于CFG樁排出的土較多，經(jīng)常將臨近的樁位覆蓋，有時還會出現(xiàn)鉆機支撐時支撐腳壓在樁位旁使未施工的樁位發(fā)生移動。因此，下一根樁施工時，還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置再次復(fù)核樁位。

（6）清除棄土：CFG樁施工過程中，應(yīng)根據(jù)打設(shè)順序及時清理轉(zhuǎn)運排出的棄土，保證CFG樁連續(xù)施工，加快施工效率。

（7）開挖樁間土：由于CFG樁自身抗剪能力較差，表層及樁間土可利用小型挖掘機開挖，樁身四周土必須采用人工清理，以免機械操作過程中觸碰樁頭或樁間土擠壓造成CFG樁淺部出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

（8）破除保護樁頭：水準儀精確測量出分區(qū)四角位置CFG樁的設(shè)計樁頂標高，橫縱拉線，用紅油漆在每根樁設(shè)計樁頂標高位置做好標記。樁頭先用圓盤鋸片沿標記位置四周向內(nèi)切割，再用風鎬將樁頭鑿除，割縫應(yīng)盡可能深，以確保樁頭的平整度及防止崩角。

（9）鋪設(shè)褥墊層：樁基檢測合格且基底通過驗收后，開始鋪設(shè)褥墊層。褥墊層材料粗砂、碎石應(yīng)混合均勻，嚴格按虛鋪厚度鋪設(shè)，并利用蛙式打夯機或平板振動器振動密實，確保夯填度滿足要求。

4、CFG樁復(fù)合地基檢測

對CFG樁復(fù)合地基的檢測在CFG樁施工完成28天后進行，檢測內(nèi)容包括低應(yīng)變對樁身完整性的檢測和單樁復(fù)合地基載荷試驗對復(fù)合地基承載力的檢測。

4.1 低應(yīng)變檢測

檢測方法：在樁頂安置檢波器，用錘敲擊樁頂產(chǎn)生的彈性波由樁頂向下傳播，當遇到不同的波阻抗界面（缺陷、樁底）后反射回樁頂，并由檢波器接收存儲，然后根據(jù)波形、波幅及其相位頻譜變化特征來綜合判定樁身的完整情況及缺陷位置，評價完整性等級。

成果分析：據(jù)樁身混凝土的均勻性，是否存在缺陷以及缺陷的嚴重程度，將樁身完整性劃分為Ⅰ～Ⅳ類，其中Ⅰ、Ⅱ類樁為合格樁，Ⅲ、Ⅳ樁為不合格樁，需要進行處理，以下列舉4類樁的一般波形特性圖。

（1）根據(jù)波形曲線可知，樁體未見缺陷反射波，有樁底反射，樁身完整樁、均勻性良好，為I類樁。

（2）根據(jù)波形曲線可知，樁體在3m左右有輕微缺陷反射波，樁身基本完整，均勻性一般，為Ⅱ類樁。

（3）根據(jù)波形曲線可知，樁體在2.5m左右有明顯缺陷反射波，樁身不完整，均勻性較差，為Ⅲ類樁。此種情況若缺陷位置深度較淺，可采用破除缺陷以上樁頭后接樁的處理方式，否則，需進行補樁。

（4）根據(jù)波形曲線可知，樁體出現(xiàn)周期性反射波，未見樁底反射，樁身嚴重不完整，為Ⅳ類樁。此種情況若缺陷位置深度較淺，可采用破除缺陷以上樁頭后接樁的處理方式，否則，需進行補樁。

4.2 單樁復(fù)合地基承載力試驗

檢測方法：采用等荷載增量逐級維持荷載法。最大加載按設(shè)計承載力的2倍控制，分8級施加，每級荷載施加后待沉降穩(wěn)定，記錄穩(wěn)定沉降值。卸載級數(shù)為加荷級數(shù)的一半，直至卸荷至0，同樣記錄穩(wěn)定沉降值。

成果分析：以西閘站2區(qū)箱涵16#CFG樁單樁復(fù)合地基靜載試驗為例，根據(jù)整個加卸荷載過程各級荷載值與對應(yīng)累積沉降值繪制P～S、S～lgt曲線，如下圖。

根據(jù)曲線分析可知，P～S曲線關(guān)系圖總體表現(xiàn)為近似指數(shù)關(guān)系，無明顯的轉(zhuǎn)折點和臨界點，S～lgt曲線呈平緩規(guī)則排列，表明樁體在檢測范圍內(nèi)垂直壓力作用下并未發(fā)生破壞。復(fù)合地基承載力特征值按規(guī)范要求取相對變形值S/b=0.01所對應(yīng)的荷載，其中b（樁間距）=3000mm，求得s=30mm，根據(jù)P～S曲線對應(yīng)承載力特征值為230kpa，大于設(shè)計承載力特征值210kpa，且最大沉降量小于設(shè)計要求150mm，滿足設(shè)計要求。

5、CFG樁施工中常見問題及控制措施

（1）堵管：堵管是施工中常見的問題，特別是排除不暢時，使已攪拌的混合料失水結(jié)硬，增加再次堵管的幾率，給施工帶來很多困難。

（2）樁身下沉：在飽和粉土、粉細砂層中施工經(jīng)常出現(xiàn)打完1號樁后，接著打相鄰的2號樁時，隨著鉆桿的鉆進，發(fā)現(xiàn)尚未結(jié)硬的1號樁樁頂突然下沉，導(dǎo)致樁頂標高低于設(shè)計標高，甚至出現(xiàn)樁頭上部被土填充的不利情況。

（3）樁身缺陷：根據(jù)樁基檢測結(jié)果分析統(tǒng)計，CFG樁樁體主要質(zhì)量缺陷包括樁身夾泥、樁頭存氣空心、樁端不飽滿等。

（4）斷樁及接樁：CFG樁自身抗剪能力較差，在樁間土開挖過程中，由于機械操作不當，觸碰或擠壓樁身，經(jīng)常出現(xiàn)淺部樁身有裂隙甚至斷樁的情況。對此，一方面采用小型機械開挖表層土，人工開挖樁間土的方式，盡可能避免淺部缺陷出現(xiàn)，另一方面，當出現(xiàn)淺部缺陷時，必須進行接樁處理，使樁頂標高達到設(shè)計要求。接樁處理程序：①人工開挖樁周土至樁身缺陷部位以下不小于200mm；②將異常樁頭鑿除，剩余樁頭面層鑿毛并清洗；③立模加固，先鋪一層水泥砂漿，再采用高一標號混凝土補至樁頂設(shè)計標高，補加部分直徑宜大于原樁直徑200mm。

五、結(jié)語

本文通過對汕頭項目西閘站CFG樁復(fù)合地基施工工藝、試驗檢測、常見施工問題及控制措施三個方面進行介紹總結(jié)，希望對本工程基礎(chǔ)施工過程管理有所幫助，同時也希望對后續(xù)同類基礎(chǔ)處理工程起到一定的示例作用。

參考文獻

[1] CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實踐（第二版）.中國水利水電出版社.

[2] 汕頭市東部城市經(jīng)濟帶河口治理及綜合開發(fā)項目新溪片區(qū)水利工程西閘站工程施工組織設(shè)計.

[3] 西閘站CFG樁試驗檢測報告.