CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用

張小蔥，姜曉艷

（江蘇省南通三建集團有限公司北京分公司，北京 100195）

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

北京市地鐵大興線3#住宅樓等9項工程位于北京市大興區(qū)康莊路南側(cè)，棗園路北側(cè)，興華大街西側(cè)。擬建建筑物為6棟住宅樓、燃氣調(diào)壓站、開閉所、車庫配電室、送風(fēng)機房、垃圾站和地下車庫。住宅樓為地上36層，總高度為104.20m，為剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)及柱下獨立基礎(chǔ)；燃氣調(diào)壓站、車庫配電室、送風(fēng)機房和垃圾站為地上1層、開閉所為地上2層。除燃氣調(diào)壓站和開閉所以外均有地下車庫為2層，基礎(chǔ)深度約12.00m?？偨ㄖ娣e214 894.21m2，其中地下建筑面積61 750.94m2，地上建筑面積153 143.27m2，框架/剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 工程地質(zhì)情況

擬建場地地面比較平坦，地面高程39.88m～43.53m。地貌位置屬永定河沖洪積扇的上部，主要是永定河的沖積、洪積物。在鉆探所達50m深度范圍內(nèi)，場地地層由人工填土層、第四紀沖洪積層組成。

1.3 水文地質(zhì)情況

本場地勘探深度范圍內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水，地下水主要含水層為⑥層細砂和⑦層卵石，均屬強透水性土層。地下水主要受大氣降水及側(cè)向徑流補給。根據(jù)勘察報告，整個建筑場地潛水靜止水位埋深為30.00m～31.00m之間，即標(biāo)高12.00m～11.00m之間。根據(jù)調(diào)查資料地下水位年變幅為2.00m～3.00m。擬建場區(qū)近3～5年最高水位標(biāo)高：據(jù)北京市有關(guān)地下水觀測資料表明，潛水靜止水位標(biāo)高在16.00m上下，水位埋深約為26.00m。

2 方案選擇

由工程地質(zhì)剖面圖可知主要地基持力層為細砂層④，其承載力特征值為250k Pa，結(jié)構(gòu)要求基底壓力630～710k Pa，天然地基的承載力不能滿足設(shè)計要求。

綜合以上工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，并考慮設(shè)計要求，選擇CFG樁復(fù)合地基處理方案（圖1），采用長螺旋鉆機成孔，壓灌混凝土的工藝，槽底預(yù)留土50cm。在清除樁間土剔除樁頭后鋪30cm厚中粗砂或石屑褥墊層并夯實，要求褥墊層夯填度≤0.9。

CFG樁施工結(jié)束28天后，應(yīng)進行復(fù)合地基靜載試驗。樁身抽取不少于10%的樁進行低應(yīng)變動力，檢測樁身的完整性。

圖1 CFG樁剖面示意圖

3 承載力計算

3.1 單樁承載力計算

選樁徑400mm，樁端持力層3#樓選擇卵石層⑤，其余樓座選擇卵石層⑦，包括保護樁長0.5m。單樁承載力標(biāo)準值Rk可按下式計算

式中 Rk——單樁承載力特征值（k N）；

qsi——第i層土側(cè)摩阻力極限值(k Pa)；

qp—— 樁端極限阻力極限值（k Pa）；

Ap—— 單 樁 截 面 積 ,Ap=3.14×0.202

=0.1256m2；

Up——樁周長,Up=0.40×3.14=1.256m；

hi——第i層土層厚(m)；

k——安全系數(shù)，k取2.0。

經(jīng)以上計算分析，3#樓Rk取790k N，設(shè)計樁長6.8m，4#樓Rk取1280k N，設(shè)計樁長14.4m，5#樓Rk取1130k N，設(shè)計樁長13.0m，6#樓Rk取1280k N，設(shè)計樁長16.1m，7#樓Rk取1200k N，設(shè)計樁長15.5m，8#樓Rk取1200k N，設(shè)計樁長13.7m。

3.2 復(fù)合地基承載力標(biāo)準值確定

復(fù)合地基承載力特征值3#、5#樓fspk為710k Pa，4#、6# 樓 fspk為 630k Pa，7#、8#樓 fspk為 680k Pa。

3.3 置換率計算

由規(guī)范公式

取β＝0.90，faK=250k Pa，則可算出，3#樓置換率m＝0.0800，4#樓置換率m＝0.0406，5#樓置換率m＝0.0553，6#樓置換率m＝0.0406，7#樓置換率m＝0.0488，8#樓置換率m＝0.0488。

3.4 布樁方式確定

由m＝d2／de2，采用正方形布樁，則de＝1.13s，則3#樓樁間距s分別為1.25m×1.25m，4#樓樁間距s分別為1.75m×1.75m，5#樓樁間距s分別為1.50m×1.50m，6#樓樁間距s分別為1.75m×1.75m，7#樓樁間距s分別為1.60m×1.60m，8#樓樁間距s分別為1.60m×1.60m。

3.5 樁體強度設(shè)計

3.6 最終沉降量計算

按規(guī)范公式進行分層計算，采用公式

經(jīng)計算，最終沉降量均滿足規(guī)范要求。

4 施工準備

4.1 主要設(shè)備機具準備

表1 主要施工機具一覽表

4.2 技術(shù)準備

施工前各項準備工作如圖2所示。

5 施工工藝

圖2 施工前各項準備工作圖

采用長螺旋鉆機成孔、管中心壓灌超流態(tài)混凝土施工工藝。施工嚴格遵循《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》及有關(guān)國家其他規(guī)定。施工工藝流程如圖3所示。

5.1 工藝要點

5.1.1 樁位放點

按照地基處理圖設(shè)計的樁位、間距、數(shù)量，從已定好的2個軸線控制點引放定出每一個樁的樁位點，并撒白灰作好標(biāo)識；經(jīng)監(jiān)理驗線合格后進行下道工序。樁位放線偏差群樁20mm；單排樁10mm（圖4）。

5.1.2 混凝土攪拌

根據(jù)設(shè)計好的配合比，保證混凝土的實測坍落度為160～200mm。

5.1.3 鉆機就位及成孔

1）將長螺旋鉆就位，調(diào)整鉆機水平并固定，專人檢查將鉆頭錐尖對準樁位中心點；長螺旋鉆機就位后，司鉆人員根據(jù)鉆機架上的鉛錘調(diào)節(jié)鉆機垂直度，確保垂直度偏差≤1%。

2）全部調(diào)整到位后，開始鉆孔（圖5），在鉆機架上預(yù)先做好深度標(biāo)記，利用深度標(biāo)記進行成孔深度控制，并由電流表的數(shù)值判斷是否進入碎石層。在施工過程中，采用雙控標(biāo)準控制孔深，既滿足有效樁長又保證樁端進入碎石層≥500mm。

圖3 施工工藝流程圖

圖4 CFG樁位平面布置圖

圖5 鉆孔圖

3）在大面積施工前，首先進行試樁工作，共試驗3根樁，由此取得成樁的必需參數(shù)（提升速度、混凝土灌注速度、灌注量等），確定出成樁的順序為：對稱、間隔、鄰排斜向挑打，嚴禁從一端開始按順序逐個施工。

4）拔管、壓灌混凝土成樁：長螺旋鉆機鉆至設(shè)計深度且等鉆桿中孔灌滿混凝土后，開始提升鉆桿、壓灌混凝土（圖6）。

圖6 拔管、壓灌混凝土成樁圖

5）一邊泵送C20混凝土，一邊拔管。設(shè)專人指揮協(xié)調(diào)鉆機操作手和混凝土泵操作手保證泵送混凝土和提升鉆桿的默契配合，以確保成樁質(zhì)量。在正常情況下，鉆機的提升速度≤1.0～1.5m/m in，在含水砂層段內(nèi)，適當(dāng)放慢提鉆速度，以防流沙造成塌孔、斷樁現(xiàn)象。

6）提鉆的速率與混合料的泵送速率相協(xié)調(diào)，保證鉆桿孔內(nèi)混凝土表面高度始終略高于鉆桿底出料口，直至壓灌到場地地面為止（圖7）。

圖7 壓灌到地面修平后圖

5.1.4 混凝土輸送量控制

樁頂與施工作業(yè)面平齊，樁頂浮漿厚度≤200mm。確保設(shè)計樁頂標(biāo)高內(nèi)無浮漿。

5.1.5 檢 測

CFG樁施工完，樁體強度達到設(shè)計值后，由檢測單位進行選樁、檢測。

1）靜載荷檢測 由資質(zhì)齊全的檢測單位現(xiàn)場任意選取1%且不少于3根樁做靜載試驗。

2）樁身完整性動測（低應(yīng)變） 由專業(yè)檢測單位現(xiàn)場任意選取樁的10%做樁身完整性檢測。

5.2 混凝土的輸送

1）混凝土地泵的安放位置應(yīng)與鉆機的施工順序相配合，盡量減少彎道，混凝土泵與鉆機的距離一般在60m以內(nèi)為宜。

2）混凝土泵送盡可能連續(xù)進行，當(dāng)鉆機移位時，地泵料斗內(nèi)的混凝土應(yīng)連續(xù)攪拌，泵送混凝土（圖8）時，應(yīng)保持料斗內(nèi)混凝土的高度，不得低于40cm，以防吸進空氣造成堵管。

圖8 混凝土泵送圖

3）混凝土的泵送管盡可能保持水平，長距離泵送時，泵管下面應(yīng)用墊木墊實。當(dāng)泵管向下傾斜時，應(yīng)避免角度大于4°，以免造成泵送混凝土堵管。

5.3 清樁間土、鑿樁頭

1）采用挖掘機清運棄土，挖掘機進入處理范圍內(nèi)禁止在打樁工作面行走，行走時還必須用打樁棄土在打樁工作面再鋪墊層，其墊層面到樁頂不得小于1m。挖掘機工作時需嚴格控制標(biāo)高，防止挖斷工程樁和擾動打樁工作面以下的保護土層。不可對設(shè)計樁頂標(biāo)高以下的樁體產(chǎn)生損害，不可擾動樁間土，不可破壞工作面的未施工的樁位。

2）根據(jù)水準儀找出樁頂標(biāo)高位置，在同一水平面3個方向用電鋸進行切割，然后用大錘進行擊打。

5.4 砂石褥墊層施工

1）四方驗槽合格后，鋪設(shè)300厚砂石褥墊層（圖9、圖10），砂石配合比以試驗室配合比為準。

圖9 砂石褥墊層施工

2）褥墊層鋪設(shè)范圍為：底板墊層外邊緣外擴300mm。

3）先虛鋪配好的砂石料約320mm，用平板振搗器振實2～3遍，振實后厚度為300mm。

6 施工關(guān)鍵技術(shù)措施

6.1 樁位放樣

根據(jù)樁位圖及甲方提供的軸線基準點放樁位，檢查無誤并預(yù)檢合格后用鋼釬打深30～50cm孔并注入白灰粉插入筷子標(biāo)記保護樁點；如施工場地較軟，插入50～80cm鋼筋以保護樁點不偏移。

6.2 材料管理

每臺鉆機每天（不超過100m3）留一組28d標(biāo)準養(yǎng)護試塊和一組同條件試塊，要求有見證取樣100%。

6.3 成 孔

鉆機就位后，下鉆桿，看鉆桿中心是否對準孔中心，如正好，則用“雙錘法”找平鉆機；如地面較軟，就用枕木墊鉆機，確保鉆機在鉆孔過程中不出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象，垂直度偏差不大于1.0%。

6.4 壓灌成樁

成樁要求嚴格控制樁徑、垂直度、樁長、拔管速度，控制保護樁長。

泵送砼：泵送砼之前，應(yīng)檢查地泵的各個儀表，以確保地泵正常工作；第一根樁或停鉆時間較長時，應(yīng)泵送水泥砂漿濕潤泵管，以防堵管。

提鉆與泵送的配合：每次鉆進至標(biāo)高后，司鉆應(yīng)先將鉆具提升約20～30cm，以利于活門打開。同時通知泵工開泵，現(xiàn)場設(shè)專職信號員負責(zé)司鉆與泵工之間的聯(lián)系。

應(yīng)準確掌握提拔鉆桿時間，混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相匹配，每分鐘提鉆不大于5m，確保鉆頭埋在混凝土面以下50cm左右，以防斷樁。遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料。

泵送過程中如達不到設(shè)計標(biāo)高時應(yīng)及時處理，如砼面已超出地下水位，再采取從孔口補灌的方法；如砼面低于地下水位，在補灌時泵送管應(yīng)插入砼面下50cm確保不斷。

做好施工記錄，成樁后再按施工記錄進行復(fù)驗，防止漏樁。

6.5 清 土

由小挖掘機挖土預(yù)留5～10cm，再由人工挖除，以防擾動槽底。剔樁頭前清土至設(shè)計標(biāo)高，用小翻斗車或裝載機將土清運至坡道邊指定地點。

6.6 剔鑿樁頭及鋪設(shè)褥墊層

CFG樁為素混凝土樁，故在處理樁頭時全部由人工采用圓盤鋸和鋼釬鑿除，避免出現(xiàn)不必要的斷樁，剔樁頭及鋪設(shè)褥墊層嚴格按技術(shù)交底進行，待試樁和驗槽合格后，中粗砂或級配砂石褥墊層采用人工鋪設(shè)，鋪設(shè)完畢后用平板振搗器震動密實，墊層夯填度≤0.90。

6.7 堵 管

在CFG樁施工過程中，常發(fā)生堵管現(xiàn)象，這樣不僅浪費材料，而且增加工人勞動強度，耽擱工期。原因主要是混凝土發(fā)生泌水離析。處理措施是嚴格控制水灰比，攪拌時間及CFG混合料在輸送泵和輸送管中的停留時間，此外還有如下幾點。

1)石粒徑大，水泥結(jié)塊。處理措施是嚴格進料控制。并在混凝土輸送泵上加蓋鐵籬，并控制鐵籬孔徑。

2)彎管處選用了小直徑異徑接頭。應(yīng)避免大小頭接口，并及時清除異徑接頭處殘余物。

3)地下水影響。施工不當(dāng)時，易產(chǎn)生地下水涌入，砂石回灌形成“石橋”而堵管。應(yīng)先送料到管口，然后提鉆打開料口，下料。

4) 溫度影響。由于輸送管直徑較小，當(dāng)溫度較高或較低時，混凝土易結(jié)塊而堵管，并影響樁體質(zhì)量。應(yīng)用保溫材料把輸送管包好，尤其是鉆桿上部彎管。

6.8 水葫蘆缺陷樁

CFG樁在施工中易產(chǎn)生一些缺陷。如樁體的某個部位偏向四周的區(qū)域沒有骨料，而是充滿了水和粉煤灰，隨時間的推移，粉煤灰沉積于空樁下部，形成“水葫蘆缺陷樁”，處理措施是與混凝土供應(yīng)單位協(xié)調(diào)溝通以保障混凝土的和易性，并控制提鉆速度不大于5m/m in。

7 成品保護措施

1）CFG樁施工時，應(yīng)調(diào)整好打樁順序，以免樁機械碾壓已施工完成的樁頭。

2）CFG樁施工完畢后，待樁體達到一定強度后（一般為3～7d），方可進行開挖，采用小型機械和人工聯(lián)合開挖，派專人指揮，保證鏟斗離樁邊應(yīng)有一定的安全距離，同時避免擾動樁間土和對設(shè)計樁頂標(biāo)高以下的樁體產(chǎn)生損害。

3）挖至設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)剔除多余的樁頭，剔除樁頭時應(yīng)采取如下措施：找出樁頂標(biāo)高位置，在同一水平面用切割機沿樁體切縫，縫深4～5cm，再按同一角度對稱放置2個或4個鋼釬，用大錘同時擊打，將樁頭截斷，樁頭截斷后，再用鋼釬、手錘等工具沿樁周向樁心逐漸剔除多余的樁頭，直至設(shè)計樁頂標(biāo)高，并在樁頂找平；不可用重錘或重物橫向擊打樁體；樁頭剔至設(shè)計標(biāo)高，樁頂表面應(yīng)鑿至平整；樁頭剔至設(shè)計標(biāo)高以下時，必須采取補救措施。如斷裂面距樁頂標(biāo)高不深，可接樁至設(shè)計標(biāo)高，同時保護好樁間土不受擾動。

4）保護土層和樁頭清除至設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)盡快進行褥墊層的施工，以防樁間土被擾動。

8 結(jié) 語

通過本工程實例可以看出，高層建筑采用長螺旋鉆機成孔壓灌混凝土（CFG樁）復(fù)合地基施工技術(shù)時，一方面要根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，對存在濕性陷黃土地基、軟塑、流塑狀態(tài)的地基土不宜采用CFG樁，另一方面在承載力滿足上部荷載的同時，還要考慮地基變形是否滿足要求，即通過樁長來控制變形量。

CFG樁復(fù)合地基承載力主要由樁來承擔(dān)，但要使應(yīng)力在樁與樁之間合理分配。因此設(shè)計時樁身混凝土強度等級不宜太高，一般不要超過C20，樁頂和基礎(chǔ)之間的褥墊層應(yīng)根據(jù)樁徑和樁間距大小確定。施工時必須要保證成樁質(zhì)量，且在清除樁間土?xí)r，盡量避免機械對樁身的碰撞，防止人為造成斷樁。

本工程采用CFG樁可以使復(fù)合地基承載力得到大幅度的提高，地基變形得以降低和控制。褥墊層對提高復(fù)合地基承載力具有重要意義，所以必須合理選擇褥墊層的材質(zhì)和厚度，CFG樁具有承載力高，穩(wěn)定性快，變形小，施工易保證等優(yōu)點，況且工程造價為一般樁基的50%左右，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著，具有較大的應(yīng)用價值。 O

[1] JGJ-79 2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB50202-2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]．

[3] 葉書靈．地基處理實例應(yīng)用手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[4] 史佩東．實用樁基手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[5] 閆明禮，張東剛．CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2001.