淺談CFG樁在工程施工中的應(yīng)用

鄭永新

（山西冶金巖土工程勘察總公司，山西太原030002）

淺談CFG樁在工程施工中的應(yīng)用

鄭永新*

（山西冶金巖土工程勘察總公司，山西太原030002）

CFG樁復(fù)合地基處理是由樁間土及其上的褥墊層一起形成復(fù)合地基共同承擔(dān)荷載的處理方法。結(jié)合施工實(shí)踐，總結(jié)CFG樁地基處理的施工工藝，質(zhì)量控制手段。并介紹了該工程的地基處理效果，以及施工中應(yīng)注意的問(wèn)題及相應(yīng)控制措施。

CFG樁；管內(nèi)泵壓；剪切液化；造價(jià)低廉；施工文明；地基處理技術(shù)

1 概述

CFG樁是20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)并逐漸在工程中應(yīng)用起來(lái)的一種地基處理技術(shù)，它是由水泥、粉煤灰、碎石或砂加水拌制而成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁。CFG樁結(jié)合樁間土及其上的褥墊層一起形成復(fù)合地基共同承擔(dān)荷載的處理方法。CFG樁適合于對(duì)地基處理加固后，承載力提高幅度較小的工程，一般可提高30%～50%?？墒┕稄皆?00～800mm之間，樁長(zhǎng)一般在15～25m，有時(shí)甚至達(dá)到30m以上。CFG樁由于樁徑較小、成樁速度快、造價(jià)在同類樁基處理中相對(duì)較小、無(wú)污染、施工文明等特點(diǎn)在工程施工中被廣泛應(yīng)用。

2 CFG樁施工方法的選擇

地質(zhì)市場(chǎng)上CFG樁復(fù)合地基施工方法不一，主要以長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁為主。樁機(jī)和型號(hào)的選用，要視工程的具體情況而定。根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)、水文條件選用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁工藝。該工藝適用于粘性土、粉土、砂土、粒徑不大于60mm，厚度不大于5m的卵石層（卵石含量不大于30%），以及對(duì)噪聲和泥漿污染要求高的場(chǎng)地。施工設(shè)備采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、混凝土泵和電子計(jì)量拌合站以及混凝土運(yùn)輸車等。施工前按設(shè)計(jì)要求由試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試配，施工時(shí)嚴(yán)格按施工配合比配制混合料。在施工準(zhǔn)備階段，必須詳細(xì)了解地質(zhì)情況，從而合理地選用施工機(jī)械。這是確保CFG樁復(fù)合地基質(zhì)量的有效途徑。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

擬建工程為新疆五家渠現(xiàn)代石油化工有限公司30×104t/a催化脫蠟/潤(rùn)滑油生產(chǎn)聯(lián)合裝置項(xiàng)目，其中配套罐區(qū)、中心控制室、中心化驗(yàn)室采用CFG樁復(fù)合地基處理。共設(shè)計(jì)?400mmCFG樁12584根，有效樁長(zhǎng)13.5m，樁入土深度15.5m，砼強(qiáng)度等級(jí)為C20。

主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)（Q4）沖、洪積細(xì)顆粒沉積物組成。地層情況如下：

①層粉質(zhì)粘土（Qal+pl4），棕褐色,一般可塑狀態(tài),干強(qiáng)度、韌性較高,土質(zhì)較均勻,屬中壓縮性土；有光澤反應(yīng)，可見(jiàn)白色鈣質(zhì)條紋，表層為耕植土，局部漸變?yōu)檎惩?，層底接觸水位部分土質(zhì)較軟，一般為軟可塑狀態(tài)。表面可見(jiàn)白色結(jié)晶。

②層粉土（Qal+pl4），褐黃色—灰褐黃色,很濕,稍密—中密,結(jié)構(gòu)性差,干強(qiáng)度、韌性低—中等,粘粒含量較高,有粘滯感,局部漸變?yōu)榉圪|(zhì)粘土，搖震反應(yīng)中等—迅速，夾粉質(zhì)粘土薄層；屬中壓縮性土。

③層粉土（Qal+pl4）,褐黃色—青灰色,濕,稍密—中密，干強(qiáng)度、韌性低—中等,屬粘粒不均,搖震反應(yīng)中等—迅速,夾粉質(zhì)粘土薄層；中壓縮性土。

④層粉土（Qal+pl4），褐黃色—青灰色,濕,中密—密實(shí),干強(qiáng)度、韌性低—中等,粘粒含量不均,搖震反應(yīng)中等,層頂板位置夾粉質(zhì)粘土薄層約0.2～0.4m,一般呈可塑—軟塑狀態(tài),搖震反應(yīng)迅速；屬中壓縮性土。

⑤層粉土（Qal+pl4），灰黃色—褐灰色，濕，一般密實(shí)，干強(qiáng)度、韌性低—中等，粘粒含量不均，土質(zhì)不均勻局部混粉砂。

因地基持力層③層粉土強(qiáng)度不能滿足上部荷載要求,為提高承載力設(shè)計(jì)采用CFG樁復(fù)合地基。按梅花型布樁,樁間距為1.2m，共設(shè)計(jì)?400mmCFG樁1284根，有效樁長(zhǎng)13.5m，樁入土深度15.5m，砼強(qiáng)度等級(jí)為C25。

3.2 施工組織

進(jìn)場(chǎng)以后組織場(chǎng)地的平整，查明施工場(chǎng)地的地下管線、電纜及其它影響工程施工的地下設(shè)施。以方便施工為主、采用先進(jìn)機(jī)械、減少人工作業(yè)強(qiáng)度的原則選擇施工設(shè)備。

3.3 長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及地層情況，該工程采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，管內(nèi)泵壓送混凝土的成樁工藝，詳見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程框圖

3.3.1 鉆機(jī)定位

樁機(jī)就位必須鋪墊平穩(wěn)，立柱垂直穩(wěn)定牢固，鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位。檢查鉆頭活門是否閉合后，進(jìn)行鉆機(jī)定位,成孔鉆機(jī)就位后必須平整穩(wěn)固，在施工中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)，同時(shí)調(diào)整鉆機(jī)水平。鉆桿垂直度允許偏差不大于1%，鉆頭尖應(yīng)對(duì)準(zhǔn)樁中心，其水平位置允許偏差±20mm，將高程引到可靠且便于施工和檢查的位置處，將鉆機(jī)垂直偏差，鉆尖位置偏差和高程填寫到《長(zhǎng)螺旋鉆孔泵壓灌注砼樁施工記錄表》。

3.3.2 鉆進(jìn)

（1）開(kāi)孔前必須檢查鉆頭上的出料活門是否閉合，校核樁位孔口標(biāo)高及樁孔編號(hào)，準(zhǔn)確無(wú)誤后，方可開(kāi)鉆。

（2）將鉆頭靠鉆桿自重壓入土中后，鉆進(jìn)到1～2m后打開(kāi)護(hù)套，如遇特殊地層（如含有磚頭、瓦塊、石頭的雜填土），護(hù)套直到穿過(guò)該地層方可打開(kāi)。

（3）鉆進(jìn)過(guò)程中，平臺(tái)應(yīng)保持平衡，未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高不得反轉(zhuǎn)或提升鉆桿，如因特殊情況要提升鉆桿或反轉(zhuǎn)，應(yīng)將鉆桿提至表面，對(duì)鉆頭活門重新沖洗、疏通、閉合。

（4）開(kāi)始鉆進(jìn)或穿過(guò)軟硬互層交界處時(shí)，應(yīng)保證鉆桿垂直，緩慢進(jìn)入；在含有磚頭、瓦塊的雜填土層或含水量較大的軟塑粘性土層中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)盡量減少鉆桿晃動(dòng)，以免擴(kuò)大孔徑。

（5）鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)注意觀察電流值變化狀態(tài)，當(dāng)電流值接近140A時(shí)應(yīng)及時(shí)提升排土，直至電流值變化在正常工作狀態(tài)。

（6）鉆進(jìn)過(guò)程中,操作人員要密切注意鉆進(jìn)情況,如遇卡鉆、鉆桿劇烈抖動(dòng)、鉆機(jī)偏斜等異常情況,應(yīng)立即停鉆,查明原因,采取相應(yīng)措施后方可繼續(xù)作業(yè)。

（7）鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后方可停鉆。

3.3.3 壓灌成樁工藝

接通動(dòng)力頭上部高壓膠管→邊壓灌邊逐步提拔鉆桿→繼續(xù)壓灌，逐漸提拔鉆桿，直至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上→停止壓灌，將鉆桿全部提出至鉆頭離開(kāi)地面，停止動(dòng)力頭上升，移動(dòng)鉆機(jī)至下一個(gè)樁位，并防止泥土掉入樁孔內(nèi)。

混凝土輸送泵管布置宜減少?gòu)澋溃炷凛斔捅门c鉆機(jī)的距離不宜超過(guò)60m。

（1）當(dāng)鉆致設(shè)計(jì)標(biāo)高后，壓灌之前幾分鐘，應(yīng)先開(kāi)動(dòng)混凝土輸送泵，提前將拌合好的混凝土充滿整個(gè)輸送管道。

（2）壓灌與鉆桿提升配合好壞，將嚴(yán)重影響著樁的質(zhì)量，當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)，開(kāi)始泵送混凝土，同時(shí)開(kāi)始拔管，嚴(yán)禁先提管后泵料。成樁的提升速度控制在2～3m/min。

（3）提升壓灌的過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)支腿下沉，立即停止提升，并調(diào)節(jié)鉆機(jī)水平，方可繼續(xù)壓灌

（4）機(jī)手提升鉆桿時(shí)要時(shí)刻保證管內(nèi)充滿混凝土,保持一定的壓力，鉆具內(nèi)無(wú)混凝土嚴(yán)禁提升。

（5）壓灌應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,泵送混凝土?xí)r，漏斗內(nèi)混凝土的高度不得低于400mm,混凝土容量要高出進(jìn)料口50mm以上,以防吸進(jìn)空氣.當(dāng)泵斗混凝土低于進(jìn)料口時(shí)應(yīng)停止泵送并及時(shí)通過(guò)口哨通知鉆機(jī)停止提升鉆桿,待混凝土恢復(fù)供應(yīng)后再進(jìn)行壓灌、提鉆?？刂谱詈笠淮喂嗳肓?，混凝土面要高出樁頂0.5m。

（6）移動(dòng)鉆機(jī)至下一個(gè)樁位。

3.3.4 排土清運(yùn)

鉆出的泥土要用鏟車隨鉆隨清，以保持有足夠的工作場(chǎng)地。

3.3.5 試塊制作與養(yǎng)護(hù)

樁基施工應(yīng)按要求由取樣員取樣做混凝土試塊，制作時(shí)混凝土分2層裝入，每層厚度大致相當(dāng)，用端部磨圓的?16mm的鋼筋沿螺旋方向從邊部向中心移動(dòng)，垂直搗實(shí)。插搗約25次，表面用抹刀抹光，靜置在20℃±5℃，濕度不小于90%的環(huán)境中，試塊應(yīng)用濕布復(fù)蓋。48h拆模，拆模后標(biāo)明樁號(hào)、日期后，應(yīng)放入現(xiàn)場(chǎng)專用養(yǎng)護(hù)池進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.4 鉆進(jìn)成孔時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)

（1）鉆機(jī)就位時(shí)必須平正、穩(wěn)固，鉆塔應(yīng)垂直，以免造成樁孔的偏斜，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意鉆機(jī)的自動(dòng)調(diào)控裝置，以保正鉆孔質(zhì)量。

（2）經(jīng)常檢查螺旋鉆具的磨損和連接部位，及時(shí)補(bǔ)焊，以保證鉆具直徑。

（3）經(jīng)常檢查主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩，特別要檢查繩端部位，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩磨損超過(guò)說(shuō)明書要求時(shí)要立即更換。

（4）由于鉆機(jī)桅桿和鉆桿重量較大，在鉆機(jī)行走時(shí)，如果操作人員不熟悉場(chǎng)地情況，遇到回填的孔口或傾斜的坡道時(shí)注意發(fā)生安全事故。

3.5 施工中存在的問(wèn)題及解決措施

本工程前期在施工場(chǎng)地外部進(jìn)行10根試樁的施工，按梅花形布樁，完成后經(jīng)開(kāi)挖、發(fā)現(xiàn)存在以下情況。第2根樁存在樁頭變形，成扁圓形的不規(guī)則形狀。并且部分樁樁頂偏低，其中有2根樁保護(hù)樁頭高度不夠50cm。

分析原因：場(chǎng)地內(nèi)的地下水位較高，第二層粉土較為松散，在松散飽和粉土的場(chǎng)地，采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁工藝，成孔時(shí)螺旋葉片對(duì)周邊土產(chǎn)生擾動(dòng)和剪切作用，當(dāng)剪切作用累計(jì)到一定程度后，土體發(fā)生液化，導(dǎo)致剛打完處于流動(dòng)狀態(tài)樁的樁周土喪失對(duì)樁的側(cè)向約束能力，樁體側(cè)向溢出、樁頂下沉，產(chǎn)生竄孔。即飽和土體在鉆桿的螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生液化效應(yīng)，鉆進(jìn)過(guò)程中樁體周邊形成大片液化區(qū)域，旁邊剛灌注成樁的混凝土在自重壓力下向鉆孔內(nèi)流淌，致使上一個(gè)剛灌注完成樁孔內(nèi)的砼面下降，在此孔鉆到孔底后灌注混凝土過(guò)程中由于泵送壓力較高，當(dāng)砼面上升到一高度時(shí)液態(tài)的砼又在高泵壓下流回原孔內(nèi)。在一般情況下，完成一根樁所需時(shí)間為10～20min，完成2號(hào)樁后，在3號(hào)樁鉆進(jìn)成孔過(guò)程中，2號(hào)樁混合料尚未凝固而流向3號(hào)樁鉆孔中，所以發(fā)現(xiàn)已完的2號(hào)樁混凝土突然下落，當(dāng)3號(hào)樁泵入混合料時(shí)，泵送壓力加大，鉆桿提升速度放慢，也可在幾秒內(nèi)，不提升鉆桿，迫使3號(hào)樁的混合料又流向2號(hào)樁恢復(fù)到原設(shè)計(jì)標(biāo)高。竄孔后由于混凝土重新流向原來(lái)的2號(hào)樁孔，孔壁土體發(fā)生變形，造成樁頭變成不規(guī)則形狀。

解決措施：

（1）更換原來(lái)泵送混合料時(shí)對(duì)孔壁沖擊大的側(cè)開(kāi)門鉆頭為底開(kāi)門的跌落式鉆頭，同時(shí)也減少鉆頭堵鉆，重復(fù)鉆進(jìn)時(shí)對(duì)土體引起的剪切液化，避免竄孔事件的發(fā)生。

（2）采取隔樁、隔排跳打方法，減少短時(shí)間施工的樁間距較小，引起大片區(qū)域液化對(duì)成樁質(zhì)量的影響。采用隔樁、隔排跳打方法，樁距較大的施工方案,避免打樁對(duì)土體的剪切擾動(dòng)。

（3）減少在竄孔區(qū)域的打樁推進(jìn)排數(shù),減少對(duì)已打樁擾動(dòng)能量的積累。

3.6 通過(guò)對(duì)試樁缺陷的分析

在工程樁施工中針對(duì)原因采取了一系列控制鉆進(jìn)速度、更換鉆頭類型、隔排、隔樁的解決措施。工程樁開(kāi)挖后，再?zèng)]有出現(xiàn)樁頭扁圓形的、保護(hù)樁頭不滿足設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象。樁基完成后經(jīng)河北雙誠(chéng)檢測(cè)公司對(duì)樁基的承載力及樁身完整性檢測(cè)。承載力特征值達(dá)到設(shè)計(jì)要求不低于250kPa；低應(yīng)變檢測(cè)全部合格。

4 結(jié)論

CFG樁復(fù)合地基在地基處理中具有較大的優(yōu)勢(shì)，樁體所用材料價(jià)格低，施工方便，節(jié)省投資，是一種較為理想的地基處理技術(shù)。同時(shí)該工藝與振動(dòng)沉管樁相比是一種噪音低、無(wú)污染的環(huán)保型施工工藝。在具備施工條件的工程推廣CFG樁施工應(yīng)用有十分重要的意義。

[1]JGJ79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]閆明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].中國(guó)水利水電出版社，2000.

[3]徐至鈞.水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

TU473

B

1004-5716（2015）03-0025-03

2014-08-11

鄭永新（1973-），男（漢族），山西神池人，工程師，現(xiàn)從事地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù)工作。