CFG樁復合地基在天津武清軟土地基處理中的適用性研究

丁立巖，胡 峰

（1.中國建筑東北設計研究院有限公司，沈陽 110006；2.中國地質大學，北京 100000）

CFG樁復合地基在天津武清軟土地基處理中的適用性研究

丁立巖1，胡 峰2

（1.中國建筑東北設計研究院有限公司，沈陽 110006；2.中國地質大學，北京 100000）

CGF樁復合地基技術近幾年來已經(jīng)在我國，特別是東部地區(qū)已經(jīng)有較為廣泛的應用，其所得到的效應已經(jīng)得到了工程實例的驗證，本文根據(jù)CFG樁復合地基的作用機理，在地基處理中的應用，及其優(yōu)點，簡要闡述其施工機理，以及在實習操作過程中出現(xiàn)的問題，結合工程實例，分析CGF樁復合地基在該地的使用性。

CFG樁；復合地基；褥墊層

0 引言

天津武清地處天津的西北邊，與北京通州接壤，地處華北平原，屬沖積、海積低平原，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，在天津的大型高層建筑多采用樁基。隨著天津武清地處進入新一輪的大發(fā)展，該地區(qū)近期大規(guī)模的工業(yè)與民用建筑的興起，建筑市場正處于火熱期，眾所周知，大型建筑的地基處理所占據(jù)的費用相當可觀，所以從縮小成本的角度，既保證工程的質量，又要有可靠的安全度，勢必需要尋找到一種適合本地工程特點的施工工藝，從而推動本地區(qū)的工程建設走上經(jīng)濟節(jié)約型模式。CFG樁基，在其他地區(qū)的實際工程經(jīng)驗得到了不錯的工程效益，基本滿足了社會的需要，所以又必要清楚CGF是否在天津武清具有可靠的使用性。

1 CFG樁復合地基概況

1.1 CFG的概述

CFG樁又叫水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合材料加水攪拌而成的一種高黏結樁，樁體和樁間土，褥墊層一起組成水泥粉煤灰一起組成水泥粉煤灰樁復合地基。CFG樁是針對碎石樁承載特性的不足而改進發(fā)展起來的一種復合樁基。

1.2 CFG樁的作用機理

CFG樁相當于在碎石樁中摻入適當?shù)氖?，粉煤灰和水泥，加水攪拌形成的一種高黏結性的樁體，所以CFG樁基本了一定的剛性樁的性狀，一般情況下不僅可以全段長度內發(fā)揮樁的側阻力，如果樁端落在比較好的持力層當中時，還可以比較充分的發(fā)揮樁端阻力，兩者結合，可以比較明顯的提高樁的承載力。

1.3 CFG中各種材料的作用

CFG樁的組成部分主要是碎石，碎石構成了樁身的主要組成成分，向其中摻入石屑、砂可以填補碎石中的空隙，在一般情況下還可以加入的石膏，增加樁的黏結度，對粉煤灰的作用一方面可以提高樁身的黏結力，還在一定程度上充當了底號水泥的作用，合理的利用了工業(yè)廢料。

2 CFG樁的施工

CFG的成樁方法可分為：振動沉管CGF樁；長螺旋鉆管內泵壓CFG樁；長螺旋鉆孔灌注成樁；泥漿護壁鉆孔灌注成樁；人工或機械洛陽鏟成孔灌注成樁，下面主要介紹本工地使用的長螺旋鉆管內泵壓CFG樁。

2.1 施工工序

該成樁施工設備組要由長螺旋樁機、地泵、罐車，其具體的施工工序可以概括為整平—放樣—成孔—提樁灌漿。

長螺旋的螺旋桿為中空的螺旋狀桿，目前長螺旋的長度較靈活，可以根據(jù)不同工程的需要選擇不同的長螺旋種類。長螺旋向下打孔的時候在一定程度上擠密了周圍的土體，這在一定程度上可以提高CFG樁的側阻力，在長螺旋桿向上拔的過程中，通過地泵的氣壓將混合料送送上螺旋桿的頂端，依靠混合料的重力作用，通過長螺旋的中空管向下邊拔變送形成一根無筋的素混凝土樁。對于混凝土，現(xiàn)在工程中基本采用的商品混凝土，由施工單位提供配比數(shù)據(jù)，所以在施工的過程中要不間斷的將送來的混凝土送到相應的檢測部門進行檢測，以確保施工的質量。

還有一個值得注意的問題就是在打CFG樁的過程中，由于成樁的機身較龐大，打樁出的土也較多，難免會周圍的點覆蓋住，目前施工場地常常采用點白灰的方式以防點丟失，同時為了不至于相鄰樁底部之間相互貫通，在實際操作過程中，常常采用的是跳格的打樁方式，所以在打樁的過程中要及時進行樁數(shù)的復核。

一般一臺長螺旋打樁機應該配上4~5人，以確保樁身準確入位，機身在轉動的過程中確保電纜及其相應設施的安全。

2.2 施工中常見問題

2.2.1 堵管

在CFG施工中，堵管是常見的問題，堵管會增加工人的勞動強度，耽誤工作時間，造成已經(jīng)攪拌好的混凝土料的浪費，給施工帶來很多不必要的困難。

2.2.2 竄孔

所謂竄孔，就是在已經(jīng)完成的1號鉆孔邊施工2號鉆孔時，發(fā)現(xiàn)1號鉆孔的樁頂突然下落，有時下落距離可達1～2 m，如果2號鉆孔泵入混凝土時，1號鉆機的樁頂會發(fā)生一定的上升，這種現(xiàn)象工程中叫做竄孔。

2.2.3 鉆頭閥門打不開

施工過程中有時出現(xiàn)鉆到預定標高后，提鉆時發(fā)現(xiàn)鉆頭處的閥門打不開，常見的出現(xiàn)閥門打不開有兩種原因：鉆頭構造缺陷；當鉆端落在透水性好，水頭較高的砂土時，閥門外出了受到土壓力外，還受到了水的側壓力，閥門內的壓力小于閥門外的總壓力，導致閥門無法打開。

2.2.4 樁體上部存在氣體

當泵送混合料時排氣閥門無法正常工作時，導致鉆管內氣體無法全部排盡，在成樁后導致樁體內部存在氣孔，導致樁體存在缺陷，施工中應該杜絕此類現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2.5 先提鉆后泵送混合料

此中不規(guī)范的操作容易發(fā)生鉆頭上的泥掉入樁孔，致使成樁后樁體下降。

3 CFG樁的優(yōu)點

1）適用性廣，承載力提高幅度大CFG樁復合地基技術適用于非飽和及飽和的粉土、相比，可提高2~5倍。

2）CFG樁施工簡便，時間短，平均每打一根樁的時間大概在半個小時左右，由于打CFG樁不用沉放鋼筋籠，所以可以省去很多工序。

3）在噪音方便，由于打CFG樁是采用螺旋轉機，更具現(xiàn)場的經(jīng)驗，打CFG樁所帶來的噪音和一臺小汽車所產(chǎn)生的噪音類似，所以CFG樁在居民區(qū)施工是一個比較理想的選擇。

4）CFG樁體可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰，也不需要配筋，以及充分發(fā)揮了樁間土的承載力，施工簡便，工程造價一般為樁基的1/2~1/3，經(jīng)濟效益特別的明顯。

4 CFG樁復合地基工程實例

4.1 工程概況

擬建工程位于天津市武清區(qū)前進道商業(yè)街，本次擬建工程主要為4層商業(yè)，層高一般在5.40～5.70 m左右，最大高度22.00～23.00 m。本次擬建場地內均設有1層地下車庫，地下車庫埋深一般在4.00 m左右，局部（設備用房處及場地西側）深度較大為5.4～6.6 m左右。本次擬建工程均擬采用框架結構，樁基礎。

4.2 場地地層分布及土質特征

4.2.1 人工填土層（Qml）

全場地均有分布，厚度1.00～3.30 m，底板標高為4.50～1.94 m，該層從上而下可分為2個亞層。

第一亞層，雜填土：厚度一般為0.50～2.20 m，呈雜色，松散狀態(tài)，由磚渣、灰渣、石子、雜土組成。

第二亞層，素填土：厚度一般為0.30～2.5 0 m，呈褐色，軟塑～可塑狀態(tài)，粉質黏土、黏土組成，含磚渣，石子。

人工填土填墊年限小于10年。

4.2.2 全新統(tǒng)新近沖積層（Q43Nal）

厚度1.50～4.30 m，頂板標高為4.50～1.94 m，該層從上而下可分為2個亞層。

第一亞層，黏土：厚度一般為0.50～3.50 m，呈黃褐～褐黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質，底部褐黑色，含腐殖物、有機質，屬高壓縮性土。局部夾粉土、粉質黏土透鏡體。

第二亞層，粉土：厚度一般為0.50～2.50 m，呈黃褐色，中密狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。局部夾粉質黏土透鏡體。

本層土各亞層土質尚均勻，分布不穩(wěn)定。4.2.3 全新統(tǒng)上組陸相沖積層（Q43al）

厚度0.50～1.50 m，頂板標高為1.19～-0.68 m，主要由黏土組成，呈灰黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。

本層土水平方向上土質較均勻，分布尚穩(wěn)定。4.2.4 全新統(tǒng)上組湖沼相沉積層（Q43l+h）

厚度2.50～4.50 m，頂板標高為0.10～-1.64 m，主要由黏土組成，呈青灰色，可塑～軟塑狀態(tài)，無層理，含腐殖物、有機質，屬高壓縮性土。

本層土水平方向上土質較均勻，分布較穩(wěn)定。4.2.5 全新統(tǒng)中組海相沉積層（Q42m）

厚度3.00～4.90 m，頂板標高為-3.75～-4.68 m，該層從上而下可分為2個亞層。

第一亞層，粉質黏土、黏土：厚度一般為1.00～3.00 m，僅場地中部7～9、20～23、35、36號孔處厚度較大，為3.20～4.50 m。呈灰色，軟塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬中（偏高）壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。其中在15號孔附近缺失該層。粉質黏土、黏土二者力學性質相近，剖面圖上統(tǒng)一按粉質黏土繪制。

第二亞層，粉土：厚度一般為1.00～4.50 m，呈灰色，中密狀態(tài)，無層理，含貝殼，屬中（偏低）壓縮性土。

4.2.6 全新統(tǒng)下組沼澤相沉積層（Q41h）

厚度1.50～2.60 m，頂板標高為-6.98～-8.98 m，主要由粉質黏土、黏土（地層編號⑦）組成，呈黑灰～淺灰色，可塑狀態(tài)，無層理，含有機質、腐殖物，屬中壓縮性土。粉質黏土、黏土二者力學性質相近。

本層土水平方向上土質較均勻，分布較穩(wěn)定。4.2.7 全新統(tǒng)下組陸相沖積層（Q41al）

厚度4.50～6.80 m，頂板標高為-9.48～-10.98 m，主要由粉質黏土組成，呈灰黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。

本層土水平方向上土質較均勻，分布較穩(wěn)定。4.2.8 上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層（Q3eal）

厚度4.80～6.50 m，頂板標高為-14.90～-16.68 m，主要由粉質黏土、黏土組成，呈褐黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。粉質黏土、黏土二者力學性質相近，剖面圖上統(tǒng)一按粉質黏土繪制。

本層土水平方向上土質較均勻，分布較穩(wěn)定。4.2.9 上更新統(tǒng)第四組濱海潮汐帶沉積層（Q3dmc）

厚度4.00～5.10 m，頂板標高為-20.95～-21.98 m，主要由黏土、粉質黏土組成，呈灰色，可塑狀態(tài)，無層理，含貝殼，屬中壓縮性土。黏土、粉質黏土二者力學性質相近，剖面圖上統(tǒng)一按黏土繪制。

本層土水平方向上土質較均勻，分布穩(wěn)定。4.2.10 上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層（Q3cal）

本次勘察鉆至最低標高-35.66 m，未穿透此層，揭露最大厚度9.00 m，頂板標高為-25.68～-26.66 m，該層從上而下可分為3個亞層。

第一亞層，粉質黏土、黏土（地層編號11○1）：厚度一般為1.80～3.00 m，呈褐黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。粉質黏土、黏土二者力學性質相近，剖面圖上統(tǒng)一按粉質黏土繪制。

第二亞層，粉土：厚度一般為2.00～3.30 m，呈褐黃色，密實狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中（偏低）壓縮性土。

第三亞層，粉質黏土、黏土：本次勘察未穿透此層，揭露最大厚度4.00 m，呈褐黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。粉質黏土、黏土二者力學性質相近，剖面圖上統(tǒng)一按粉質黏土繪制。

本層土在揭示范圍各亞層水平方向上土質較均勻，分布尚穩(wěn)定。

4.3 CFG樁設計參數(shù)

CFG樁的設計出了要滿足地基承載力和正常使用階段的地基變形穩(wěn)定性外，還要考慮諸如不同的土性所應該采用的不同的成孔工藝，布樁形式等，下面就樁長、樁徑、樁間距、樁體強度、褥墊層的相關參數(shù)展開說明。

4.3.1 樁長的設計

對于樁基，樁端要落在承載力較好的土層上，CFG樁也不例外，因此考慮場地的地基承載力及其上部建筑的荷載的綜合因素。

根據(jù)場地地質條件，樁端持力層應該選在上更新統(tǒng)第四組濱海潮汐帶沉積層（Q3dmc）黏土、粉質黏土層上，該層天然含水量w平均值為31.3%，孔隙比e平均值為0.89，壓縮模量Es（1~2）平均值為5.7 MPa，標貫實測擊數(shù)算術平均值為13.1擊，承載力在160 kPa左右，土質較好，強度較高，可作為4層商業(yè)的樁基礎樁端持力層，可將樁端置于標高-23.50～-25.50 m段。擬建工程建有一層地下停車庫，加上保護樁頭長度，所以預計打樁深度為28.5 m左右。其中樁長為22 m。

4.3.2 樁徑及樁間距的設計

CFG樁樁直徑的確定一般取決于成樁的機械設備，一般在350~600 mm本工程設計為400 mm。樁間距一般在（3~5）d，設計為1 400 mm×1 400 mm，方形布孔，面面積置換率為8.16%。

4.3.3 樁體強度

樁體配比按樁體強度控制，樁體試塊抗壓強度應該滿足：

式中：fcu——為樁體混合料試塊標準養(yǎng)護28天立

方體試塊抗壓強度平均值。

4.3.4 褥墊層厚度及材料

褥墊層的厚度一般取10 cm~30 cm，故在本工程中取褥墊層的厚度為200 cm褥墊層的材料一般采用粗砂、中砂、碎石、級配砂石，碎石的最大粒徑不應大于30 mm。

5 施工方案

CFG施工時由于不需要鋼筋籠，所以可以免去很多麻煩的工序，縮短了大量的工作時間，縮短了工期，所以工程中常常采用長螺旋成孔泵砼法成孔成樁一次完成，根據(jù)現(xiàn)場實際操作，常用此種方法施工時噪音小，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，對土體的擾動較小，時間較短，自動化程度高，對工人的勞動力要求低，在保證混合料的供應下，平均打一根樁的時間基本為30分鐘左右，且在混合料的灌注時采用地泵，將混合料從樁的頂部向下利用混合料的重力作用向下灌注成樁比較密實，且可適當起到擠土擴孔的作用。所以長螺旋比較適合在此工地施工。

在本工地，由于處于天津濱海軟土地區(qū)，所以如果采用連續(xù)打樁時，由于飽和軟土的特性，新打的樁將擠壓已經(jīng)完成的樁，使已經(jīng)完成的樁被擠壓成橢圓形，嚴重時將出現(xiàn)短樁縮頸的現(xiàn)象，所以一般都采用隔樁跳打的施工方法。

6 實際問題

在施工過程中在擬建場地出現(xiàn)的特殊性問題便是混凝土放量的充盈系數(shù)普遍偏大的現(xiàn)象，按照一般的現(xiàn)象，鉆孔灌注樁的充盈系數(shù)不應小于1.1，最理想的充溢系數(shù)是在1.15左右，軟土中一般控制在1.2~1.3，而在本擬建工程中，充盈系數(shù)的平均值在1.4上下，最大值達到了1.59，出現(xiàn)充盈系數(shù)偏大的因素，分析可得其于施工過程中樁身側壁裂縫、孔洞及塌孔等原因有關，所以這與擬建場地的地層土性有密不可分的關系，地處濱海軟土地區(qū)的天津武清地層，在用長螺旋成孔時極易造成孔壁塌落、孔壁裂縫等現(xiàn)象的產(chǎn)生。

過大的充盈系數(shù)將意味著要投入更多的混合料，從經(jīng)濟上看是不合理的，那么該如何去控制充盈系數(shù)是一個很值得研究的問題。

7 經(jīng)濟角度對比

一般習慣上將樁基于CFG樁進行對比，下面將從經(jīng)濟上將這兩種樁進行對比，兩者均按本工程所選擇的第⑩層為持力層，樁長選擇為22 m，參照本工地，CFG混合料的單價為320 m3，而用來打樁的混合料為330 m3，單從混合料方面比較，單根樁（不考慮特殊情況）就可以節(jié)省30元，再者，樁還必須要下鋼筋籠，就這一點樁基和CFG復合地基的差距就極大，從另一個方面考慮，CFG樁施工的方便快速性。雖然說CFG的復合地基的承載力步入樁基，基本在600 kPa左右，不過在滿足承載力要求的情況下，還是很值得考慮CFG樁復合地基。

8 結語

CFG樁復合地基結合了樁基的有點，又充分利用的樁間土的承載力，不僅從承載力方面取得了突破，更是從經(jīng)濟效益上得到了工程的肯定，特別是較樁基對比，CFG樁由于不要鋼筋籠，以及充分利用的工業(yè)粉料粉煤灰，此中工藝正好迎合了現(xiàn)在國家所提倡的走節(jié)約節(jié)能型的社會，我們可以看到CFG樁有很大的發(fā)展空間，但是我們也必須注意到，CFG樁在軟土中所存在的問題，就如文中所提到的關于充盈系數(shù)偏大的原因，CFG樁的使用必須要考慮土性，基礎的類型，剛度等。總之，CFG樁復合地基的研究正在不斷的到完善，未來的市場占有率不容忽視。

TU4

A

1673-1093（2015）06-0093-04

丁立巖，現(xiàn)就職于中國建筑東北設計研究院有限公司。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.06.025

2015-02-26；

2015-03-06