CFG技術(shù)在土建施工過程中的應(yīng)用探究

王 遷 華

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

?

CFG技術(shù)在土建施工過程中的應(yīng)用探究

王 遷 華

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

論述了CFG樁的承載原理，通過對比CFG樁與普通管樁的技術(shù)特性及經(jīng)濟(jì)性，分析了CFG樁需改進(jìn)的問題，并結(jié)合實(shí)際案例，總結(jié)了CFG樁的施工要點(diǎn)，有利于促進(jìn)CFG樁在工程中的推廣應(yīng)用。

CFG樁，地基，承載力，經(jīng)濟(jì)性

0 引言

CFG樁是指主要由水泥、粉煤灰和碎石等材料混合使用而制成的一種樁。由于這種樁強(qiáng)度較一般的混凝土樁低，所以可以更好地利用各個樁之間的土層，充分發(fā)揮出樁間土層的承載能力，并且將荷載通過樁與樁間土的共同作用傳遞到更加深層的地基之中，相比傳統(tǒng)的混凝土樁具有更好的技術(shù)指標(biāo)。CFG樁在進(jìn)行設(shè)計的過程中，不用考慮配筋的計算問題，因?yàn)樗恍枰ㄟ^調(diào)整樁內(nèi)水泥的比例就可以調(diào)整整個樁的整體強(qiáng)度，在較大程度上能夠減少樁的設(shè)計工作量。由于CFG樁的技術(shù)特性，設(shè)計人員需要對褥墊層的設(shè)計投入更多的精力，這是CFG樁的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的存在決定了CFG樁是否能夠順利的將荷載傳遞到樁間土層中去，在實(shí)際工作中應(yīng)該多加關(guān)注。

1 CFG樁的承載原理

在地基處理中所用的樁種類繁多，各種不同的樁適應(yīng)于不同的地基情況。其中，CFG樁屬于復(fù)合地基處理技術(shù)中的一種方法，應(yīng)用較為廣泛。

CFG樁在承受上部建筑主體結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載時，雖然樁和樁間土都會發(fā)生一定的沉降，但是由于樁的變形模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土層的變形模量，造成樁的變形比土小，于是樁相對于土就向上發(fā)生了一段位移，這段位移對于上部主體結(jié)構(gòu)來說是不利的。它會造成主體結(jié)構(gòu)與地基之間接觸面積減小，從而影響結(jié)構(gòu)安全。但是在設(shè)計CFG樁時要考慮褥墊層，由于該結(jié)構(gòu)的存在，能夠保持基礎(chǔ)與樁間土層的良好接觸，使荷載能夠由CFG樁與樁間土所形成的地基整體來共同承擔(dān)。因此，褥墊層提高了地基整體的承載能力，減小了地基變形，是CFG樁施工的核心技術(shù)。一般在進(jìn)行設(shè)計時，褥墊層的厚度直接根據(jù)規(guī)范取值，而樁的承載力大小則需要根據(jù)公式進(jìn)行計算。對于單個樁，計算公式如下：

(1)

其中，Up為樁的周長；qs,i為第i層土極限側(cè)阻力，按建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定取值；hi為第i層土厚度；qp為第i層土極限端阻力，按建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定取值；k為調(diào)整系數(shù)，k=2.0；Ap為樁的截面面積。

Rk=ηR28Ap

(2)

其中，η為系數(shù)，取0.3～0.33；R28為樁體28 d立方體塊強(qiáng)度。

這兩個公式分別適用于長樁和短樁，在設(shè)計時應(yīng)該分別使用。

另一方面，由于CFG樁特殊的承載方式，使得它在實(shí)際使用中不需要考慮配筋的問題，而是直接通過改變樁中水泥的比例、樁的長度以及褥墊層的厚度等參數(shù)來達(dá)到控制復(fù)合地基強(qiáng)度的目的，這在實(shí)際工程中可以節(jié)省部分工程造價。

2 CFG樁與普通管樁的對比

2.1 CFG樁在技術(shù)層面需要改進(jìn)的問題

從技術(shù)層面上來說，CFG樁采用的是靜壓施工或者錘機(jī)施工的方式，產(chǎn)生的噪聲很小并且錘機(jī)的穿透能力較強(qiáng)，相比于普通管樁更加簡單、方便，在實(shí)際工程中CFG樁的施工也需要關(guān)注一些特殊的技術(shù)要點(diǎn)。

首先，CFG樁采用的是管內(nèi)泵壓成樁的方式，在實(shí)際工程中經(jīng)常會遇到由于混凝土的攪拌質(zhì)量、操作人員的失誤或者設(shè)備本身存在缺陷而導(dǎo)致堵管的發(fā)生，需要現(xiàn)場施工人員及時檢查泵送管道的工作狀態(tài)是否正常。其次，由于在現(xiàn)場鉆孔時泥漿的比重本來較大，容易造成泥漿附著在孔壁之上，如果地下水位較高，泥漿還有可能滲透到混凝土中導(dǎo)致斷樁或者縮徑，這一點(diǎn)相比于普通管樁的施工顯得更加麻煩。這需要現(xiàn)場施工人員準(zhǔn)確判斷鉆機(jī)抬升速度與混凝土的泵送速度。再次，由于CFG樁采用現(xiàn)場直接澆筑的方式，并且屬于隱蔽工程，不方便現(xiàn)場監(jiān)理，容易發(fā)生偷工減料的情況，所以施工質(zhì)量與普通管樁相比難以控制，這一點(diǎn)需要施工人員提高工程質(zhì)量安全意識，加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)管力度。最后，在實(shí)際工程中，CFG樁澆筑完成后會在樁頂多留出約0.5 m的高度，這部分樁在后續(xù)的施工中會將其鋸掉，每個樁頭截斷的費(fèi)用在5元～10元之間，存在著樁頭材料的浪費(fèi)與后期鋸樁的費(fèi)用。但是相比普通管樁加工成型之后運(yùn)輸?shù)绞┕龅厮枰馁M(fèi)用，CFG樁還是具有一定的成本優(yōu)勢。

CFG樁的環(huán)境適用性比不上普通管樁，但是在合適的地方，CFG樁比普通管樁更加方便，更加節(jié)省材料。

2.2 CFG樁的經(jīng)濟(jì)性分析

CFG樁目前在國內(nèi)的應(yīng)用并不是非常廣泛，從經(jīng)濟(jì)方面來說，是因?yàn)橄啾扔谄胀≒HC管樁，CFG樁的造價顯得更為昂貴。以某小區(qū)16層的普通建筑為例說明CFG樁的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。16層的大樓每層面積約為400 m2，根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行計算得出，采用CFG樁的地基造價大約是在50萬元，而采用普通PHC管樁的地基造價大約是45萬元，每棟樓節(jié)省工程造價僅為5萬元。所以單從造價來說，CFG樁的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)并不是特別突出，但是隨著國家大力推行綠色施工以及可持續(xù)發(fā)展，CFG樁比普通管樁產(chǎn)生更少的污染，對于周邊環(huán)境更加友好，減少了采用普通管樁施工時所花在減噪方面的資金。所以，CFG樁的采用與否要具體看工地周邊的環(huán)境以及工程設(shè)計要求等條件，施工設(shè)計人員應(yīng)該全方面的分析以便得出最經(jīng)濟(jì)的方案。

3 工程實(shí)例以及可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)

3.1 工程案例概述

以某市教育中心的實(shí)際工程案例說明CFG樁在實(shí)際工程中的設(shè)計及應(yīng)用問題。

該工程包括中學(xué)周圍，地處城市商業(yè)街區(qū)，設(shè)計了各種用途的大樓共14棟，此外還有用于生活附屬用房共兩排。采用CFG樁的建筑有學(xué)校的圖書館以及報告廳這兩棟，其中圖書館設(shè)計為地上4層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，而報告廳設(shè)計為地上3層的鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。雖然這兩棟樓并不屬于高層建筑，但是經(jīng)過現(xiàn)場仔細(xì)勘查，設(shè)計所處的位置基礎(chǔ)土層承載力并不能滿足使用要求，需要采用CFG樁復(fù)合地基加固的方式。

在進(jìn)行樁設(shè)計之前，相關(guān)部門取得了工程所在地的地形地貌以及地層地質(zhì)條件，考慮到滿足工程設(shè)計需要，在圖書館以及報告廳的靜壓區(qū)基礎(chǔ)之下設(shè)計了約300 mm厚的褥墊層，防止主體結(jié)構(gòu)在軟弱地基上的沉降差過大而影響工程質(zhì)量。

3.2 樁體施工流程要點(diǎn)

除了前期按照設(shè)計圖紙要求放出樁所在的具體位置之外，在CFG樁的整個施工中，嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行施工。具體到上述工程之中，施工流程應(yīng)遵循以下步驟：

1)鉆孔前嚴(yán)格對準(zhǔn)鉆機(jī)。CFG樁作為復(fù)合基礎(chǔ)中重要的組成部分，質(zhì)量的好壞直接決定了基礎(chǔ)的承載能力是否達(dá)標(biāo)。在進(jìn)行現(xiàn)場樁的施工時，應(yīng)該嚴(yán)格保證鉆機(jī)的垂直偏差不大于1%，并且在后續(xù)過程中應(yīng)該隨時觀察鉆機(jī)上垂球的位置，保證成孔質(zhì)量。

2)隨時控制鉆孔速度。在開始鉆孔之前，除了對準(zhǔn)鉆機(jī)與孔的位置之外，應(yīng)該隨時控制鉆機(jī)鉆進(jìn)速度。鉆孔應(yīng)該遵循先慢速后快速的原則，如果發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)異常，例如搖晃或者難以繼續(xù)鉆進(jìn)時，應(yīng)該及時放慢鉆進(jìn)速度，檢查存在的問題并加以糾正，這樣一方面是為了保護(hù)鉆桿，另一方面也是為了保證成孔質(zhì)量。

3)混凝土輸送與鉆機(jī)拔出速度一致。鉆機(jī)在完成鉆孔之后，應(yīng)該先將鉆桿中間的芯管充滿混凝土，然后再進(jìn)行鉆機(jī)的拔取工作?；炷翍?yīng)采用泵送方式灌注。如果采用先拔管后添加混凝土的方式，易造成樁質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。一般來說，鉆機(jī)拔出的速度大約控制在2 m/min～3 m/min比較合適，樁內(nèi)混凝土不容易產(chǎn)生氣泡，混凝土泵送機(jī)更加容易配合。最后，為了滿足后續(xù)施工相關(guān)要求，灌注的樁身比設(shè)計要求高出約0.5 m。

4)成樁后按規(guī)范檢驗(yàn)，確保工程質(zhì)量。基礎(chǔ)是土建工程中至關(guān)重要的一環(huán)，對于CFG樁，在成樁28 d之后，應(yīng)該及時按要求進(jìn)行低應(yīng)變試驗(yàn)及復(fù)合地基承載力試驗(yàn)來確定樁是否符合質(zhì)量要求。具體檢驗(yàn)數(shù)量按照不同的試驗(yàn)方法有不同的要求，其中低應(yīng)變應(yīng)保證在總樁數(shù)的10%以上，而對于復(fù)合地基承載力試驗(yàn)的樁數(shù)應(yīng)該保證在2%以上，要注意防止檢測數(shù)量不滿足規(guī)范要求的問題。

4 結(jié)語

CFG樁基礎(chǔ)作為建筑工程地基處理的重要方法，能夠克服傳統(tǒng)基礎(chǔ)施工的噪聲污染、施工進(jìn)度慢等缺點(diǎn)。CFG樁雖然在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上沒有獨(dú)特優(yōu)勢，但是它勝在施工方便，環(huán)境影響小，并且樁體材料便宜，總體來說是一種較為理想的施工工藝。在工程施工中，應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程操作，注重褥墊層的設(shè)計，控制好鉆機(jī)位置、泵送速度、鉆機(jī)拔取以及質(zhì)量檢驗(yàn)工作，使這一技術(shù)在建筑工程中得到更好的應(yīng)用。

[1] 蘇肖康.CFG樁復(fù)合地基的技術(shù)特點(diǎn)[J].知識經(jīng)濟(jì),2012(18)：112-113.

[2] 沈宇鵬，毛遠(yuǎn)鳳，荊 鵬，等.PHC與CFG樁復(fù)合地基在高速鐵路基底中處理效果試驗(yàn)對比[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2014(S2)：4174-4180.

The application of CFG in civil engineering construction process

Wang Qianhua

(The8thShanxiConstructionGroupCompanyLimited,Taiyuan030027,China)

This paper discussed the bearing principle of CFG pile, through the comparative analysis on the technology characteristics and economic of CFG pile and common pile, analyzed the improvement problems of CFG pile, and combining with the actual case, summarized the construction main points of CFG pile, advantageous to the promotion and application of CFG pile in engineering.

CFG pile, foundation, bearing capacity, economy

1009-6825(2016)22-0081-03

2016-05-22

王遷華(1974- )，男，工程師

TU473.1

A