CFG樁復合地基技術在地基處理工程中的監(jiān)理控制

陳士凱（浙江江南工程管理股份有限公司深圳分公司， 廣東 深圳 518026）

0 引 言

水泥粉煤灰碎石樁（Cement Fly-ash Gravel Pile，CFG樁）是由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用成樁機械制成的具有一定強度的可變強度樁，是在碎石樁基礎上發(fā)展起來的地基處理技術，是介于剛性樁與柔性樁之間的樁型。其具有靈活性強、加固效果好等多重優(yōu)勢，通過應用CFG樁，有利于提高地基的穩(wěn)定性，維持上方建筑結構的安全性[1]，對天然地基的松散、不均勻和持力不足等問題提出一種科學合理的處理方式。自20世紀80年代起，我國通過實驗對CFG樁基技術應用進行科學研究，積累了寶貴的施工經驗，至20世紀90年代原建設部將其列為重點技術并于全國范圍推廣。經過長期的施工研究、探索總結和技術革新，CFG樁基已經具備荷載調整幅度大、變形小、施工快、工效高和成本低等特點，特別適用于多層和高層建筑及公路工程等項目。不可否認，我國地緣遼闊，地質及氣候環(huán)境復雜多變，工程人員技術水平欠缺以及在CFG樁基施工中遇到諸多難題，造成過不同程度的經濟損失，因此應當根據實際工況加以分析研究，因地制宜地制定有針對性的技術措施進行控制，以達到預期施工目的。本文以CFG樁復合地基技術應用于商丘市某大型棚戶區(qū)改造及安置房項目1號樓工程（以下簡稱“本工程”）為例，對CFG樁復合地基技術進行梳理、探討與研究，具有重要的推廣價值。

1 CFG復合地基加固機理

1.1 置換作用

CFG樁中的水泥、粉煤灰和水通過復雜的化學反應后凝結硬化，生成不溶于水的結晶化合物，這些結晶延伸到縫隙中形成了空間網狀結構，將原來點-面結構和點-點結構的粗細骨料緊緊黏結在一起，極大地提高了樁體的彈性模量、剪切模量[2]，起到了置換作用。正是基于將CFG樁置換作為重要的技術考量，才大幅提升了樁土承載力。置換作用大小主要取決于置換材料的強度、彈性模量以及置換率等因素，CFG樁復合地基就樁體自身材料和樁間土的力學性質而言，其樁體強度和彈性模量要遠大于樁間土，樁所承擔的荷載約占總荷載的40%～75%。由此可見，CFG樁在復合地基中的置換作用是提升地基承載力的主要因素之一。

1.2 樁間土的改良作用

經過對CFG樁復合地基加固前后樁間土的物理力學性質指標的試驗研究分析表明，加固后的樁間土的物理力學性質得到較大提高，一般含水量降低14%～19%，孔隙比降低13%以上，壓縮系數減小11%～52%，天然容重增加1.03%～2.20%，靜力觸探比貫入阻力提高30%以上。同時發(fā)現在地基加固作用影響下，CFG樁對黏性土或粉土地質工程改善明顯，而對砂類土改變相對較小，但振密效果較為明顯。因此，CFG樁復合地基對樁間土的改良作用效果明顯，也提升了地基承載力。

1.3 樁對土的約束作用

在CFG樁復合地基中，樁基既能將上部建筑荷載向較深土層傳遞，也能對樁間土起到阻止側向變形的作用，間接提高了樁間土的壓縮模量，從而提高了樁間土的豎向承載力。在相同荷載條件下，無側向約束地基土的側向變形非常大，使得地基豎向變形增大，在有側向約束條件下，由于CFG樁對土體側向變形存在一定的約束作用，減少了側向變形，同時也減少了土體的豎向變形，使得復合地基抵抗變形能力大幅度增強。

1.4 褥墊層調整均化作用

在豎向荷載作用下，CFG樁復合地基由于褥墊層的作用，樁體逐漸向褥墊層中刺入，樁頂上部墊層材料在受壓縮的同時向周圍流動，而墊層材料的流動補償使樁間土的承載力得到充分發(fā)揮，樁體承擔的荷載相對減少，從而使基底的接觸壓力得到了均化和調整，地基中的豎向應力分布得到均化，地基的變形狀況得到明顯改善，復合地基的承載力將大大提高[3]。另外，隨著作用在樁間土上部豎向荷載的增大，樁間土的壓密度得到提升，使樁側法向應力增大，樁身的側摩阻力也增加，使得復合地基承載能力進一步提高。

2 工程背景

2.1 工程概況

商丘市某大型棚戶區(qū)改造及安置房建設項目是一項重大的民生工程，對項目建設提出了極高要求?？偨ㄖ娣e466 303.10 m2，其中地上面積326 630.70 m2、地下面積139 672.40 m2，主要包括住宅、地下車庫、商業(yè)配套、物管房、儲藏室以及道路、綠化、給排水、消防等輔助設施。其中1號樓為27層建筑，結構類型采用筏板基礎＋框架剪力墻形式，自然地面標高約47.95 m，基坑開挖深度11.37 m；CFG樁端進入第⑥層粉砂層，樁數462根，樁長≥18 m，樁徑400 mm，樁間距1.3 m，材料強度等級C25，單樁豎向承載力Ra≥680 kN。褥墊層采用3∶7級配砂石，最大粒徑小于30 mm，300 mm厚，每邊寬出筏板300 mm，夯填度≤0.9，復合地基承載力fspk≥460 kPa。

2.2 地質特征

根據巖土工程勘察報告，場地自然標高約為47.95 m，屬于近期黃河沖積平原地貌，地勢平坦開闊；地下水類型主要為潛水，在鉆孔期間測得穩(wěn)定水位埋深5.0 m～5.3 m。各土層揭示如下。

（1）①層雜填土：主要以拆遷后的建筑垃圾為主。

（2）②層粉土：褐黃色，濕，中密，搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低；局部夾粉質黏土，棕褐色，可塑，分布不均勻。

（3）③層粉質黏土：灰褐色，可塑，搖振反應無，切面稍光滑，干強度中等，韌性中等。

（4）④層粉土：褐黃色，濕，中密～密實，定性為中密，含云母及鐵猛質，搖振反應中等，無光澤反應，干強度及韌性低。

（5）⑤層粉質黏土：棕灰色，可塑～硬塑，定性為硬塑，搖振反應無，切面稍光滑，干強度及韌性高。

（6）⑥層粉砂土：褐黃色，飽和，密實，主要成分為長石、石英及少量云母，分選性較好，砂質純凈。

3 工程施工重難點分析

根據巖土工程勘察報告顯示，本工程地下水位高，場地內廣泛分布較深厚的飽和粉土及粉質黏土層，土層變幅范圍大，地質環(huán)境復雜，極易因技術控制不合理而出現斷樁、縮徑、竄孔等問題；工程為舊城區(qū)拆遷改造工程，現場存在大量的舊基礎、樹根等廢棄物，對CFG樁機鉆進質量控制存有較大影響；由于施工時處于冬季，極端寒冷天氣易導致泵管出現堵塞現象。因此，工程技術人員應根據工程的實際工況進行分析研究，編制出具有針對性的專項施工方案。

4 施工前的工作準備

4.1 施工工藝流程的確定

場地整平→定樁位→樁機就位開鉆至設計深度→邊壓灌混凝土邊提鉆桿至超灌標高→成樁→挖除樁間土→鑿除樁頭→樁基檢測→褥墊層施工。

4.2 施工前技術預控

首先督促施工單位根據設計圖紙、巖土工程勘察報告、施工技術規(guī)范、工程驗收標準及氣候環(huán)境等相關文件編制有針對性的施工方案，完成內部審核后提交監(jiān)理單位進行審核。監(jiān)理工程師應結合相關施工圖紙、特殊的地質環(huán)境和水文狀況，重點對機械選型、工藝流程及技術控制參數等進行可行性審核，經總監(jiān)理工程師簽字確認后作為工程施工依據。其次，在工程開工前，應針對樁基工程概況、施工環(huán)境及驗收標準等做好技術交底工作，然后進行試樁施工，以驗證制定的各項技術參數的可行性，使相關人員能夠掌握CFG樁復合地基工程的技術控制要點，確保工程質量控制有序展開。

5 施工技術控制

5.1 鉆孔壓灌技術控制

（1）首先進行場地的清理整平工作，根據樁位坐標及地面標高進行測量放線，報監(jiān)理人員復核驗收。其次，根據施工專項方案，采用長螺旋鉆孔灌注樁機進行CFG樁施工，考慮到砂性土地質易產生混凝土竄孔問題，采取間隔跳打法由一側向另外一側推進施工；待相鄰樁位混合料凝結固化后，再鉆相鄰樁位。

（2）鉆機就位后，保持鉆頭中心對準樁位中心，調整雙向水準泡，保證鉆桿鉛垂儀垂直，再根據樁底標高、樁頂標高與鉆機動力頭之間的高差關系，在鉆機主塔下端標出鉆機動力頭相對于樁底標高處的標識以及在主塔上端標出鉆機動力頭相對高出樁頂80 cm處的標識，經監(jiān)理人員復核確認后同意開鉆。

（3）開鉆時應向下移動鉆桿使鉆頭觸及地面，并關閉鉆頭閥門，啟動按鈕開鉆，先慢后快。這樣既能減少鉆桿搖晃，又能檢查鉆孔的偏差。鉆桿垂直度控制應通過鉆機自身鉛垂儀隨時觀測與糾偏，保證垂直度≤1%。鉆進應勻速，速度控制在2.5 m/min，并及時清理返出孔口的渣土，當樁機動力頭到達主塔下端相對于樁底標識處時，表明鉆頭已到達樁底標高，應當停止鉆進。

（4）當鉆機停止鉆進后，應先向鉆桿的芯管內壓灌混凝土，停頓10 s～20 s，再緩慢提鉆，邊提鉆邊壓灌混凝土，提鉆按1.5 m/min控制，鉆頭在混凝土內埋深1 m左右，使鉆桿葉片對混凝土有一定擠壓作用，確保帶壓提鉆。當動力頭提升至主塔上端相對高出樁頂80 cm標識處時應停止壓灌混凝土，保證混凝土超灌高度≥80 cm，然后提鉆出孔移機至下一樁位。

（5）由于施工現場廣泛分布飽和粉土和粉質黏土，土層變化范圍大，且穩(wěn)定水位埋深5.0 m～5.3 m，樁身土體處于飽和水狀態(tài)，不利的地質環(huán)境極易產生斷樁、縮孔等問題，在施工前應針對施工的具體樁位計算出飽和粉土和粉質黏土的相對標高，在提鉆過程中適當減少至1.0 m/min～1.2 m/min為宜。

（6）澆筑混凝土時應加強坍落度檢查，因為坍落度大小對CFG樁基質量影響很大?；旌狭咸涠冗^大，會形成混凝土的離析和泌水，導致樁頂浮漿過多，樁體強度會降低，因此混凝土坍落度必須控制在180±20 mm之間。

（7）在混凝土澆筑過程中，監(jiān)理人員應全過程進行旁站，并記錄混凝土澆筑的起止時間、鉆桿提升速度、混凝土坍落度、混凝土澆筑標高、澆灌數量、充盈系數以及有無發(fā)生塌孔等異常現象，按有關規(guī)定見證混凝土試塊的留置，并送標養(yǎng)室進行養(yǎng)護。

（8）由于CFG樁混凝土全部埋入地面以下，故采取濕土覆蓋養(yǎng)護即可。樁基混凝土澆灌完成14 d后方可安排樁間土的開挖外運，養(yǎng)護期間，任何大型機械不得進入現場，防止產生擾動。

5.2 清除樁間土及鑿除樁頭

（1）在樁間土開挖過程中，嚴禁大型機械在樁頂上部通行，防止對樁頂混凝土產生擠壓破壞。嚴格加強對基坑、集水坑、電梯井的邊線位置和標高尺寸的測量與控制，防止出現超挖、誤挖及錯挖等現象。

（2）當機械開挖至基底上部30 cm時，用水準儀及時測量標高，采取人工配合清土，將機械挖不到的地方和樁邊土清除后運到機械作業(yè)范圍，由機械挖運至指定場地堆放點。開挖集水坑和電梯井時應按放好尺寸線，先將內口線開挖至設計標高處，然后再按外口線進行修坡。

（3）基坑留置的30 cm土層清除后，在樁頂標高處繞樁身周圍做一道水平標記線，沿此線采用手持電動切割機進行切割，切割交圈后用手錘和鏨子進行截樁處理。在樁身四周切縫處采用手錘分別對3個鏨子進行均勻錘擊，直至樁身被截斷為止，并對樁頂的凸突面作鑿除處理。

5.3 褥墊層施工控制

（1）CFG樁頭鑿除施工完成后，即可進入褥墊層施工。褥墊層的鋪筑按3∶7級配砂石均勻拌制，有機物含量＜3%；砂石應根據其干濕程度和氣候條件適當灑水，保持最佳含水率控制在8%～12%之間。

（2）褥墊層鋪設深度不同時，連接面應挖成踏步或斜坡形，同一標高的接茬處應做成斜坡。施工應按先深后淺順序進行，分2層鋪設，每層鋪170 mm，采用蛙式打夯機分層夯實，落距為400 mm～500 mm，要一夯壓半夯，夯夯相接，全面夯實，且不少于3遍，每層夯實至150 mm。

（3）鋪設標高處于同一層面的，鋪設厚度按340 mm控制，采用8 t～12 t壓路機往返靜力碾壓，碾壓遍數≥4遍，輪距搭接≥500 mm，碾壓厚度達到300 mm即可，以符合夯填度≤0.9設計要求。另外，應對標高及平整度進行驗收，標高滿足±15 mm，平整度符合20 mm/2 m。

6 施工中出現的問題及相應對策

6.1 泵管堵塞

CFG樁基開鉆不久，經常出現泵管堵塞，導致無法連續(xù)進行泵壓混凝土，對成樁質量產生嚴重影響，極易出現斷樁。據此，對混凝土原料及配合比進行優(yōu)化，采用級配良好的碎石摻入20%卵石，粒徑8 mm～25 mm，粉煤灰摻量由76 kg/m3增加到90 kg/m3，以進一步減少混合料的泌水性，增加和易性，改善可泵性。另外，結合冬季施工特點，在混合料攪拌時摻入3%～5%的防凍劑，以降低拌和料冰點，同時加強對混合料的測溫工作，確?；旌狭系娜肟诇囟取?℃。在泵管的外層包裹一層防凍棉，防止混合料降溫速度太快，減少泵管的過彎數量，以降低泵送壓力。通過對泵送混凝土進行必要的技術調整，堵管問題得以解決。

6.2 鉆進困難

在鉆進87號樁孔時，遇到地下不明障礙物，出現憋鉆現象，且鉆桿擺動非常厲害，而操作人員多次提鉆后復鉆，均無法鉆進，此時鉆頭距離地面僅約1.4 m。經現場查看后移開鉆機，對樁位進行開挖檢查，發(fā)現是一口廢棄的磚砌古井，對古井尺寸進行尺量，深度約為17 m，井口內徑為60 cm，古井深度較深且井內水位較高，無法挖除。由總監(jiān)理工程師組織各參建單位負責人召開專題協調會進行討論，經研究決定：在原87號樁的東側70 cm處重新確定87號樁，以取代原樁位，在基坑開挖完成后，采用導管伸至井底部，再用C15素混凝土澆灌至基坑的底標高，根據場地原始地形地貌，對舊基礎、樹根等障礙物進行探明及挖除。

7 施工效果評價

7.1 試驗檢測

JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規(guī)范》規(guī)定：復合地基靜載荷試驗和單樁靜載荷試驗數量不少于總樁數1%，且每個單體工程的復合地基靜載荷試驗數量不應少于3點，采用低應變動力試驗檢測樁身完整性，檢測數量不低于總樁數10%。據此，確定樁基檢測數量：低應變動力檢測47根；單樁靜載荷試驗5根；復合地基靜載荷試驗5組。

CFG樁基施工完成28 d后，根據施工狀況選擇47根樁提交樁檢單位進行采集信號并作綜合分析判定：本次檢測共計47根樁，其中I類樁為40根，II類樁為7根，所檢測的47根樁身結構完整性滿足設計要求。選取5根代表性樁進行單樁靜載荷試驗，加載至1 360 kN時終止加載，總沉降量在14.34 mm～17.08 mm之間且Q-s曲線平緩，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈規(guī)則排列，根據JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規(guī)范》判定，取680 kN為單樁靜載荷特征值，滿足設計要求。

選取5個試點進行復合地基靜載荷試驗，加載至920 kPa，其對應最終沉降量在10.18 mm～12.45 mm范圍內，P-s曲線和s-lgt曲線正常，沉降速率穩(wěn)定，根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規(guī)范》判定，取460 kPa為復合地基承載力特征值，滿足設計要求。

7.2 效益分析

（1）CFG樁基施工環(huán)節(jié)少，樁基無需配置鋼筋，成樁效率高，與其他樁基相比，可縮短工期約30%；與靜壓預制及其他樁基類型相比，可節(jié)約工程造價約30%～50%。由此可見，CFG樁可用于多種軟弱或相對軟弱土層中，能大幅提升地基承載力，具有適用性強、地基變形量小、工期短和投資成本低等優(yōu)點。

（2）在CFG樁基混凝土中加入一定量的粉煤灰，不僅可改善混凝土的微觀結構，提高粗骨料與砂漿之間的界面強度，還可以改善混凝土和易性，顯著提高混凝土的施工性能，節(jié)省大量的水泥；利用工業(yè)廢料，減少對環(huán)境產生的污染，樁基施工噪聲低，也實現了綠色施工，產生了良好的社會效益和環(huán)保效益。

8 結 語

CFG樁基是近年來國內快速發(fā)展的復合地基處理方式，特別是因天然地基存在松散、不均勻、持力不足等不良條件下的行之有效的一種技術處理。本文重點從復雜工況環(huán)境下施工技術的監(jiān)理控制以及所遇問題實施對策方面進行闡述，旨在為CFG樁復合地基處理技術進一步完善提供有益技術積累，為工程技術人員提供經驗參考。由于施工工況環(huán)境差異極大，應針對不同環(huán)境科學合理地研究分析出不同的施工工藝參數，編制有針對性的專項施工方案，為施工提供確實可行的控制依據，也為CFG樁復合地基處理技術邁向成熟作出積極探索。