CFG桩复合地基承载力及CFG桩施工技术

CFG桩复合地基承载力及CFG桩施工技术

摘要：本文讨论了CFG桩复合地基承载力确定，CFG桩施工技术要点以及常见问题处理。

关键词：CFG桩复合地基，承载力，施工技术

Abstract: This paper discusses the determination of CFG pile composite foundation bearing capacity, the main points of CFG pile construction techniques and how to process the common problems.

Keywords: CFG pile composite foundation; bearing capacity; construction technology

中图分类号: TU473.1文献标识码：A文章编号：

一、引言

CFG桩复合地基技术已在全国广泛推广应用，国家行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)的颁布，为工程技术人员进行 CFG桩复合地基设计、施工及检测提供了技术依据。但在复合地基承载力的确定及CFG桩施工方面，在不同地区基于某些地区性经验，存在一些差异。

二、复合地基承载力的确定

CFG桩是英文Cement Fly-ash Grave的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌合，用各种成桩机制成的可变强度装。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基，是地基处理的一种常见方法。

根据《建筑地基基础设计规范》(GBJ79-2002)(简称地基规范)和《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)(简称地基处理规范)，复合地基承载力确定可分为设计阶段和竣工验收阶段进行讨论。

1、设计阶段

在设计阶段，地基规范规定：复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定；地基处理规范规定：复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定。初步设计时，也可按下式估算：

fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk(1)

式中：fspk— 复合地基承载力特征值(kpa)；

m — 面积置换率；

Ra— 单桩竖向承载力特征值(kN)；

Ap— 桩的截面积(m2)；

β— 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值；

fsk — 桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。

实际工程中，有条件时先在拟建场地做现场载荷试验，可为设计提供可靠的设计参数。而很多情况是在无试验资料条件下按(1)式估算复合地基承载力，但要结合工程实践经验，合理确定Ra、fsk、β等参数的取值。

2、竣工验收阶段

由以上讨论可知，在复合地基设计阶段，确定复合地基设计参数时，用公式(1)估算复合地基承载力是符合规范要求的。在竣工验收阶段，能否只做单桩静载试验。用单桩承载力Ra和地质报告提供的天然地基承载力fak(或桩间土静载试验结果fsk)按公式(1)计算确定复合地基承载力特征值,是需要说明的一个重要问题。

首先，加固后桩间土承载力特征值fsk与然地基承载力特征值fak是不同的，通常fsk＝fak。为桩间土承载力提高系数，对挤密效果好的土采用振动挤土成桩工艺，由于土密度的增加和桩对土的侧向约束作用，fsk远大于fak，用单桩承载力Ra和天然地基承载力fak确定复合地基承载力与实测值相比会有较大误差。即使用单桩静载试验的Ra和桩间土静载试验结果fsk按公式(1)计算复合地基承载力，β的取值可能会因人而异，对于同一复合地基，得出不同的计算结果，这样就不能保证复合地基承载力的准确性和唯一性。因此，地基处理规范用强制性条文规定复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验确定。

三、CFG桩施工技术要点

（一）CFG桩施工可根据现场条件选用下列施工工艺：

1、长螺旋钻干成孔灌注成桩；

适用于地下水以上、提钻不塌孔的土层条件；

2、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩；

适用于粘性土、粉土、砂土、粒径不大于60mm厚度不大于5m的卵石层（卵石含量不大于30％），以及对噪声和泥浆污染要求高的场地；

3、振动沉管灌注成桩；

适用于粘性土、粉土、素填土，对夹有较厚卵石、砂和孔隙比小液性指数较低的粘土层无合理有效的辅助措施不宜采用，软土地基应通过现场试验确定其适用性；

4、泥浆护壁钻孔灌注成桩；

对遇有较厚卵石、砂和孔隙比小液性指数较低的粘土层以及饱和软土，桩端持力层具有水头很高的承压水，长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩容易发生窜孔，对噪声污染要求严格的场地，不宜采用前述施工工艺时，可采用该工艺。

（二）当采用挤土成桩工艺，新打桩对已打桩可能产生不良影响时，可选用非挤土成桩工艺，或挤土和非挤土成桩工艺联合使用的施工方案，挤土和非挤土成桩工艺联合施工时，宜先打挤土桩、后打非挤土桩；在有较厚软土的地基上施工时，混合料宜用低塌落度（3～5cm），以防止桩体自身塌落发生断桩；

（三）振动沉管CFG桩施工要点

1、通过在桩机卷扬系统加动滑轮，调整拔管线速度控制在规范建议的范围；

2、打桩前、打桩过程中测地表标高，观测地表隆起或下沉量；

3、通过试成桩，观测地面标高变化和测定新打桩对已打桩的影响，确定合理的施打顺序；

4、软土中可采用静压振拔技术，沉管过程可不启振动锤、静压沉管，减少对桩间土的扰动，拔管启锤使混合料振密；

5、软土中可采用大直径予制桩尖，以获得较大的端阻力，而保持桩身混合料用量不变；

6、经施工监测确认桩体断裂并脱开，应逐桩静压（跑桩）将脱开的上下桩接起来；

7、拔管不宜长时间留振，防止粗骨料与水泥浆发生分离。

（四）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工要点：

1、基础埋深较大时，宜在基坑开挖后的工作面上施工，工作面宜高出有效桩顶标高300～500mm。基坑较浅在地表打桩或部分开挖打桩空孔较长时，应加大保护桩长，并严格控制桩位偏差和垂直度；

2、基坑降水应控制在标高最低的电梯井、集水坑底标高以下500～1000mm；

3、软土地基中施工宜通过掺加减水剂、泵送剂制备泵送性能好塌落度较低的混合料，以防止桩体自身塌落发生断桩、或充盈系数过大。

4、桩体配比碎石最大粒径不宜大于25mm，粉煤灰选用Ⅱ级或Ⅲ级细灰，每立方米混合料掺量70～90kg为宜；

5、桩端为饱和粉土、砂土和卵石层时，应选用下开式专利钻头（专利号ZL 00 2 63200.4），以防止钻头活门打不开、桩端有虚土不能发挥土的端阻；

6、严禁先提钻后灌料；

7、桩径400mm时提钻速度宜为2.5~3.5m/min,桩径增大钻头活门断面应相应增大，若桩径增大而钻头活门断面不变时应相应降低提钻速度；

8、夹有松散饱和粉土、粉细砂的土层，成孔时在剪切荷载作用下，土体液化，导致刚打完处于流动状态桩的桩周土丧失对桩的侧向约束能力，桩体侧向澎出、桩顶下沉，产生窜孔，液化区域连成片甚至导致基坑失稳或周边建筑物倾斜开裂、道路破坏，在这类地基上施工应采取如下措施：

（1）降饱和粉土、粉细砂中的水；

（2）采用小叶片螺旋钻杆成孔，减少剪切能积累并对桩间土具有挤密作用；

（3）合理设计施打顺序和控制日成桩数量，避免在某个区域产生成片的液化区，也可采用跳打等方法减少剪切能量的积累；

（4）快速钻进，减少剪切能量在可液化土层上的积累；

（5）选用下开式专利钻头，防止阀门打不开在同一桩位多次复钻；

（6）混合料尽量采用较小的塌落度；

（7）把施工因素作为基坑支护的设计条件；

（8）设计宜采用大桩距大桩长。

注：当上述措施仍无效时，可采用泥浆护壁钻孔灌注成桩工艺。

（五）清土、剔桩头防断桩和防扰动桩间土措施

1、打桩弃土和预留保护土层可采用人工清除、或机械人工联合清除方案。当采用机械人工联合清除方案时：

（1）对基坑开挖后打桩的场地，采用人工予断桩、挖掘机清土。

（2）在地表打桩后再进行基坑开挖的场地，由现场试挖确定预留人工开挖深度，以保证桩的断裂部位高于有效桩顶标高以上。

2、截桩头宜用无尺锯在有效桩顶标高处切深1～2cm的园环，再用两钢钎相对同时敲击断桩。

3、清土、截桩头后禁止对桩间土产生扰动的施工设备（如轮胎式运土车等）在施工场地内通行，防止产生“橡皮土”。

（六）混合料试块的制作和现场养护

施工过程，应随机选取具有代表性的混合料制作试块（边长为150mm的立方体）并捣实，送实验室前应在现场按标准养护条件对试样进行养护，特别在冬期，不得将试样随意放置在施工现场或工棚里，避免养护条件不标准导致试验结果不能反映桩体的真实强度。

四、CFG桩施工常见问题及处理

（1）堵管

堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩成桩工艺常遇到的主要问题之一。

若因混合料配合比不合理，和易性不好而发生堵管，需注意细骨料和粉煤灰两种材料的掺入量，特别是注意粉煤灰掺入量宜控制在60-80kg/m3。

若因混合料搅拌质量有缺陷，需确保混合料能顺利通过刚性管、高强柔性管、弯管和变径管到达钻杆芯管内，同时控制好混合料坍落度，宜控制在16-20cm。

若因设备缺陷而导致堵管，需保证管件连接顺畅，确保弯管与高强柔性管等连接紧密，保证垫圈无破损。

此外施工人员操作不当也会导致堵管现象发生。

（2）窜孔

在饱和细砂层、粉砂层中施工常遇窜孔现象。

可采取大桩距的设计方案，增大桩距的目的在于减少新打桩机器的剪切扰动，避免不良影响。改进钻头，提高钻进速度。减少打桩推进排数，必要时采用隔桩、隔排跳打方案，但跳打要求及时清除成桩时排出的弃土，否则会影响施工进度。

（3）断桩

桩基施工完毕，发现桩身裂缝的所在部位，应分析原因，得出自身问题是在施工时，由于提钻速度较快，空气未全部释放出来，致使桩身产生断面裂缝，另外是混合料的搅拌时间不够，和易性差，出现蜂窝麻面桩。外部原因是土建施工时机械挖基坑平整土方时，被挖掘机和铲车碰断。

解决方案是：浅部断桩,对断桩单独进行处理,剔除上部断桩,用与桩身相同的混合料按桩径设计标高补桩。桩头断桩后进行接桩，当桩顶高程低于施工图标识高程时，如开槽或剔除桩头必须进行补桩，可采用比桩体强度高一等级的豆石混凝土接桩至施工图标识桩顶标高，注意在接桩过程中保护好桩间土。

四、结语

1.设计阶段，CFG桩复合地基承载力应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时可按公式(1)估算复合地基承载力特征值。复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验确定。

2.复合地基静载试验前，首先做桩的低应变检测，静载试验后再做低应变检测和桩顶部开挖探查，对分析判断复合地基施工发生的问题具有重要意义。

3. 螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，先提30～50cm再灌料是一种错误的施工方法，应严格禁止。下开式专利钻头可避免发生阀门打不开的情况发生。

参考文献:

[1] 建筑地基基础设计规范(GB5007-2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002

[2] 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002

[3] 建筑桩基技术规程(JGJ94-94)北京：中国建筑工业出版社，1995

[4] 阎明礼、张东刚．CFG桩复合地基技术及工程实践．北京：中国水利水电出版社，2001