浅析CFG桩在地基处理的施工应用

浅析CFG桩在地基处理的施工应用

吴文松1周新峰2杨辉3

江苏省华建建设股份有限公司江苏扬州225000

摘要：在实际建筑施工的过程中，经常遇到软弱地基的情况，需要对软弱地基进行处理。在软弱地基处理的时候，要结合拟建区域内地基土的组成及力学性质等实际情况，采用不同的地基处理方法，保证工程建设的质量，取得良好的经济效益和社会效益。本文重点研究CFG桩基础在地基处理中的应用，介绍其定义、作用原理、适用范围、施工方法以及施工过程中的注意事项等内容。

关键词：地基处理；CFG桩；施工应用

软土地基具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性强、承载能力低等特点，因此在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题，而常常需要采取措施，进行地基处理。处理的目的是要提高软弱地基的强度，保证地基的稳定，降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降，使建筑物修建以后能正常使用，满足强度及稳定性要求。

软弱地基的处理的方法主要包括为：换填垫层法、预压法、强夯法、振冲法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩）、夯实水泥土桩法、水泥土搅拌法、高压旋喷桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法、柱锤冲扩桩法等。本文重点研究桩基础在地基处理中的应用，主要研究CFG桩的地基处理形式。

CFG桩是指由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和而成的高粘结强度的桩，是由过去的碎石桩逐渐发展起来的一门地基处理技术。它是一种复合桩，主要构成是：桩、桩间土以及褥垫层。由于这种复合桩技术的有效利用，使得碎石桩的刚性得到了很好的改善。因而全桩的侧组和端组作用能够更加完美的发挥其作用，这种复合桩的主要特点有地基变形较小、地基的承载力得到了很大的提升、复合模的量高等。另外桩体不配筋，但是却能够有效的使得桩间土的承载力得到发挥，而它的造价仅为桩基的一半左右。所以这种复合桩得到了广泛的应用，而且取得了很好的经济和社会效益。

杨柳郡柳园项目由广西柳州绿城房地产开发有限公司投资建设，由广西荣泰建筑设计有限公司设计。用地位于柳州市柳北区白沙村E-4-7地块，项目地块用地面积30709.11平方米，用途为住宅用地，总建筑面积158490.48平方米，其中地上建筑面积114927.32平方米，地下建筑面积43563.16，基础采用整体筏板基础外，筏板底部采用CFG桩复合地基进行竖向传递荷载，地下室采用钢筋混凝土框架结构。

一、CFG桩在施工中常见问题及处理意见

1、缩颈或断桩

主要原因是由于灌装填料配比有误及搅拌时间不够；冬施混合料保温措施不当；拔管速度控制不好；开槽机桩顶处理不好。预防措施：

（1）要严格按不同土层进行配料，搅拌时间要充分。

（2）做好成孔、搅拌、压灌、提钻各道工序的密切配合，提钻速度应与混凝土泵送量相匹配，严格掌握混凝土的输入量大于提钻产生的空孔体积，使混凝土面经常保持在钻头以上1m，以免在混凝土中形成充水的孔洞。

（3）控制拔管速度，一般1～1.2m/min。每拔管1.5～2.0m，留振20s左右（根据地质情况掌握留振次数与时间或者不留振）。

2、堵管

施工中由于外界环境的变化、混合料坍落度的损失、停机待料时间过长以及机械故障等原因常产生堵管。处理方法：对混凝土泵管进行覆盖洒水降温，减小外界环境对混合料的影响；对坍落度的损失大的混合料运回拌和站进行处理；停机待料时，要每隔10min左右打一次反泵，缩短混合料的停置时间，减少堵管的发生频次，如停滞时间过长要及时对钻机及泵管进行清洗；如机械故障立即将电源切断，并及时清洗泵管泵机；另外在施工中，由于拔管速度过慢，泵送量过大，使芯管内混合料挤压密实，发生堵管，施工中泵机司机与钻机司机要固定不变，并配备有效的通信联系工具，减少堵管的发生。

3、承载力不足

主要是在施工中，桩未穿透软土或置于夹层上，造成深入硬层的假象，或者设计桩长不足，造成承载不满足设计要求。加强地质复查工作，及时与设计单位进行沟通，提出变更建议。

二、施工方法

首先，需要做的就是测量放线。根据设计的要求以及施工项目的实际特点，在建设单位所提供的水准点和相应的坐标，在施工的现场进行控制网的布置，主要包括了：水准点和轴线，只有在轴线和灰线等进行严格的复查审核之后方可进行动工。

其次，需要做的就是放线布桩。在这个过程当中，需要根据建筑平面图进行布桩和放线。桩位通常采用20mm的钢钎打入地下接近200mm，然后拔出钢钎灌注石灰粉，这些就是施工的桩位点。轴线的经过仔细的测量和复查，其误差不得超过10mm，桩位的误差不得超过20mm，另外就是钢钎所打入的桩孔一定要垂直。

再者，就是CFG桩施工的重头戏。长螺旋钻管之内的泵压CFG桩基的施工工艺主要是由混凝土输送泵、长螺旋钻机以及混凝土罐车等构成的体系。CFG进行施工的时候，钻机在就位之后，需要令钻机塔身的垂直度以及塔身的前后进行调整，在达到规格的预定要求之后，可以进行钻孔，关闭钻头的阀门（这个阀门主要的用途就是混合料沿着钻管经过阀门然后进入相应的孔中），移动钻杆直至钻头几乎触及地面的时候，开启马达进行钻孔，直至设计桩长预定的标杆。CFG桩经过刚才的钻孔之后，如果达到预先设计的标高，那么就停止相应的钻孔活动，开始向孔内输送混凝土，混合料经过混凝土输送管道和输送泵的运输，到达钻孔机动力弯头的地方，然后顺着弯头进行钻管里面。然后再钻杆的芯管内充满混凝土之后就可以开始进行拔管了，在拔管的时候，上面提到的钻头处的那个阀门会自动开启，接着管内的混凝土会不断的进入钻孔内，随着拔管的继续进行，混合料会充满钻孔，最终形成相应的桩。成桩的过程中预先需要保护的桩长度500mm。

采用泵送施工，要求混合料的坍落度为18cm~22cm，石子粒径不宜大于20mm。桩头振捣深度不小于2m。用插入式振捣棒对桩顶加振3s~5s，提高桩顶混合料密实度。严格控制泵送混合料的输送量，灌入量不得低于设计用量，确保桩顶超灌高度。严格控制拔管速率并且速度应均匀，拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，一般控制在1.5m/min~2.0m/min左右，应与混合料的输送速度相一致。在质量方面的要求主要就是桩的施工的垂直度的偏差不可以超过1%，桩位的偏差边桩不可超过70mm，另外中间桩通常需要小于150mm。

还有，就是在CFG桩的施工进程结束之后，桩身的混合料的强度已经达到70%，这时候可以清除桩顶部的土层以及凿除桩的保护层桩头。在清土的过程中需要采用小型的机械或者人工进行，一定要保持合理的进度，可以先用机械进行部分的清除，然后人工清除机械预留的100mm，并将桩头暴露出来。桩头进行凿除的时候，可以采用人工和机械结合的方式，首先利用水平的切割机从两个方向进行切除，锯断的面积需要大于桩截面积70%，接着再利用人工的锤子等进行凿除，在凿除的过程中注意保持桩头的平面的平整，从而使得桩头的质量得以保障。

另外，在进行褥垫层的铺设过程中，是需要重点注意的，也是整个复合地基的重要的核心内容，这个褥垫层是在基础与桩和桩间土所设置的具有一定厚度的散体粒状的材料。在基础受到垂直方向的负荷时，桩和桩之间的土都会发生一定程度的变形。由于桩的强度相比于桩间土来说更大且强，因而其变形程度没有桩间土大。但是在基础的下面设置一定厚度的褥垫层之后，桩体会向上和向下同时刺入，在这个过程中，褥垫层材料的流动性会使得桩间土得到一定程度的补偿，从而可以保证二者工程参与工作。如果不设置这个褥垫层，那么复合地基的承载特性就同桩基础类似了，桩间土也无法发挥其效用，也就失去了复合桩基的优势。

三、施工质量控制措施

1、桩位控制

1.1在施工前，根据基准点及设计图纸确定建筑物的控制轴线，并将桩的准确位置施放至施工作业面上；桩位现场采有打眼插筷子并灌桩定位，撒白灰，使点位明显易找且不易被破坏。

1.2对于施工时出现钻机支撑脚压在桩位旁将原标定的桩位发生移位的，施工时除找到桩位外，根据轴线或桩的位置对需施工的桩位进行复核。

1.3所有桩位定位后，测量成果报现场监理工程师及甲方工地代表复核。

2、垂直度控制

2.1钻机就位后，用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心。

2.2钻孔开孔时，封住钻头阀门，使钻杆向下移动至钻头触及地面时，开动钻机旋转钻头；一般先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又能容易检查钻孔的偏差，以便及时校正。

2.3在成孔过程中，如发现钻杆摇晃或难钻时，则放慢进尺，否则较易导致桩孔严重偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具变形或损坏。

3、桩长控制

3.1钻机准确定位保证钻杆垂直，开孔时缓慢钻进，以减少钻杆晃动以免扩大孔径。

3.2钻进过程中，根据地层情况及时调整钻进速度。

3.3根据桩长确定钻孔深度，当桩尖到达钻孔深度位置时，在动力头顶面停留位置处于钻机身相应位置作醒目标注，作为施工时控制桩长的依据；当动力头底面到达标注处，桩长即满足设计要求。

3.4施工时考虑施工工作面的标高差别，当标高差别较大时，根据场地实际标高，调整成孔深度。

4、桩径控制

4.1桩径取决于钻杆螺旋叶片的外径、场地土质和钻杆提拔速度等因素，由于施工中钻杆存在磨损，特别是在沙烁、卵石层中磨损更严重，因此施工时应考虑钻杆螺旋片的外径磨损对桩径的影响。

4.2提钻速度对桩径的影响也是一个不容忽略的因素，从施工过程来看，提钻速度过快相同桩长的投料时不时相应会有所减少，从而会影响桩径大小以及成桩质量。提钻过程中，始终保持钻具中心各混凝土压力略大于地层压力。

5、成桩控制

5.1成孔时钻头到达设计标高后，钻杆停止钻动，立即压注混凝土；混凝土的的压注采用泵送，混凝土使用商品砼，商品砼要求配合比强度达标，和易性好，坍落度控制在16~20cm，施工过程中定期检查混凝土坍落度，每商品砼灌检查一次。

5.2泵送砼前，先将混凝土泵的料斗及管线用清水湿润，然后搅拌一定的水泥砂浆进行泵送润滑管线，水泥砂浆的的配比可采用1：2，水泥砂浆的用时不时取决于输送管线的长度。

5.3泵送砼时，边提升钻杆边压注混凝土，提升钻杆的速率控制在2~3m/min，在施工中根据提拔速度进行泵送量地匹配；成桩过程连续进行，避免后台上料慢造成供料不足、停机待料现象。

5.4在施工中，采用隔桩施工的“跳打”方法，避免新打桩挤压已打桩。

5.5提钻前检查钻杆顶端放气阀是否能畅通，以防止混凝土中积气造成有空洞。

5.6泵送时，始终保持混凝土泵料斗内的混凝土液面在料斗底面以上一定高度，以免泵送时吸入空气，造成堵管；混凝土泵的料斗上装有过滤网，以防大块石进入泵管造成管线堵塞。4.5.7注意桩底灌注质量，匀速提钻并保证钻头刃尖始终埋进混凝土内，防止断桩；随时清除孔口积土，防止土体落至桩孔内当成桩至桩顶标高2.0m以内时，连续泵料止桩体混凝土高出桩顶标高。

6、桩头保护

成桩后注意保护好桩头，24h内不扰动；成桩3天后，清理桩孔土，并截凿桩头。

7、混凝土试块

7.1施工期间每个工作班取一组（3块）混凝土试块。

7.2取样在混凝土泵边进行，取样随机进行，监理工程师有见证取样。

7.3试块制作严格按照实验规定操作和标准养护，养护28天后送指定质检部门测定强度，提交报告。

四、施工质量保证措施

1、建全质量管理体系。项目经理亲自抓质量，始终贯穿以施工组织设计为主线，抓关键工序质量控制点的检查，及时掌握现场施工质量动态，自觉接受现场监理、业主的监督，发现问题及时解决。

2、把好测量放样点关。现场坐标控制网的桩位定位和复核后，并设置明显标志，用素混凝土加固，以免被破坏；在施工过程中，发现桩位变动，及时进行复测；投入实际施工的测量仪器，在作业前进行校核；测量成果及时报监理、甲方代表进行验收。

3、搞好施工前的技术交底工作。工程开工前，项目经理部组织全体施工人员进行施工技术交底，使全体施工人员了解设计意图，掌握施工技术要求、施工工艺和质量控制标准，并严格按施工组织设计要求进行施工。

4、严格把好材料检验关。对本工程商品砼供应商与监理、业主共同进行考察，选择生产能力强、质量好的商品砼站，并按要求对场的商品砼进行质量检查验收，包括：材质、配合比、混凝土坍落度等。

5、加强工序管理，确保施工质量，严格执行报验程序，特别是：桩位测量、钻孔深度、砼泵送、拔管速度等接受监理工程师、业主代表的监督，上道工序达不到要求绝不进行下道工序施工，并及时做好施工资料的整理、归档。

五、施工过程中注意事项：

1、碎石、石屑、粉煤灰、水泥材料经严格检验，保证其材质符合设计要求。施工现场加强材料计量设备的标定工作，确保计量准确，材料准备充足。施工用水应经检验，PH值、Cl-、SO42-等指标合格后才能使用。

2、施工前确认地下水是否具侵蚀性。如具侵蚀性，水泥应按规范采用符合要求的品种，或按规范要求添加防腐剂。

3、拔管速率应按试桩确定参数进行，拔管速度要均匀。

4、每班应检查排气阀，保证其正常工作。

5、冬季施工时，对混合料原材料、拌和工艺等各方面有特殊要求，应按照冬季混凝土施工要求进行。

6、施工中注意观察地面是否隆起，以判断是否断桩。打新桩时注意已打桩顶标高的变化，防止挤压造成断桩。

六、结束语

近年来我国地基处理设计水平的提高、施工工艺的改进和施工设备的更新，使我国的地基处理技术发展很快，对于各种不良地基，经过处理之后，一般均能满足建造大型、重型和高层建筑的要求。但是还没有一种万能的地基处理方法，每一种地基处理方法都有其适用范围和局限性。只有根据拟建区域内地基土的组成及力学性质和施工条件等因素，选用合理的基础形式，按照施工流程对地基土进行处理，把好原材料关和施工质量关，才能够达到地基承载力的要求，才有可能取得最佳的技术经济效益。

参考文献：

[1]何金阳.建筑物地基处理方案的优化设计.山西建筑，2011，（11）：70-71.

[2]曾裕平，吴明军.CFG桩复合地基处理.山西建筑，2011，（13）：62-63.