浅析CFG桩在喀斯特地貌溶蚀洼地中的施工病害和应对

浅析 CFG桩在喀斯特地貌 溶蚀洼地中的施工病害和应对

第一作者 田哲 （ 中电建铁路建设投资集团有限公司 ）

第二作者 尹世祥（中铁一局集团铁路建设有限公司）

摘 要: CFG桩复合地基遇到淤泥质黏土软弱层时，易出现扩径、缩颈、断桩等工程病害。本文结合具体工程实例,讨论喀斯特地貌溶蚀洼地中CFG 桩复合地基处理遇到的病害。介绍了其地质条件、施工要点及检测结果, 分析了质量事故发生的原因, 并提出了一种经济合理有效的加固处理方案，可为同类复合地基的施工及处理提供借鉴。

关键词: CFG桩复合地基，作用机理，补强，检测，淤泥质地层

1 工程概况及地质条件

本工程施工区域位于重庆市黔江区舟白镇一带，路基填筑填高5～25m。属低山丘陵区，地形较为起伏，为典型溶蚀地貌，峰丛与洼地相间，洼地中部地形较为平坦，部分洼地底部岩溶发育雨季地表无积水，部分洼地在雨季积水粉质粘土层受水浸泡形成淤泥质粉质粘土，洼地周围为圆包型溶蚀残丘。工点处地层上覆主要为第四系全新统人工填筑土、坡积粉质黏土，厚2～9m；下伏白垩系上统正阳组砾岩，三叠系中统巴东组泥灰岩、灰岩。该案例施工区域溶蚀洼地内雨季地表有积水。工点区域不良地质主要为岩溶，根据地面调查结合钻探揭示分析，工点处属岩溶中等-强烈发育区。

溶蚀洼地软弱底层力学性能较差，易引起路基不均匀沉降，需对上覆土层厚度大于3m区域采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）加固处理：桩采用正方形布置，桩径0.5m，桩间距1.8m，桩端伸入持力层不小于0.5m，桩顶铺设0.5厚碎石褥垫层，褥垫层中间铺设一层抗拉强度不小于80kN/m的双向土工格栅。设计要求地基处理后复合地基承载力ｆ_s.pk＝180KPa。

图1 纵断面图

2 CFG桩复合地基作用机理

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）它是由水泥、粉煤灰、碎石、砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。其加固机理为：褥垫层受上部路基荷载作用产生变形后，以一定的比例将荷载分摊给桩及桩间土，使二者共同受力。同时，土体受到桩的挤密而提高承载力，而桩又由于周围土侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部传来的荷载。

CFG桩穿过软弱层后，砾岩、砂岩、泥灰岩、灰岩作为桩端持力层，充分发挥桩的承载力,容易达到控制沉降和差异沉降的目的。软弱层较厚时，CFG桩无法穿越整个粉质粘土层，可通过在桩顶设置桩帽，充分发挥复合地基的作用。

3 施工方法选择及控制要点

喀斯特地貌溶蚀洼地软弱土层下常伴有溶沟、裂隙、石芽等地质形态，且施工区域紧邻居民区，综合考虑周围施工环境及洼地软弱层地质情况，最终选定CFG桩的施工采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩，以满足降低噪音及成桩要求。CFG桩施工前首先对施工区域进行隐伏岩溶物探和先导孔钻孔探查，对发现的溶漕、溶腔采用低标号混凝土回填或注浆封堵处理。

施工控制要点：

（1）成孔过程中保证有足够压力将桩尖挤入持力层，施工中桩端到达持力层后钻机抬架后停钻, 控制最后30秒的电流和电压值。

（2）采用隔桩跳打方式钻孔，减少桩与桩的扰动，降低因地基软弱层承载力不足产生断桩和缩颈的质量问题。

（3）灌注过程中应先泵送混凝土后拔管，并保证连续拔管，可以有效降低堵管的频次，严格控制混合料的灌注压力，以保证成桩质量。淤泥质地层中的拔管速度控制在≤1.5m/min。

（4）钻进过程中如遇到小型溶腔、溶漕，先利用钻孔灌注混凝土处理溶腔、溶漕再复钻成桩。

（5）清理桩间土凿除桩头严禁采用大型机械，严禁碰撞桩头。

4 施工过程中出现的问题及加固处理

施工区域内的溶蚀洼地主要分两种情况；一是洼地内软土层下岩溶发育，地表无积水，以厚层粉质粘土层为主；二是洼地内地层以淤泥质粉质粘土层为主。本工程施工区域内洼地雨季积水，共施工CFG桩560根, 施工过程堵管频繁，施工效率仅为相邻施工队伍的1/2，混凝土浪费严重。现场过程中发现3根桩出现缩桩现象，无法成桩，初步判定桩底遇垂直发育溶腔。抽取10%共56根进行桩身低应变完整性检测，发现有18根CFG桩桩身有明显缺陷，缺陷位置位于地面以下1.5～4.0m，经开挖后验证大部分为明显夹泥、扩桩或断桩。经现场调查，现场施工人员经验不足，没有按施工方案和技术要求进行施工，施工中拔管速度过快，混凝土灌注压力不足或过大，直接造成桩身夹泥或扩桩；钻孔过程中没有隔桩跳打，施工机具挤土效应是造成邻近桩断桩的直接原因，这些因素共同作用造成了CFG桩成桩质量缺陷。另一溶蚀洼地岩溶发育雨季地表无积水工点内共施工1200根桩，经抽取10%共120根，未发现质量缺陷。因此，在处理溶蚀洼地内淤泥质软弱土时，CFG 桩复合地基仍面临较多问题。

图2 CFG桩桩身低应变完整性检测波形图

先导孔钻孔地质报告中标明；场地内存在无填充溶洞，但高度不大。根据本工程的实际情况，对钻孔过程中遇到的竖向发育溶腔，采用混凝土回填后可以正常成桩，不影响成桩质量。

施工完成后，根据检测结果，对存在严重缺陷的CFG桩，在桩周补做φ600高压旋喷桩进行补强。实践证明，采用高压旋喷桩补强的方法，既不会对原有CFG桩桩身产生挤压破坏，同时还可以验证区域内浅层溶洞的处理状况，是一个简单、可靠、有效的方法。

图3 高压旋喷桩复合地基承载力试验荷载～沉降（p～s）曲线图

5 结论

溶蚀洼地中粉质黏土层的厚度受基岩面（底层溶沟、溶槽等部位）的起伏影响，粉质粘土与不规整岩层组合是严重的不均匀地基，采用CFG进行地基处理，可以充分利用砾岩、泥灰岩、灰岩的高承载力；在遇溶洞时易于处理，避免延长工期，对于减少地基不均匀沉降，提高地基承载力效果良好。部分粉质粘土软基层受水长期浸泡形成淤泥质粉质粘土，承载能力极低，工程中极易出现的常见病害(如断桩、缩颈、阔径等)影响工程质量及施工进度，还会增加施工成本。由于这些特性,做好浅埋溶洞的判查,采取必要的工程措施、做好工艺性试验，才能保证CFG 桩复合地基得到理想的工程效果。

参考文献：

[1] 阎明礼,张东刚．CFG桩复合地基技术及工程实践[M].（第二版），北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] 廖文斌．CFG桩复合地基在岩溶地区高层建筑中的应用

[3] 周志坚，唐名富，全洪波，莫先恒．岩溶区CFG桩复合地基的桩土作用研究

[4]陈旻．CFG桩复合地基质量事故分析与加固设计

[5]马锐敏，黎鹏，伊尧国．CFG桩在淤泥质黏土中的施工病害和应对

[6]万灿 , 高世科．简述CFG 桩复合地基的原理和在淤泥质地层中成功运用的实例