浅谈CFG桩复合地基在建筑工程中的应用

【摘 要】CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）是由水泥、煤粉灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩。目前CFG桩复合地基技术在我国的基本建设中起到了非常重要的作用，从建筑到道路、煤矿均得到普遍应用。本工程采用CFG桩对地基土进行加固处理，施工工艺为长螺旋成孔管内泵压灌注CFG桩混合料成桩。取得了很好的加固效果。

【关键词】CFG桩复合地基；施工技术；长螺旋成孔管内泵压灌注

一、CFG桩复合地基简介

水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩。它是在碎石桩的基础上加进一些石屑，粉煤灰喝少量水泥，加水拌合制成的一种具有一定粘结强度的桩，和桩间土、褥垫层一起成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端坐落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。因此垂直承载力世纪首先是将土的承载力能力充分利用，不足的部分由CFG桩来承担。由于CFG桩复合地基置换率不高，基础下桩间土承受的荷载是一个不小的数值。总的荷载扣除桩间土承担的荷载才是CFG桩应承担的荷载。显然与传统的桩基设计相比，桩的数量可以大大减少，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为参加料，大大降低了工程造价。

二、CFG桩工程特性

1.承载力提高幅度大，可调行强

CFG桩桩长可以从几米到20多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40%---75%之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大，并具有很大的可调性。

2.使用范围广

在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。

3.刚性桩的性状明显

CFG桩像刚性桩一样可全长发挥侧阻，桩落在好的土层上时，具有明显的端承作用。

4.桩体的排水作用

就振动沉管CFG桩而言，当CFG桩在饱和粉土喝砂土中施工时，由于沉管喝拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩体结硬为止。这样的排水过程可以延续几个小时。

5.时间效应

单就利用振动沉管机施工时，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，会使结构破坏、强度降低。施工结束后，随着恢复期的增长，结构强度会有所恢复。

三、CFG桩荷载传递机理

CFG桩复合地基，当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土都要发生变形。桩的强度及模量远比桩间土的大，桩的变形远比桩间土的变形小。但由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层，桩体除向下刺入外，还可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层材料的流动补偿使之不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与共同工作。

当CFG桩复合地基承受水平荷载时，由于一定厚度的褥垫层的存在，作用在桩顶和桩间土上的剪应力相差不大，桩顶受的水平荷载很小，水平荷载主要由桩间土承担。试验表明，褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。

四、CFG桩的加固机理

1.挤密作用

当CFG桩采用振动沉管成孔时，由于桩管振动和侧向挤压作用使桩间土得到了挤密，提高了桩间土的承载力。

2.置换作用

CFG桩具有一定的粘结强度，设计上一般按C15～25混凝土强度设计，在上部荷载作用下桩身压缩性明显比周围土体小。复合地基荷载试验结果表明，在荷载作用下首先是桩体受力，表现出比较明显的应力集中现象，其桩土应力比可达到10～30，甚至更高，这一点是其它散体材料桩无法比拟的，复合地基强度较高。

3.桩体作用

CFG桩属于刚性桩，它和桩间同作用，即具有复合地基的特点，也具有桩基的某些特征，在加固区范围内桩身的变形控制复合地基的变形，变形量很小。

五、CFG桩复合地基的施工过程

1、灌注及拔管

CFG桩成孔到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料后开始拔管，严禁先提管后泵料。成桩的提速宜控制在2-3米/分钟。成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。

2、移机

当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工，由于CFG桩排出的土较多，将临近的桩位覆盖，有时还因钻机支撑脚压在桩位旁是原标定的桩位发生移动，因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。

3、弃土清运

CFG桩施工完毕，待桩体达到一定强度，一般七天左右，方可进行开槽清土。采用挖掘机清土时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动桩工作面以下保护土层，禁止在打桩工作面上行走，挖掘机清理完大片弃土后，人工将桩身保护桩长部分挖除，或使其与桩身断开，一般留下30厘米的保护桩长，打桩弃土清运完毕后，其下50厘米保护土层采用人工挖除。

4、桩头处理

弃土工作完毕后，需将桩顶设计标高以上桩头截断，首先找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断，最好采用装截机截桩，其次，桩头截断后，用钢钎、手锤等将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高，允许偏差为0-±20厘米。

5、褥垫层的处理

CFG桩复合地基检验完毕且满足设计要求后，可进行褥垫层施工。褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石，也可为细石混凝土，碎石粒径多为8-20毫米，具体情况根据施工图纸酌定。

六、CFG桩施工常见问题及处理

a、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，它直接影响CFG桩的施工效率，增加劳动强度，造成材料浪费，若故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加再次堵管几率，给施工带来很多困难。

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易控制在60-80千克/立方米。

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

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。

b、窜孔

在饱和细砂层、粉砂层中施工常遇到窜孔现象。因此可采取大桩距的设计方案，增大桩距的目的在于减少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，如将一次打好几排改为2排或1排，尽快离开已打成的桩，减少对已打桩扰动能量的积累。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。

c、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，空气未全部施放出来，致使桩身产生断而裂缝，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。如果是外部原因土建单位使用机械施工，造成大范围的浅部断桩，应与设计单位、监理单位、建设单位共同制定方案。一般情况下，在原定检测方案基础上，选择几根断桩进行单桩复合地基静荷载试验，对比完整性桩和断桩试验结果，确定断桩是否能够使用，如果确定复合地基承载力和变形能满足设计要求，可不进行处理，如不符合要求，需进行设计方案论证。但在CFG桩施工时，要特别注意浅部的施工质量，在开挖基坑时，在桩顶标高以上1米处，一定采用人工开挖，以免碰断桩身，保证CFG桩的完整性和质量。

七、结论

CFG桩适合楼层复合地基加固处理，其设计合理，施工工艺简单。充分利用了天热地基承载力的优势。在施工操作上采用长螺旋钻机成孔泵送流态混凝土，有效、充分的利用了材料，施工中便于操作，质量容易控制，无污染，复合环保施工要求。