试论浅层溶洞地质CFG桩复合地基基础

摘 要：CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端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。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于CFG桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋， 桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。这种地基不仅无场地污染，噪音小，而且仅需少量水泥，便于就地取材，节约材料，并加入大量的工业废料粉煤灰，达到了安全、经济、环保三重功效。

关键词：CFG桩复合地基；沉降；承载力

中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：

前言

溶洞的地质情况是很复杂的， 如会出现石笋、大小溶洞及土洞等复杂的溶洞地质情况。单桩单孔的地质勘探方式，很多时候是不能反映此桩位置真实的地质情况，某一钻探孔点与其周围地质状况出现不符，或者最后桩基检测承载力达不到设计要求的情况下，则将耗费大量的人力、物力和时间进行桩基的处理， 并且影响整个工程项目的施工工期。如设计采用端承桩，在桩基完全按照地质勘探资料施工，而且在施工过程中没有发现复杂的溶洞地质情况下，那么，对建筑物的结构将产生不利影响，特别是单桩单柱结构的安全性将产生不确定性，甚至会出现结构安全隐患。

1 工程概况

某高层住宅楼工程建筑面积25826m2， 地上15 层， 地下1 层。工程采用500mmCFG桩， 共1215根， 桩距1.4m， 桩长6m～11m，桩身采用C20混凝土，桩支承于炭质泥岩或石灰岩层顶，单桩承载力特征值为350kN，经处理后地基承载力为300kPa。设置300mm厚、采用3:7的砂石的褥垫层，粒径不大于30mm，褥垫层需压实，压实系数不小于0.95，褥垫层出桩边为600mm，CFG桩嵌入褥垫层50mm。褥垫层上面是厚100mmC15砼垫层。采用筏板基础，筏板厚1000mm，采用C35P8混凝土。CFG桩基础剖面图见图1。

图1CFG桩基础剖面图

2 地质情况

本工程的场地地势较平坦，勘察期间未发现地面沉降，但该工程位于岩溶区，揭露基岩普遍埋深较浅，有47个钻孔揭露到溶洞，见溶洞60个，钻孔见洞率为21.0%。溶洞洞顶标高-4.21m～4.89m，洞顶埋深8.40m～16.90m，洞高0.20m～4.40m，洞内一般有软塑状粉质粘土全填充或半填充，少量为空洞，最深洞顶埋深16.90m、最浅洞顶埋深8.40m、洞高最高4.40m。

3 关键技术

（1）与端承桩相比，CFG桩加筏板复合基础形式可以避免其他桩型在石灰岩溶洞地区施工时发生的成桩困难、持力层难以保证、基础沉降不均匀等不良现象，而且复合地基承载力较高，建筑总体沉降小，能完全满足设计要求。

（2）CFG桩施工采用履带式长螺旋钻孔机，场内行走方便，施工效率高，施工周期短，可确保基础施工工期。采用3台JKL-60型号CFG桩机14d完成，清土及剔桩4d，褥垫层15d，合计33d工期。

（3）CFG桩复合地基型式，工艺简单，无场地污染，噪音小，满足环保施工要求。

（4）CFG桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，而且CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价，有效保证安全生产，达到了安全、经济、环保三重功效。

（5）CFG桩复合地基承受垂直荷载时， 桩与桩间土都要发生变形， 桩的模量远比土的模量大，桩的变形小，由于基础下面设置了褥垫层，桩可以向上刺入，伴随这一变化过程，垫层材料不断调整补充到桩间土上， 土体受到压缩增大了与桩的摩擦力，使复合地基具有可持续发展承载力，在溶洞地区更安全。压板荷载试验最大试验荷载1176kN，累计最大沉降量10.40mm，沉降量与承压板宽度之比值远小于试验限值0.06，复合地基承载力应可达到500kPa。

（6）施工过程500mmCFG桩实际桩长最短6.10m，最长12.20m，平均桩长8.0m，避免了穿越溶洞进行复杂的溶洞处理，不仅保证了基础的施工工期，还避免了因溶洞处理造成的工程造价的增加。

4 主要施工方法

（1）施工流程

施工准备放线及复核桩机就位钻孔至设计深度泵送混凝土混凝土注满后，按规定速度边泵送边提升钻杆至地表移位施工下一根桩清土及剔桩CFG桩复合地基检测褥垫层CFG桩复合地基验收

（2）施工准备

1）首先熟悉图纸并对图纸进行会审，编制各项施工方案及施工计划，然后，对所有技术管理人员及施工人员进行技术、安全交底。

2）机械设备、电路经检查、调试，保证机械设备在施工过程中性能及运转良好。

3）基槽土方开挖至设计桩顶标高以上50cm，槽宽不小于60cm。

4）各施工人员各就各位，材料设备按计划进场，保持施工道路通畅。

（3）施工方法

1）测量放线：按照桩位施工布置图进行测量放线，桩位中心点用铁钎插入地下，并用白灰标示，桩位偏差小于2cm。

2）桩成孔：长螺旋钻机成孔，匀速钻进；在钻杆上明确标记成孔深度， 成孔深度误差不超过150mm， 确保桩端进入持力层深度大于300mm，垂直度偏差小于1％。

3）混凝土灌注：成孔达到设计深度后，现场指挥员应通知钻机停钻提升钻杆， 同时通知泵机开始灌注混凝土并保持连续灌注。灌注混凝土至桩顶时，应适当超过桩顶设计标高70cm左右（至槽面上30cm左右），以保证桩顶标高和桩顶混凝土质量均符合设计要求；灌注混凝土之前，应检查管路是否顺畅稳固；每班第1根桩灌注前，应用水泥砂浆管路。压灌混凝土时一次提钻高度小于25cm，混凝土埋钻高度大于1.0m； 现场设专人负责检查混凝土灌注质量及意外情况的处理； 预拌混凝土进场后应立即灌注（2h内），严禁长时间搁置；保证桩身混凝土至少24h养护，避免扰动；施工过程中应认真填写施工记录，每台班或每日留取试块1～2组。

4）拔管：当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵混凝土。成桩的提拔速度宜控制在2m～3m/min，连续进行，避免因后台供料慢而出现停机待料。若施工中因其它原因不能连续灌注，应根据勘察报告和现场实际地质情况，避开饱和砂性土、粉土层，不得在这些土层内停机。灌注成桩完成后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。

5）清土及剔桩：

①第一步在灌注桩施工完成后立即将桩顶多余的混凝土铲除；

②第二步在成桩后4d左右时间内剔桩，避免因桩身强度提高较大时剔桩困难；

③清土采用小型机械设备及人工开挖、运输，避免断桩及对地基土的扰动，槽底应预留至少15cm厚的土方采用人工修整；

④清槽后人工截桩，采用3根钢钎间隔120°，沿径向楔入桩体，直至上部桩体断开，桩顶采用小钎修平；

⑤因剔桩造成桩顶开裂、断裂，按桩基混凝土接桩规定，断面凿毛，刷素水泥浆后用高一等级混凝土填补并振捣密实。

5 实施效果

该技术成功应用于某高层住宅楼地基处理工程， 更好地满足建筑物的地基承载力及变形要求，通过褥垫层与基础连接，无论桩端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，解决了在溶洞地区地基承载力及沉降无法满足设计要求的情况，不仅保证了基础的施工工期，还避免了因溶洞处理造成的工程造价的增加。

本工程布置15个沉降观测点， 共进行了9次沉降观测， 现已主体结构封顶累计下沉量最大5.43mm、最小4.00mm，均满足设计要求。

通过加载后对地基的沉降观测数据显示，CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大， 变形模量大，沉降变形小的特点，用于对地基承载力和变形要求高的地基是比较理想的。而且造价低，施工速度快，工期保证，可以避免其他桩基型式在石灰岩地区施工时发生的不良现象； 一般的小溶洞不需进行处理，只要对较大的溶洞进行处理即可，土洞可以通过超灌材料在施工过程加固，不需专门处理；复合地基承载力较高，沉降较小，能完全满足设计要求；CFG桩复合地基对环境的污染少，噪音小，对多层、中高层建筑是一种较好的基础型式。