CFG桩在揭阳市三洲拦河闸应急重建工程中的应用

[摘 要] CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是水泥、粉煤灰、碎石、石屑或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。本文主要探讨CFG桩在揭阳市三洲拦河闸应急重建工程中的应用，重点阐述CFG桩施工过程技术控制和质量效果，对同类型水利工程施工起到借鉴和参考作用。

[关键词] 复合地基 CFG桩 承载力

1.前言

在水利水电工程施工过程中，当地基的承载力和变形不能满足设计要求时需要进行地基处理。复合地基是在天然地基中设置一定比例的增强体，并由原土和增强体共同承担由基础传来的建筑物荷载。

增强体可由碎石、砂石、石灰、粉煤灰、水泥土、灰土、混凝土等强度和模量不同的材料组成。由于增强体材料性质和作业工艺原理不同在地基处理中应用比较广泛的有：①振冲碎石桩复合地基；②干振碎石桩复合地基；③灰土桩复合地基；④石灰桩复合地基；⑤深层搅拌水泥土桩复合地基；⑥粉喷水泥土桩复合地基；⑦夯实水泥土桩复合地基；⑧水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基。

2.CFG桩复合地基技术

水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG桩，它是水泥、粉煤灰、碎石、石屑或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。

CFG桩一般有三种成桩施工方法，即长螺旋管内泵压混合料、长螺旋钻孔灌注成桩和振动沉管灌注施工。长螺旋管内泵送法通过钻杆旋转到设计标高，泵送混合料成桩，振动沉管法即先沉管至设计标高再向管内注入混合料，最后振动拔管成桩。

CFG桩复合地基模量大、建筑物沉降量小，建筑物沉降量一般可控制在2～4cm。对于上部和中间有软弱土层的地基，用CFG桩加固，桩端放在下面好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，建筑物的沉降都不大。

CFG桩施工速度快，一般基础面积1000m2的单体建筑地基处理，CFG桩施工在10～15天左右完成。CFG桩施工结束后由质检部门做静载检验，为不影响整个施工工期，宜选用早期强度增长快的普通硅酸盐水泥。

3.工程应用

3.1 工程概况

揭阳市三洲拦河闸位于榕江南河中游，是一宗以灌溉为主，结合供水、航运和发电等水资源综合利用的大型闸坝工程，工程主要由发电厂房、16孔拦河水闸、船闸、土坝及引水箱涵等建筑物组成。工程等别为Ⅰ等，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。

闸址区地表为第四系冲积层覆盖，冲积层在两岸阶地表现为“粘性土—粗砂—粘性土—砂砾石”二元复合结构，上部粘性土厚一般2m～4m，砂层厚2m～3.5m，中部粘性土厚1m～3m，底部砂砾石厚2m～6.7m。在主河床区，堆积厚度为10m左右的粗砂、砂砾石层，其中上部粗砂、砾石一般呈松散～稍密状，为强透水层，下部砾砂、砾石层含泥质较多，呈稍密～中密状，为中等透水层。在左岸堤脚处地表上部为厚约4.2～6.7m的淤泥质土，底层高程-2.6～4.1m，呈流塑～软塑状，需对其进行地基处理。

3.2 设计指标

CFG桩复合地基设计指标主要为桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层厚度及材料。根据现场试验桩检测结果，确定各项工艺技术参数：

①钻孔成孔直径500mm；

②砼强度等级: C15；

③砼塌落度：16～20cm；

④桩长按设计桩长加50cm浮浆施工；

⑤桩距：水闸2.6×２.8m,船闸2.7×1.9m、3.0×2.8m，厂房及连接中岛2.5×２.5m；

⑥CFG桩试块标准养护28天立方体抗压强度平均值fcu≥15Mpa。

3.3 CFG桩施工

本工程施工采用长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺。相对振动沉管打桩而言，长螺旋钻管内泵CFG桩可以穿透厚的硬土层，施工效率高。

3.3.1 施工准备

CFG桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂，对原材料应送至质检部门进行化验和做混合料配合比试验，同时勘察实际建筑物场地工程地质条件。

CFG桩布桩图，注明各桩编号、桩顶高、底高、桩长，建筑物场地的水准控制点和建筑物位置控制坐标等资料。复核测量基线、水准点及桩位、CFG桩的轴线定位点，用长竹签系上红绳定位桩点，方便施放的桩位易找，不易被破坏。

具备“三通一平”条件。CFG桩施工要求地下水位降至基底标高下0.5～1.0m，开挖范围需考虑CFG桩边桩和角桩施工时的工作平台，

3.3.2 CFG桩施工

桩机就位，使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直容许偏差不大于1%。

钻孔开始时关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进，开始时先慢后快，当钻到设计标高后，停止钻进，开始泵送混合料，当钻杆芯充满混合料后开始拔管，为保证桩顶质量，施工桩顶标高比设计桩顶标高高出不小于50cm，后期再进行破桩头处理。

破桩头时，先用水准仪找出桩顶标高位置，然后在标高同一水平面按角度对称放置4个钢钎。用大锤同时击打，将桩头截断。

CFG桩褥垫层级配：粗砂：碎石＝1：2（体积比），最大粒径不大于30mm，按设计要求虚铺整平，然后用平板振动器振压不少于3遍，压实后褥垫层厚度为30cm。

3.4 质量控制

桩施工容许偏差应满足下列要求：

（1）桩顶、桩底高程均不应低于设计值，桩底一般宜超深100～200mm；

（2）混合料塌落度控制在16～20cm，严格按照配合比进行配料，以免堵管；

（3）钻孔到达设计深度后，准确掌握提拔钻杆时间，严禁先提管后泵料，提拔速度宜控制在2～3m/min，混合料泵送量同拔管速度相配合，以保证管内有一定高度的混合料，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料；

（4）成桩过程宜连续进行，为减小先打好的桩桩径发生缩颈现象，采用隔桩跳打，从中心向外推进或一边向另一边推进打桩，为防止漏桩，应对每根桩成桩过程作详细记录；

（5）采用挖掘机清运弃土，挖掘机进入处理范围内禁止在打桩工作面行走，行走时还必须用打桩弃土在打桩工作面再铺行走垫层，其垫层面到桩顶不得小于1m。工作时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动桩工作面以下的保护土层；

（6）如果在破桩头时造成桩顶设计标高不符设计要求，采用嵌入式接桩，采用高一标号混凝土补加至桩顶设计标高。

4.效果评价

CFG桩施工完毕后， 28天后对CFG桩和CFG桩复合地基进行检测，检测包括低应变对桩身质量的检测和静载荷试验对承载力的检测。检测数量静载荷试验数量取总桩数的0.5%～1.0%，随机抽取水闸8根、中岛4根、船闸3根桩进行复合地基压板试验，低应变检测数量取总桩数的10%进行超声波检测桩体质量。

对CFG桩复合地基进行平板载荷试验，目的是检测该复合地基承载力是否满足设计要求。试验采用压重平台反力装置，装置作为荷载反力，将大于预定最大试验荷载的荷重在试验前一次性加上平台，试验时用油压千斤顶分级加载。（见表1）

试验加载到300kPa时，总沉降量为17.56～25.29mm， p～s曲线平缓，无明显陡降段，s～lgt曲线呈平行规则排列。该点地基土的承载力特征值按相对变形值确定，取s/b＝0.01，即s＝20.00mm所对应的荷载，本次试验沉降未达到20.00mm，取最大加载量的一半为地基承载力特征值，因此各检测点的复合地基承载力特征值fak＝300/2＝150kPa。本次检测的复合地基，其地基承载力均满足设计要求。

桩在开挖后观测露出部分成桩比较完整，轮廓分明，桩身混凝土强度较高，混凝土中的凝结体水泥砂浆和碎石分布均匀，截面尺寸基本呈圆形状，成桩实测直径500～515mm，符合设计要求。

低应变对桩体结构完整性检测结果为桩体完整。

5.结束语

揭阳市三洲拦河闸主闸工程自2008年3月全部完成至今，沉降观测结果主要结构处最大沉降量仅25mm，远小于设计沉降量，说明采用CFG桩进行基础加固是成功可行的。另外，由于步履CFG长螺旋桩机对作业基面平整要求较高，当桩顶高程不在同一平面，对于空桩长超灌高度控制困难，桩头清理中桩与桩间距小对机械开挖进度和桩头质量影响较大，施工过程应特别注意。

参考文献：

[1]广东省《建筑地基基础施工及验收规程》（YBJ235-91）.

[2]《建筑地基处理规范》 JGJ79-2002.

[3]《混凝土工手册》中国建筑工业出版社，李立全.

[4]《建筑材料》 中国水利水电出版社，李亚杰.

[5]《水工混凝土施工规范》中国电力出版社，2002.