CFG桩复合地基施工方法及处理技术探讨

摘要：水泥粉煤灰碎石桩复合地基(简称CFG桩) 是一种行之有效的地基处理方法,造价低,施工工艺简单,处理效果好,在工程实践中,取得了十分显著的技术经济和社会效益。本文结合工程实例，说明了其应用方法，表明了CFG桩这一地基处理方法值得推广应用。

关键词：CFG桩；复合地基；长螺旋钻孔；施工工艺；问题

概述

在工程实际中,经常会遇到下述情况,较厚的软土地基上的基础设计如果采用天然地基上的浅基础方案,地基强度不能满足承载力要求,地基变形也无法满足设计要求。这时采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基(简称CFG桩),它是由水泥、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（见图1）。CFG桩与桩基相比,由于CFG桩和材料可以掺入工业废料粉煤灰,不配筋以及充分发挥桩间土的承载力,承载力提高的幅度在20％～30％,对软土地基承载力提高更大,而且变形稳定快。工程造价一般为桩基的1/3～1/2,经济效益和社会效益非常显著。通常是一种比较合理的基础方案。

基于CFG桩复合地基的特点,它既可适用于多层建筑,也可用于高层建筑。就土性而言,CFG桩复合地基既可用于填土、饱和及非饱和粘性土、松散砂土等,也可用于挤密效果好的土,还可用于挤密效果差的土。主要应根据场地和土层条件,选择适宜的施工方法。水泥粉煤灰碎石桩复合地基和常规桩基不同,一般有三种成桩施工方法:即振动沉管灌注成桩（适用于粉土、粘性土及素填土地基）、长螺旋钻孔灌注成桩（适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土）和长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩（适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地）。这三种施工方法均不需大型设备,对场地条件适应性强,效率高,成本低。下文探讨了CFG 桩施工，采用长螺旋钻孔，管内泵压，混合料灌注成孔桩施工工艺。

2工程概况

某工程建筑总高为50.5m，钢筋砼圆筒仓结构，基础底板为1600mm厚的C30大体积块型钢筋砼基础。本工程地基根据地质条件和计算荷载需要，采用水泥粉煤灰碎石桩（简称为CFG 桩）复合地基。本工程设计CFG 桩共636根，桩径500mm，有效桩长18.00m,超灌长度500mm。穿过2层粒土～7层粉土，深入8层粉质粘土。桩身砼强度等级C25，设计复合地基承载力特征值为500KPa。

3 复合地基的施工工艺

本工程CFG 桩施工，采用长螺旋钻孔，管内泵压，混合料灌注成孔桩施工工艺。工程选取用了SZKL600BB长螺旋钻孔机钻孔至设计深度后，在钻杆暂不提升的情况下，将粉煤灰细石砼通过高压泵及泵管从钻杆顶部向钻头进行压灌，按计量控制钻杆提升速度，边压灌边上提钻杆，直到砼达到设计桩顶标高（包括超灌长度）为止。具体施工工艺流程见图2。

图2 施工工艺流程图

3 主要施工技术方法

3.1 测量放线

根据矿区主控点，用J6光学经纬仪和钢尺，运用导线控制法测定各轴线控制点。导线误差小于1/5000。按照复合合格后的各轴线控制点进行桩位样，具体放样时采用双控法，保证桩位误差不大于0.25倍桩径。

3.2 钻孔

3.2.1测定场地标高，确定桩基入土深度和压灌有效长度。为保证成桩长度，在施工中，根据地面变化情况，随时调整钻进深度及压灌深度与停灌面标高，以保证有效桩长达到设计要求。

3.2.2 出口钻机就位前，再次桩校对桩位的准确性，保证和3根以上的临桩校核。钻机就位位差≤10mm，对中调平，保证垂直度偏差≤1%。

3.2.3 钻机钻进

用电动机带动钻杆转动，使钻头螺旋叶片旋转切削土体，土块随螺旋叶片上升，经排土器排出。开始钻进时，应采用高转速低进入的工艺，使输土方便，且钻进阻力小，效率高。在钻进时，应尽量避免钻杆晃动，以免扩大孔径，造成浪费。

钻进过程中，应经常检查钻孔的平整度和钻杆的垂直度；并根据地层岩性，选择适宜的钻进速度和转速，保证切削下来的土体能及时地旋带出来，确保成孔速度及质量。

3.3、砼拌制

本工程采用配料机上料，强制性搅拌机拌制粉煤灰细石砼。砼塌落度控制在180mm～200mm 之间。

3.4 压灌砼

钻机钻至设计深度后，停止钻进，将砼输送软管连接于钻杆顶部和输送泵之间，将砼由输送泵以10～12MPa 压力经输送软管，长螺旋钻杆内腔向孔底压灌，同时提钻。提钻速度为2.5～3.0m/mim。严禁过速提钻，过砂层时更要严格控制提速。以防出现断桩和缩颈。砼要连续压灌。

3.5 成桩

为保证桩头质量，在设计桩顶标高以上，多灌500mm，最后成桩。

4 施工中遇到的问题的预防及处理措施

4.1 钻进困难

4.1.1 钻进速度太快，造成憋钻而钻进困难。应控制钻进速度，宜采用中、高转速，低扭矩、少进尺的方法，使得螺旋叶片之间保持较大空间，才能收到自动输土、钻进阻力小、成孔效率高的效果。发生时应立即停止钻进，将钻杆提出，清净钻杆叶片间的夹土（砂）或夹泥，然后根据电流大小，分段多次钻进，采取每次少钻进、多提拔清土的钻进方法。

4.1.2 钻机功率不够，钻头倾角和转速选择不合适。此时应根据工程地质条件，选择合适的钻机，钻头和转速。

4.1.3 遇障碍物及坚硬土层，钻进困难时，应清除后填土再钻，并及时更换钻头。

4.2 发生堵管的因素较多，应查清堵管的原因，具体对待。

4.2.1 砼质量不好，钻头被堵：应按要求选择骨料，严格按配合比配料。

4.2.2 地下水进入管内，造成砼离析而堵管：

一种情况是地下水较丰富，钻头出料口密封不好，在钻进过程中大量的水进入钻杆内腔，随着砼的压灌，砼从钻杆顶部向底部冲压，遇到水将产生砼离析，砂、石、水泥分离，在出料口产生堵管。若实际发生，将钻杆提出，清理钻头及钻杆。为避免出现此类堵管，应在下钻前对钻头出料口进行密封。

另一种情况是钻头上的两个封堵叶片（或一个）在钻进过程中被磨掉而出现进水堵管，应立即将钻头提出，补焊叶片或更换新的备用钻头。为避免发生此类堵管，应在钻进前认真检查钻头，焊接牢固。

4.2.3 砼在输送管内停留时间过长而堵管：

机械设备出现故障，维修时间过长，砼出现初凝，或者钻机移位钻下一个孔时，因钻进时间过长，导致管内砼初凝两种堵管原因。因此一方面在开工前应认真分析研究地质情况，清除障碍物，选择合适的钻机功率及钻头，对不可遇见难钻孔位，应暂时撇开，改钻别孔，等查清原因后再重新钻进。同时应在开工前维修好设备，并备用主机可随时更换，确保施工中运转良好。实际发生上述情况时，应抓紧时间将管道内的砼在其没有凝固之前彻底清除。

4.3 桩身混凝土质量差

4.3.1 水泥过期，骨料含泥量大，混凝土配合比不好。因此应按规范及设计要求选用水泥和骨料，正确选择配合比。

4.3.2 桩身分段不均匀，混凝土离析。因此应保证各盘混凝土的搅拌时间、加水量、骨料含量基本一致。

4.3.3 提升速度过快，造成砼不密实。施工中应控制提升速度与泵量相匹配。

4.4 缩径

当出现单桩实际砼灌注量小于设计方量时，可以初步断定桩出现了缩径（除钻头小外）。出现缩径的原因有以下几种，应具体分析、具体对待：

4.4.1 提升速度过快：应根据泵量，选择适宜的提升速度；

4.4.2 输送压力不够造成缩径：应检查输送泵，确保输送压力；

4.4.3 地层松软造成缩径：在软地层中应特别放慢提升速度，开钻前认真研究地质情况，弄清各层的地层岩性及埋深，做到心中有数。

4.5 扩径

当出现单桩实际灌注量大于设计方量（除正常地层的充盈因素外），应初步断定桩出现了扩径。实际发生时，若对临桩不产生影响，可不考虑对此桩的处理。

4.6 串孔

因地层较松软，设计桩距较近，及采取的泵压不当，可能造成串孔。若实际发生，应在串孔处多灌注砼，保证桩身的完整性。发生串孔的原因主要有以下几种，应区别对待：

4.6.1 当设计桩距较近时，应采取跳打或隔排跳打，待前一根桩砼凝固时再补打第二遍。

4.6.2 采取的泵压较大，使冲压进的砼在孔内产生较大的挤压力，使孔壁坍塌，出现串孔：应根据地质地层情况，采取适宜的设备及压力。

4.6.3 提升速度过慢，与泵量不匹配，应根据所选择的砼输送泵选择适宜的提升速度。现场实际施工采用HBTD40―04―56 泵，提升速度控制在2.5～3.0 米之间。

5 结语

水泥粉煤灰碎石桩复合地基采用长螺旋钻孔，管内泵压，混合料灌注成孔桩施工工艺。施工结束后，通过采用低应变试验法和单桩复合地基荷载试验分别对桩身完整性和复合地基承载力两项指标按规范进行了检测。检测结果均满足设计和规范要求。

根据检测结果可认为，现场选取采取长螺旋钻孔，管内泵压，混合料灌注成孔桩施工工艺只要在钻进之前，认真研究地质情况，选择适宜的设备，确定合理的施工工艺及施工方法，针对现场容易发生的各类问题提前防范，实际施工时采取有效的控制措施，完全能够保证工程质量。

参考文献：

［1］ 阎明礼，张东刚编著.CFG桩复合地基技术及工程实践.北京：中国水利水电出版社，2001.1.［2］牛志荣等编.复合地基处理及其工程实例，北京：中国建材工业出版社，2000，363～413.