CFG桩复合地基后压浆施工技术

摘 要：水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）与桩端后压浆施工技术相结合是一种新的创新技术，该技术通过在本工程中的实践表明可以显著地减少沉降量，大幅度地提高承载力，避免施工进度缓慢及成本效益低的缺陷，减少土方开挖等工程量，在节能节材方面带来较好的经济效益。

关键词：水泥粉煤灰碎石桩 后压浆 经济效益分析

中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0033-02

1 工程概况

某工程位于北京中关村，为钢骨砼框架―钢筋砼核心筒结构，总建筑面积约为6万m2。该工程基础结构形式为筏板基础，埋深18.5m。根据勘察报告要求，主楼地基采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基，选择卵石层作为桩端持力层，桩长可达24 m，桩径600 mm，总根数819根。该工程的地质条件及CFG桩设计位置关系如图1。

该工程施工进度要求高，质量控制要求严格，而场地地质中的砂卵石层较厚，施工比较困难。考虑到上述勘察设计报告中所提的CFG桩桩长过长，而且受工程地质条件的影响，使得单桩成桩时间过长而影响总体施工进度，故决定对CFG桩进行深化设计，并经研究决定将桩底后压浆施工工艺引入到CFG桩加固处理当中来。通过对CFG桩的深化设计及采用桩底后压浆施工工艺后，将持力层改在第一层砂卵石层，桩长由24 m减小到9.5 m，重新进行桩点排布，验算地基承载力满足地基承载力要求450 kPa（核心筒区700 kPa），调整后计算的地基沉降变形为29.9 mm，满足上部结构设计要求。

2 施工工艺介绍

2.1 工艺特点

CFG桩复合地基是一种新型的地基加固处理方法，和其他传统地基处理方法相比，水泥粉煤灰碎石桩具有显著的桩体作用、明显的挤密作用、应力集中与扩散作用、复合地基承载力提高幅度大、变形小、沉降稳定快等特点，能有效的调整桩体应力，充分发挥桩间土、桩体的承载力。但是CFG桩对桩底土层的承载力要求很高，一般情况下，需要施工打至十几米乃至几十米深度才能满足承载力要求，造成施工进度非常缓慢，材料及人工投入量较大，成本很高。

2.2 水泥粉煤灰碎石桩技术要求

（1）本工程桩径选用600 mm，规范要求该类型桩径不超过600 mm。

（2）选择承载力相对较高的地层作为桩端持力层。本工程桩端持力层选择为卵石层，经验算满足要求。

（3）桩间距选取4倍桩径，角部位置可以适当缩小，但不低于3倍间距。

（4）桩身混凝土强度选取C20，满足设计要求。

（5）做好褥垫层的级配设计，严格控制最大粒径不大于30 mm，用高功率夯实机进行夯实。

2.3 桩端后压浆施工工艺

桩端后压浆施工技术可以有效的提高桩体竖向承载力，不过该技术目前用于钻孔灌注桩当中较多，类似研究也局限于钻孔灌注桩后压浆技术的研究，关于CFG桩后压浆技术的研究尚未发现。

2.4 后压浆施工技术要求

对于桩端压力注浆技术，控制好泥浆原材料、注浆压力、注浆量及注浆速度是施工质量控制成败的关键。本工程从以下几点控制桩端压力注浆的质量。

（1）压浆开始时间。压力注浆通常使用注浆泵进行施工，注浆泵的额定压力一般是最大注浆压力要求的1.5倍，所以注浆施工时会对桩端产生较高的压力，所以压浆开始时间必须等到桩身达到一定强度后才可进行压浆施工。本工程压浆开始时间严格通过注浆泵的额定压力和桩身强度发展水平（通常为75%）的对比分析后进行，并严格控制与在施桩基距离不小于8 m。

（2）泥浆配合比。由于该工程的桩端为松散的砂卵石层，为保证压浆效果，水泥浆配合比实行动态变化，控制在0.4～0.7之间。先用稀浆在砂石层缝中形成层，然后再逐步用中浓度浆，最后利用浓浆施工。

（3）压浆量。

对于松散的砂卵石层，压浆量是主要控制指标。施工前必须按照计算结构与施工损耗计算总压浆量和确定材料配合比。本工程单桩水泥压浆量控制在600～800 kg之间。

（4）压浆压力。

压浆压力与桩端砂卵石层的水泥浆扩散半径有关，砂石层约松散，水泥浆扩散半径越大，所需压浆压力越小。容许压浆压力一般以不使桩身及底层结构破坏或为前提。本工程通过压水试验时疏通压浆管的压力确定压浆的初始压力，以压浆时的稳定压力作为注浆压力，压浆压力一般为初始压力的2～3倍。

（5）压浆终止标准。

在后压浆施工过程中，压浆压力、压浆量及桩身周边土体会出现不断的动态变化，这主要是由于桩端土体性质差异情况造成的。一般情况下，压浆压力先是初始压力，再是稳定压力，然后出现上升压力；压浆量会因为土质的改变会在设计压浆量周边出现波动；周边土体则会因为压力的作用下出现渗透、填充、置换、劈裂、鼓起等效应。因此，压浆过程的终止标准必须根据压浆压力、压浆量及周边土体变化等情况进行控制。本工程在施工时规定，当满足下列条件之一时刻终止压浆：

（1）压浆量和压浆压力均达到设计的要求。

（2）压浆压力在稳定后出现上升的压力，且压浆量已经超过600 kg。

（3）压浆总量只达到设计要求的70%，但是压浆压力达到设计要求的150%并维持5分钟以上。

不过，在施工过程中一定要注意堵管造成的压浆量较小而压浆压力很高的终止压浆假象。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

CFG桩后压浆施工工艺流程为：定位放线桩机成孔压送混凝土、同时启动卷扬机提升钻杆直至施工设计桩顶标高放桩端压力注浆装置当桩身混凝土强度达到一定值（通常为75%）后进行压力注浆卸下注浆接头，成桩成品保护。

3.2 CFG桩施工

（1）按设计的CFG桩施工布置图测放桩位，将桩机移到制定桩位，对中桩位。

（2）桩机就位，调整钻杆与地面的垂直度，在钻杆上标记钻孔深度，根据电流大小控制下钻进尺，钻到预定深度。钻进到设计深度后，钻机孔钻二至三转。

（3）压灌混凝土。现场使用粉煤灰较多的商品混凝土，塌落度控制在16～18 mm。泵送混凝土到达钻杆上部时略提钻杆20～50 cm，以便砼料将或门冲开，提钻速度控制在1.2～1.5 m/min，一边泵送混合料一边提钻，如遇淤泥质土时，提钻速度适当放慢。

（4）混凝土灌注高度应高于设计桩顶标高50 cm，并用插入式振捣器对桩顶2～3 m进行振捣。

（5）钻机移位后在桩心混凝土放入压力注浆装置，待桩身强度满足压浆要求后进行孔底压浆。

（6）成桩符合设计要求后，将多余桩头部分进行剔槽，然后用湿粘土封顶，并保证24小时内不得扰动，严禁车辆碾压桩头，挖斗碰撞。

3.3 后压浆施工

（1）压浆管。

本工程压浆管采用25焊接钢管。在成桩过程中，与以往工程在桩底或桩侧预埋压浆管路，随钢筋笼一同下放的方式有所区别，因本工程CFG桩无钢筋笼，为水泥粉煤灰碎石桩，因此，为了确保水泥浆注入桩端土体，压浆管底部须插入桩尖土30～40 cm，项目部采用待CFG桩桩体砼浇筑完成后，立刻插入注浆管，并且为了保证插管深度，项目部还自制了插管振捣器。（如图2、图3所示）。

在将桩端压力注浆装置埋设好后，应马上向压浆管内注满清水，并用密封胶讲两端密封，以防止压浆管的变形影响压浆效果。压浆管采用低压液体输送用焊接管，也可以采用普通钢管特制而成，并在每个压浆导管下端设置一个压浆阀。CFG桩压灌混凝土后即震动插入压浆管，压浆管的插入深度与长螺旋钻钻尖同深。

（2）初注。

在正式压浆开始前先试压清水，通过压水试验时疏通压浆管的压力确定压浆的初始压力。初注阶段压浆压力采用初始压力，浆液由稀到稠（配比控制在0.4～0.7之间）。初注时要密切注意压浆压力、压浆量、压浆管变化及压浆节奏。本工程CFG桩作用在砂砾石层，由于颗粒间孔隙较大，所以采用间歇压浆法施工，即开启压浆泵先压浆4～5 min后，停泵0.5～1 min，然后再压浆，如此反复，直到结束。

（3）二次压浆。

在第一次压浆结束后，压浆只能影响一定的范围，为充分发挥压浆作用，可进行第二次压浆。而由于桩端持力层浆液逐渐趋于饱和状态，第二次压浆量会较小，一般为首层压浆量的1/3～1/4。

（4）在桩基施工完毕后，需进行CFG桩低应变试验和复合地基静荷载试验。

①静载试验。核心筒区复合地基承载力特征值设计要求不小于700 kPa，3点复合地基载荷试验分别在最大试验荷载1400 kPa时，承压板顶累计沉降量在14.51～22.73 mm之间，符合设计要求。主楼区复合地基承载力特征值设计要求不小于450 kPa，3根单桩竖向抗压静载试验最大荷载3000 KN，累计沉降量在11.44～16.89 mm之间，单桩竖向抗压承载力特征值不小于1500 kN，三点桩间土承载力试验最大荷载420 kPa，累计沉降量10.88～12.64 mm之间，主楼区复合地基承载力和沉降量均满足规范及设计要求。

②低应变检测。被检测的80根工程桩中，Ⅰ类桩73根，占抽检总数的91%，未发现Ⅲ、Ⅳ类桩。

4 经济效益分析

（1）技术的创新性分析。

根据采集资料调查研究发现，桩端后压浆在CFG桩上的使用为首次使用。根据CFG桩地基处理检验报告显示，地基承载力效果良好。因此，本工程所采用的CFG桩桩端后压浆法，为今后相似工程中后压浆在CFG桩地基处理中的应用进行了积极的探索，也为今后的工作提供了思路。

（2）节能节材分析。

本工程在深化设计研究之后，虽然决定增加了后压浆施工工序，但是采用桩端后压浆法以及新的试验方法，使工程量大量减少，与按照原24 m桩长的CFG桩设计进行施工，减少混凝土用量约3400 m3、人工清桩间土方量约3200 m3、机械挖桩间土方量约2300 m3，使施工功效有了显著的提高。并且，原24 m桩长的CFG桩设计，并未考虑由于桩长过长而造成的打桩过程中桩头断裂、成桩效率低下、打桩机运行受限等不利因素，而后续深化设计之后，有效避免或降低了这些不利因素的影响，仅用36天便完成了全部CFG桩的施工、检测以及清理工作，其工效提升相当明显。

（3）经济效益分析。

如果考虑到人工清桩间土方、截桩头、CFG桩混凝土用量、机械挖土方量等工程量的节约，工程量降低成本约195万元，在支付后压浆专利费用约127万元后，本工程CFG桩地基处理工程节约工程直接费总计约68万元，为项目部带来了巨大的经济效益。

5 应用总结

（1）CFG桩复合地基中的CFG桩采用后注浆技术可以显著地减少沉降量，大幅度地提高承载力。

（2）桩端后压浆施工工艺与水泥粉煤灰碎石桩复合基础施工工艺复合应用是本工程的创新，可以综合两种工艺的优点，避免施工进度缓慢及成本效益低的缺陷。

（3）该技术，可以减少大量的人工清桩间土方、截桩头、CFG桩混凝土用量、机械挖土方量等工程量，从而在节能节材方面带来较好的经济效益。

参考文献

[1] 曾纪文，郭军海，冯浩，等.CFG桩在工程实例中的应用[J].西部探矿工程，2006（1）.

[2] 李兴成.CFG桩复合地基加固机理研究及工程实例分析[J].延安大学学报：自然科学版，2005（1）.

[3] 肖星球.碎石桩复合地基承载力探讨[J].铁道工程学报，2010（6）.

[4] 张萍.桩底后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用及效果[J].内蒙古科技与经济，2009（12）.

[5] 周继涛，白喜平，龚占德.桩底后压浆技术在钻孔灌注桩中的应用及效果分析[J].内蒙古公路与运输，2007（5）.

[6] 王磊.对钻孔灌注桩后注浆施工技术的探讨[J].四川建材，2009（5）.