□柳 偉 □桂培林（河南省水利第二工程局）

CFG樁復合地基（水泥粉煤灰碎石樁的簡稱）是在碎石樁加固地基法的基礎上發(fā)展起來的一種地基處理技術。由于CFG樁改善了碎石樁的剛性，使其不僅能很好地發(fā)揮全樁的側阻作用，同時也能很好地發(fā)揮其端阻作用，并通過褥墊層的設置來發(fā)揮樁間土的承載作用，使其成為復合地基來提高整體承載力。

一、工程概況

南水北調輝縣段老郭溝左岸排水倒虹吸進出口段及受壓洞身段需要進行地基處理，設計采用水泥粉煤灰碎石樁（即CFG樁）進行地基加固處理。設計CFG樁直徑0.5m，樁間距1.5～1.6m，正方形布置，基礎下設0.2m厚褥墊層，該復合地基承載力設計值270kPa，樁身設計強度為C15混凝土。設計總樁數(shù)約1300根，工程量為9996m，樁端持力層選擇厚度較大、層位穩(wěn)定及力學性能好的④粉質粘土層，樁長根據(jù)上部荷載不同，分別選取6、8和12m 3種（其中倒虹吸出口段樁長6m，進口段樁長8m，洞身段樁長12m）。

場地土層地質條件表

二、應用原理

CFG樁地基屬于高粘結強度樁復合地基，它由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁，它與樁間土、褥墊層一起形成復合地基。CFG樁復合地基通過褥墊層與建筑物基礎相連，無論樁端落在一般土層還是堅硬土層，均可保證樁間土始終參與工作；由于樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間土表面應力大，樁頂?shù)膲|層材料在受壓的同時會擠向周圍樁間土，以保證在任意荷載下樁和樁間土始終參與工作。因此，CFG樁復合地基的加固原理可概括為樁體的置換擠密作用和褥墊層的調節(jié)均化作用。這種復合地基具有承載力提高幅度大、地基變形小等特點，并具有較廣的應用范圍。因此，被越來越多地應用于房建、公路、橋梁和水利工程領域，而且應用中CFG樁復合地基多采用低級別的混凝土來代替CFG樁填料，本工程也是如此。

三、施工方法及流程

（一）施工方法選擇

1.長螺旋鉆孔灌注成樁法。適用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土和中等密實的砂土。

2.長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁法。適用于黏性土、粉土、砂土，以及對噪聲或泥漿污染要求嚴格的場地。

3.振動沉管灌注成樁法。適用于粉土、粘性土及素填土地基。

因有地下水，首先淘汰第一種方法，然后比較第二種方法與第三種方法的優(yōu)劣：前者施工效率高，成樁質量好，能減少樁的縮徑或斷樁，但因設備自重較大（約50t），對施工場地條件要求相對較高；而后者施工效率高，但施工振動和噪聲較大，成樁質量較難控制，易產(chǎn)生縮徑或斷樁。因此，本工程采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁，還能有效擠密樁間土。

（二）施工工藝流程

總工藝流程：場地及道路整修→設備及人員進場→測放樁位、材料采購→試樁施工→試樁檢測并合格→樁基順序施工→清基至樁頂標高→人工鑿樁頭→成樁檢測→褥墊層施工→交工、退場。

單樁工藝流程：鉆機就位→成孔→鉆桿內壓灌混合料→提升鉆桿→灌注孔底混合料→邊泵送邊提升鉆桿至孔口→成樁→鉆機移位。

四、常見問題及預防處理

（一）場地利用

因采用長螺旋鉆機施工，設備自重較大（約50t），對施工場地條件要求較高。而該倒虹吸建筑物基礎深埋地下約2～6m，地基中多為黃土狀重粉質壤土和粉質粘土，承載力較低，且地下水豐富。因此，在施工安排時，采取先施工CFG樁再進行倒虹吸基坑開挖的施工順序（CFG樁上部土層預留了部分空樁，最長空樁達6m），并在施工前進行了場地的清理、平整和壓實，保證了鉆機的平穩(wěn)作業(yè)和安全運行，確保了CFG樁施工的順利進行。

（二）堵管問題

堵管是長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁施工工藝常遇到的主要問題之一。它直接影響CFG樁的施工效率，增加勞動強度，還會造成材料浪費。特別是故障排除不暢時，使已攪拌的CFG樁混合料失水或硬結，增加再次堵管的幾率，給施工帶來很多麻煩。堵管的原因及預防：

1.嚴格控制混合料配合比。當混合料中的細骨料和粉煤灰用量較少時，混合料和易性不好，易發(fā)生堵管。因此，一般控制混合料的粉煤灰摻量在70～90kg/m3，坍落度在160～200mm之間。

2.施工操作不當。鉆孔進入土層預定標高后，開始泵送混合料，管內空氣從排氣閥排出，待鉆桿內管及輸送軟硬管中混合料連續(xù)時提鉆。若提鉆時間較晚，在泵送壓力下鉆頭處的水泥漿液被擠出，易造成堵管。

3.冬季施工措施不當。低溫施工時，混合料輸送管及彎頭均需做防凍保護，防凍措施不力，常常造成輸送管或彎頭處混合料的凍結，造成堵管。

4.設備原因。輸送管彎頭曲率半徑不合理也會造成堵管。彎頭與鉆桿不能垂直連接，否則也會造成堵管；且輸送管要定期清洗，否則管內有粘結的硬塊，也會造成堵管。

（三）樁頭空芯

樁頭空芯主要是施工過程中排氣閥不能正常工作所致。鉆機鉆孔時，管內充滿空氣，泵送混合料時，排氣閥應將空氣排出，若排氣閥堵塞不能正常將管內空氣排出，就會導致樁體存氣，形成空芯。為避免樁頭空芯，施工中應經(jīng)常檢查排氣閥的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)堵塞及時清洗。

（四）樁端不飽滿

主要是因為施工中為了方便閥門的打開，先提鉆后泵送所致。這種情況可能造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔，影響CFG樁的樁端承載力。為了杜絕這種現(xiàn)象，施工中前后臺作業(yè)人員應密切配合，保證提鉆和泵送的一致性。

（五）縮徑或斷樁

通常是由于混合料的拌制及灌注或拔管速度控制不當造成的，斷樁還會因為后期清理施工擾動所致。一般通過控制混合料拌制質量和超灌予以解決，施工中應保證充盈系數(shù)＞1（一般在1.1～1.3之間），控制拔管速度（一般在1～1.7m/min），且應注意提鉆速度與泵送速度相協(xié)調，保證鉆桿內混凝土面始終高于鉆桿底出口，直至灌到樁頂以上至少0.5m,并防止孔口土混入。截樁頭和清理樁間土時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂或擾動樁間土。而一旦出現(xiàn)縮徑或斷樁，可采取擴徑方法（如復打法、翻插法或局部翻插法）或者加樁等措施予以處理。

（六）單樁承載力低

主要與樁底情況有關，未施工到設計標高或樁端不飽滿而導致樁底承載力不足，或者是樁身摩擦力降低的原因。施工中應嚴格控制有效樁長，保證樁底在設計標高上；灌注樁身混凝土時，應先泵送后提鉆以防鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔導致樁端不飽和；在粘土層中鉆孔應加快成孔速度，以防螺旋鉆的離心作用在鉆孔壁上形成泥皮而降低樁身摩擦阻力。

五、試驗檢測

（一）復合地基靜載試驗

根據(jù)設計和規(guī)范要求，復合地基靜載試驗應選3點。復合地基檢測點所布置區(qū)域為長方形布樁，壓板邊長為1.4m×1.45m。靜載試驗的最大荷載取設計承載力特征值的2倍（即540kPa）。根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2003），取s/b=0.012(b為方形壓板的寬度)對應的荷載，其值均超過最大荷載的1/2，因此取最大加荷量的1/2半作為CFG樁復合地基承載力的特征值。從3個試驗點的檢測結果來看，CFG樁復合地基承載力特征值均＞270kPa，復合地基承載力提高近1倍，滿足設計要求。

（二）單樁靜載試驗

試驗進行了3根CFG樁單樁靜荷試驗。CFG樁單樁極限承載力均≥600kN，滿足設計要求。所有單樁在壓至總加載量時，均未出現(xiàn)沉降急驟增大、樁體破壞及累計的沉降量＞60mm的現(xiàn)象。

（三）低應變樁身完整性檢測

本工程低應變檢測CFG樁樁身完整性共進行了130根，檢測比例為10%。所測的130根CFG樁中，Ⅰ類樁84根，Ⅱ類樁46根，無Ⅲ類和Ⅳ類樁。

六、結論

第一，CFG樁屬高粘結強度樁，它與素混凝土樁的區(qū)別僅僅在于樁體材料的構成不同，而在受力和變形特性方面沒有什么區(qū)別，從復合地基靜載試驗結果來看，CFG樁復合地基的承載力得到了大幅度提高，地基變形得以控制。

第二，復合地基中由于CFG樁樁體材料可摻入工業(yè)廢料粉煤灰且不配筋，以及能充分發(fā)揮樁間土的承載力，其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡單方便、工程質量易保證和工程造價低等優(yōu)點，其經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

第三，是否設置褥墊層以及墊層的材料和厚度，直接影響復合地基的樁和樁間土強度的發(fā)揮，合理的墊層厚度對提高復合地基承載力和減少沉降變形是很有利的。但在水利工程應用中，采用何種防水型墊層代替碎石褥墊層，既能發(fā)揮復合地基的綜合作用又能解決基礎防滲問題，還很值得深入研究。