张荣富

摘要：CFG桩复合地基是经济、适用、高效的高层建筑地基处理技术。本文以闽西南山地城市高层建筑地基处理为案例，分析CFG桩的构成、加固原理、设计参数、施工工艺、常见质量问题及防治措施，具有一定的参考价值。

关键词：CFG桩；复合地基；设计；施工；常见质量问题

中图分类号：TU973.35文献标识码：A 文章编号：1674―3024（2016）07―191―03

引言

地基基础是高层建筑结构设计与施工质量的关键。高层建筑承载力和施工技术难度的增加，给场地地基稳定性提出更高要求。当场地内天然土层承载力无法满足设计要求时，必须采用经济、高效的方式对原有地基进行加固处理。水泥粉煤灰碎石桩（CFG）通过水泥、粉煤灰、碎石、石屑、砂和水拌合，形成高强度桩，具有施工便捷、成本经济、强度高效等特点，较适应闽西南地区土层结构，具有广泛运用。

1 CFG桩地基处理技术及加固原理

CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土、垫褥层三部分组成。CFG桩采用混凝土灌注成形，是地基主要承载力；桩间土为原始土层，能够增强CFG桩间摩擦力；褥垫层是荷载与桩基的过渡部分，起到一定的缓冲的作用。CFG桩复合地基加固原理涉及三个方面：首先，桩体的承载作用。桩体长度根据土层分布及结构强度要求确定，承担40%至80%的荷载。通过优化桩体混凝土配比，能够有效改善桩体的结构强度，桩间土的侧压力能够有效防治桩体在受压后产生的体积形变，使桩体保持稳定性。其次，垫褥层的缓冲作用。传统地基与荷载之间设置垫层，主要为素混凝土。CFG桩复合地基在桩体和荷载间设置垫褥层，褥垫层采用中砂、粗砂、级配砂石等材料，粒径不大于200mm。由于桩体的弹性模量比桩间土的弹性模量大，当接受荷载压力时，桩体出现上刺，使结构荷载与桩间土之间存在空隙，垫褥层中的碎石即将空隙填满，使桩体、桩间土、褥垫层形成整体。第三，排水加速固结作用。CFG桩施工完成后，能够降低土层中的含水量，增强土层的密实度。第四，荷载的振动挤密作用。由于施工机械的振动作用，能够进一步增强土壤的密实性。

2工程概况

2.1 建筑设计

本项目位于闽西南丘陵山地，由5幢法式风格高层组成，层高15-22层，占地面积约56亩，总建筑面积9.7万平方米，其中地上建筑面积8.4万平方米，地下建筑面积1.3万平方米，容积率2.6，建筑密度20%，绿地率40%。建筑为框架剪力墙结构。

2.2 地质与水文

工程所在地区的地质和水文数据是判断是否选择CFG桩地基处理技术的重要依据。经地质勘察揭示，本项目地质构造及特点为软土砂质地层（表3-1）。经水文探测，场地存在潜水和滞水，稳定水位的埋深约5.3-15.2m，标高为28.83-39.28m。地下水对建筑钢筋具有微弱腐蚀性。

3 CFG桩复合地基设计

3.1 设计方案比选

根据土层勘察数据，场地应进行加固处理，根据常见的加固处理方式利弊分析（表4-1）。考虑到场地表层土壤较软，地基处理工程量较大，投资成本有限，本项目采用CFG地基处理法。

3.2 CGF桩复合地基设计

CFG桩基设计的主要任务是确定桩基参数。一、是桩长。桩基应持力在强度较高、压缩性较低的土层中，本项目选择5-含砾粉质粘土为持力层，桩长约8m。二、桩径。桩径大小决定了CFG桩复合地基的加固效果，桩径较小则难以形成稳定的基础，桩径较大则可能浪费资源，难以与桩间土形成共同作用。根据经验，CFG桩径通常为300-600mm，本项目设计为400mm。三、是布桩形式及桩间距。布桩形式以方形为宜。根据经验，桩间距通常为3-5倍桩径，本项目桩间距设计为1.8m。此外，项目还计算了置换率、承载力、特征值等参数（表4-2）。

3.3 褥垫层设计

褥垫层是荷载与CFG桩的承载和传导部分。褥垫层厚度应适宜，若褥垫层厚度偏小，当荷载向CFG桩传递时，褥垫层中骨料的填补作用将难以发挥，使载荷传递至CFG桩，从而增加CFG桩的长度。若褥垫层较大，则增加建设投资成本，同时，褥垫层的荷载传递功能将持续降低，影响场地地基处理的稳定性。通常，褥垫层的厚度约为CFG桩的0.5倍，以100-300mm为宜。本项目褥垫层设计厚度300mm，采用5-10mm级配砂石。

4 CFG桩复合地基施工

4.1 CGF桩施工

本项目CFG桩施工采用C20混凝土强度、中粗砂、二级粉煤灰、水灰比约0.6：1、含砂率约30%，混凝土塌落度约160-200mm。本项目采用的主要机械设备有：长螺旋钻机、混凝土输送泵、搅拌机等设备。（表5-1）

施工经历施工准备、钻进成孔、混凝土搅拌、灌注拔管、清土切桩等工序。

首先，施工准备。采用全站仪和钢尺定位，确定CFG桩位置、半径，并绘制白线。钻机就位，保持钎杆与CFG桩中心对齐，钎杆上每0.5m设置反光条。

其次，钻进成孔。一是桩孔定位。桩位偏差应控制在±5mm以内，成孔误差控制在1/4桩径。二是钻机定位。若钻孔存在偏差，可能影响CFG桩承载强度。在钻孔机械定位中，应将钻头对准桩径的十字线中心。三是钻机成孔。由于土层上部均为粘质土，钻孔初期掘进速度较快，钻至设计深度1/2后，应减缓钻速，保障孔底粘土尽可能带出钻孔。

第三，混凝土搅拌。混凝土按配合比配料，搅拌时间控制在60-120s，塌落度约180mm-200mm，也可以采用商品混凝土。

第四，灌注拔管。混凝土灌注是CFG桩施工的关键。灌注混凝土应连续、稳定、均匀。本项目采用导管辅助浇筑，导管逐段拼接，深入孔内。导管内壁保持光滑清洁，防止出现颗粒状骨料。导管应具有较好的密封性，漏斗内混凝土应低于漏斗边缘1/3。混凝土灌注时，先采用大容量混凝土初灌注，待达到设计深度后，采用导管缓慢灌注。

第五，清土切桩。完成CFG桩混凝土浇筑一周后，开挖土层至地下室底板深度，凿平桩头。桩头处理不能撞击桩身，避免使用大型机械，防止桩身断裂。若不慎造成桩身断裂，则应及时补桩。

4.2 褥垫层施工

褥垫层摊铺力求均匀、密实。首先，确定褥垫层的摊铺范围，绘制放样线条，复核关键位置标高及坐标。其次，清理场地内的土层和杂质，挖掘至设计标高。挖掘过程中，要注意挖掘对CFG桩的扰动和振动。第三，虚铺340mm厚的级配砾石垫层。级配砾石进场需进行专门检测，摊铺要均匀密实。在摊铺完成后，采用小型机械分段夯实，夯实厚度约300mm。

4.3 常见质量问题及防治措施

CFG桩复合地基常见质量问题涉及堵管、断桩、缩径等。首先，堵管。堵管是混凝土输送时发生的导管堵塞。主要原因是：混凝土搅拌不均匀；灌注过程混凝土离析；工程机械设备中存在杂质。若发生阻管现象，应立即向混凝土中注水，调节混合料中水泥和粉煤灰的配合比，保障混凝土的和易性和塌落度。其次，断桩。断桩是桩头处理中CFG桩因土层相互挤压形成的断裂或开裂。土层开挖中，要减少桩扰动，部分土质较差的区域宜采用跳打方式，以减轻桩间土力相互挤压。若在施工中出现断桩，则应及时补桩，以满足强度要求。第三，缩径。由于提钻速率较快或地下水位较高等原因，导致CFG桩径变小，即为缩径。因此，在CFG桩复合地基处理中，要控制提钻速率，在必要的时候停止施工，或采用轻型井点和水泥管井联合降水，以促进地下水位降低。

5结语

随着建筑技术的发展与进步，CFG桩复合地基处理技术已较为成熟和完善，CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土、垫褥层三部分组成。适用处理粘土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基，工程成本较低，操作简便，效果较好。CFG桩复合地基处理技术需要明确桩长、桩径、桩间距、置换率、承载力、特征值等参数，以及适宜的褥垫层厚度。CFG桩施工涉及施工准备、钻进成孔、混凝土搅拌、灌注拔管、清土切桩等工序。常见质量问题有堵管、断桩、缩径等。CFG桩复合地基处理技术在高层建筑中具有积极意义。

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