CFG桩复合地基的应用及发展前景

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【摘要】本文介绍了cfg桩复合地基的特点、设计、质量控制、在工程中的实际应用、发展前景，希望能够提供一些借鉴和指导。

【关键词】CFG桩复合地基；特点；质量控制；应用前景

中图分类号：TU47 文献标识码：A

一、前言

随着工程建设规模和数量的增多，技术手段也不断优化。CFG桩复合地基以其施工方便、承载力高及其广泛的适应性等优点而得到迅速的推广和发展，成为施工中较为普遍的地基处理技术。

二、CFG桩复合地基的特点

CFG桩、桩间土和褥垫层一起组成CFG桩复合地基。其特点有：

（1)变形稳定,沉降量小,如将CFG桩落在较硬的土层上,其地基沉降量可控制在一定的范围内。

（2)承载力提高幅度大,而且可调性强。CFG桩长可以从几米到20多米,可全桩发挥桩的侧阻力,桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40 %~70 %之间变化,使得复合地基承载力具有很大可调性。进行设计时,可通过改变CFG桩的桩长、桩距来达到不同的复合地基承载力。

（3)适用范围广。可适用于不同的基础形式,如独立基础、条形基础及筏式基础、箱型基础;也可适用于不同的土层结构,如既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土,且可带水作业。

（4)褥垫层是复合地基的核心。它不但能保证桩、同承担荷载;调整桩、土应力比,减少基础底面的应力集中;减少基础的剪切破坏;调整桩、土水平荷载的分担,保证桩在水平荷载作用下不会断裂。因此,设计中宜从技术可靠、经济合理的角度适当选取褥垫层的厚度。

（5)工艺性好,由于大量采用粉煤灰,桩体材料具有较好的流动性,灌注方便,易于控制施工质量,同时可节约大量水泥、钢材,利用工业废料,消耗大量粉煤灰,降低工程费用。

三、CFG桩加固地基的机理

CFG桩和桩土一起,通过褥垫层形成CFG桩复合地基,此褥垫层不是基础施工时的素混凝土垫层,而是由粒状材料组成的松散垫层。

对于CFG桩复合地基,基础通过厚度为H的褥垫层与桩和桩间土的联系,确保桩与同承受荷载。 若基础和桩之间不设置褥垫层(即H=0),则桩和桩间土传递竖向荷载与桩基类似。当桩端落在坚硬土层上,基础承受荷载后,桩顶沉降变形很小,绝大部分荷载由桩来承担,而桩间土的承载能力很难发挥。现场测试表明,当基础和桩之间设置一定厚度的褥垫层后,复合地基中,桩和桩间土的荷载将产生很大变化。

四、CFG桩复合地基设计过程

CFG 桩复合地基的设计主要包括褥垫层的设置、复合地基承载力设计、 复合地基沉降计算三个主要步骤， 涉及褥垫层厚度和材料、桩长、桩径、桩距等参数的确定。

1、褥垫层的设置

褥垫层是 CFG 桩复合地基的重要组成部分，设置一定厚度的褥垫层能够保证桩和桩间同承担荷载，从而提高复合地基承载能力，它是CFG 桩形成复合地基的重要条件。通过改变褥垫层厚度，调整桩垂直荷载的分担，一般情况下，褥垫层越薄，CFG 桩承担的荷载比越大，反之则越低。褥垫层设计时，一定要综合考虑，既要考虑地质条件。又要考虑垫层的性质和厚度。褥垫层的厚度根据《建筑地基处理技术规范>(JGJ79-2002)要求宜取 150-300mm,当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大于 30mm。

2、CFG 桩复合地基承载力设计

CFG 桩复合地基承载力是由桩间土和桩共同承担荷载。其承载力计算的主要思路是将桩与桩间土的承载力进行叠加，但二者不是简单的叠加，需要考虑施工时对桩间土是否产生振动或挤密，桩间土承载力有无降低或提高；桩对桩间土起到约束作用，使土的变形减少；在垂直方向上，桩对土起阻碍变形的作用，使土沉降减少；桩和桩问土承载力的发挥都与变形有关，变形小时，需要考虑桩距、桩径、桩长、桩体的置换率、上部土层和桩端下持力层的物理力学指标等因素。

五、CFG桩常用施工方法

1、CFG 桩日前主要采用振动沉管灌注法成桩。此法适用于无坚硬土层和密实砂层的地质条件，以及对振动噪音不严格限制的场地。

2、当遇坚硬粘性土层，振动沉管发生困难时，可考虑采用长螺旋钻预先引孔，再用振动沉管成孔制桩。

3、长螺旋钻孔灌注成桩法也可单独应用于地下水理藏较深的粘性土层，不会发生坍孔现象，且对周围环境不发生噪音和泥浆污染等影响。

六、常见质量问题及控制措施

CFG 桩复合地基由 CFG 桩、桩间土和褥垫层一起组成。褥垫层的质量较易控制，因此 CFG 桩的质量好坏直接影响其复合地基的承载力。由于设计桩土应力比较大，CFG桩在施工中更应注意保证桩身质量，避免出现堵管、窜孔、缩颈断桩、桩头空心、桩顶附近桩体强度差等主要质量问题的出现。

1、堵管

堵管是长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG 桩的施工效率，增加工人劳动强度，还会造成材料浪费。产生堵管的原因有以下几点：①混合料配合比不合理，混合料搅拌质量有缺陷。②冬期施工措施不当。③设备缺陷。

对其应采取的措施：①注意混合料的配合比和坍落度，将粉煤灰掺量控制在70～90kg/m3范围内，将坍落度控制在 160～200mm 间，使其具有一定的流动性且又不至于离析。②冬期施工时，混合料输送管及弯头均需做防冻保护，防冻措施不力，常常造成输送管或弯头处混合料的冻结，造成堵管。冬施时，可采用加热水的办法提高混合料的出口温度，来解决管口冻结问题。③弯头曲率半径不合理也能造成堵管。弯头与钻杆不能垂直连接，否则也会造成堵管。混合料输送管要定期清洗，否则管路内有混合料的结硬块，还会造成管路的堵塞。

2、窜孔

引起窜孔的原因主要有三种：①被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂 ；②钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动；③土体受剪切扰动能量的积累，足以使土体发生液化。

由于窜孔对成桩质量的影响，施工中采取的预控措施是：①采取隔桩、隔排跳打方法；②设计人员根据工程实际情况，采用桩距较大的设计方案，避免打桩的剪切扰动；③减少在窜孔区域的打桩推进排数，减少对已打桩扰动能量的积累 ；④合理提高钻头钻进速度。

3、缩颈和断桩

为防止缩颈和断桩，应注意几个问题：①打桩的桩心距不宜过小，小于 3 倍直径时，可采用跳打法施工。②混凝土终凝不久，强度较低时，应尽量避免振动和外力干扰。③混凝土浇筑过程中应控制拔管速度，管内混合料必须略高于地面，保持有足够压力，使混凝土出管扩散正常。④上部较硬的土层或中间夹有硬土层的土中成桩，可采用钻孔法施工，当采用沉管法施工时，先用钻机引孔即可。

4、桩头空芯

主要是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时，管内充满空气，泵送混合料时，排气阀将空气排出，若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出，就会导致桩体存气，形成空芯。为避免桩头空芯，施工中应经常检查排气阀的工作状态，发现堵塞及时清洗。

5、桩顶附近桩体强度差

桩顶附近由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影，靠桩顶的一段桩体强度较差；另外已打桩尚未结硬时。 施打邻近新桩可能导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。如果已打桩混合料表面低于地表较多，则桩径被挤小的可能性更大。所以成桩时应在桩顶按设计加高一段保护桩长，褥垫层施工时将其凿掉；混凝土终凝不久，强度较低时，应尽量避免进行清除余土等可能对桩体强度造成影响的工作。

七、CFG桩复合地基在工程中的应用

1、工程概况

北京市某小区住宅楼，总建筑面积21000平方米，总高度为79. 6m，地下二层，地上二十六层，基础形式为梁筏基础，主体结构类型为全现浇框支剪力墙结构，基础埋深8.1m,地层情况自上向下为:泣泥杂填土，厚度0.70一1.20m;②层黄土，厚度9. 50 —12 00m;③层古土壤，厚度4.40一5.5m;④黄土，厚度5.10一6.30m;:⑤粗砂，厚度4.80—7. 80m;⑤-1层粉质粘土⑤夹层，厚度1.60—3 .3m⑥层粉质粘土，厚度17. 5—26.90m。该场地为II级白重湿陷性黄土场地，无液化可能性。

2、地基处理方法的确定

（1）地勘报告推荐选型

根据地勘报告，该场地属渭河三级阶地，土层属中压缩性土，以可塑状态为主。同时由于⑤粗砂所含粉质粘土夹层厚度不一，分布不连续，作为CFG桩端持力层，地基变形大，差异沉降明显，而⑥层粉质粘土层位稳定，厚度较大，可作为中、长桩较好的持力层，建议采用钻孔混凝土灌注桩。根据本工程实际，采用600mm桩径，28.0m桩长，单桩竖向极限承载力标准值为2900kN,采用236根桩方可满足承载力要求。

（2）最终方案确定

最终方案主要针对施工工期、施工可行性、综合造价等方面进行论证。会同地勘、设计、甲方、监理，根据本工程实际情况，通过综合分析比较后最终确定了 CFG桩处理地基。

3、施工过程及CFG桩质量控制

为保证CFG桩复合地基的施工质量,在以下几方面做到了严格控制:

(1)选用合理的施工机械设备。在施工准备阶段,详细了解地质情况,从而合理地选用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工机械。这是确保CFG桩复合地基质量的有效途径。

(2)深入了解地质情况,采用合理的施工工艺。本工程为满堂布桩,施工采取了从一边向另一边推进施工。

(3) 钻机就位必须平稳，液压支腿要落在可靠处。调整钻机立柱的垂直度，确保垂直度≤1%；钻头与桩点偏移不得大于20mm

(4)严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩,而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀,桩项浮浆过多,桩身强度不足和形成混和料离析现象,导致桩身强度不足。故施工时,严格控制了拔管速率。正常的拔管速率控制在1. 2~1.5m/分。

(5)根据桩身混合料的设计强度等级，通过试验确定混合料配合比，粉煤灰掺量为60～80kg/m，坍落度为160～200mm

(6)设置保护桩长。使桩在加料时,比设计桩长多加0. 5m。上部用土封项,增大混合料表面的高度即增加了自重压力,可提高混合料抵抗周围土挤压的能力,避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压,混合料上涌使桩径缩小。

(7)桩头处理：基槽开挖后，设计桩顶标高以上部分桩头需要截除。截除桩头采用截桩器截桩；不可用重锤等直接敲击桩头，也不可采用推倒等容易造成对桩体产生破坏的方法处理桩头

4、加强对CFG桩复合地基的验收检测

根据《建筑地基处理技术规范》的规定需要对CFG桩复合地基的验收进行地基静载荷试验和桩身完整性检测。在地基平面上均匀分布地随机抽取了36根桩进行了低应变动力试验,检测结果未发现桩身有断裂、裂缝、缩颈、扩颈、夹泥、离淅等缺陷，保证了桩体的完整性.。在施工结束28 d后，随机抽取了3根桩在最大加载压力不小于设计要求压力值2倍的情况下进行了复合地基静载荷试验,检验复合地基强度满足本工程设计承载要求。

八、应用前景

CFG 桩复合地基是近几年出现的一种地基处理技术。 随着CFG 桩复合地基在全国范围内推广及应用，特别是近几年的发展，CFG 桩复合地基技术在我国的基本建设中起了常重要的作用，从建筑到道路 、煤矿均得到普遍应用 。近几年来 ，该技术在北方地区的高层建筑地基处理中得到应用，据不完全统计，已有300 余栋高层建筑地基处理采用了 CFG 桩加固技术。这种技术的出现，因其造价低，施工方便，复合地基强度高，具有明显的社会和经济效益，为工程设计人员提供了一个新的选择.

随着我国经济建设的飞速发展，高层建筑大量出现。由于高层建筑荷载大、重心高，对地基强度与变形要求均很高。当天然地基不能满足要求时，故多采用桩基础或桩一箱基础，但需耗费大量的钢筋、水泥，造价很高。当地基土具有一定强度时，可采用CFG 桩复合地基。CFG 桩利用工业废料粉煤灰，并能充分发挥桩间土的承载力，施工速度快 、工期短 、质量容易控制，比传统的桩基础具有明显的优势，可取得良好的经济效益和社会效益。因此，CFG 桩复合地基是一种可推广的基础处理方法之一，具有广阔的应用发展前景。

九、结束语

随着CFG 桩复合地基处理技术的不断深化发展，其特有的优点必将推动此项技术得到更加广泛的应用，为保障工程的质量和安全、节约工程费用发挥更大作用。

参考文献

［1］张殿波、杨春生，CFG桩复合地基的特点及施工注意事项[J]山西建筑，2012

［2］苏宏阳，地基与基础工程施工禁忌手册[M]机械工业出版社，2006