CFG桩施工中的环境岩土工程问题及对策
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【摘要】本文作者首先分析了cfg桩施工对环境岩土工程的影响及CFG桩施工产生环境问题的机理，在此基础上得出了CFG桩施工产生环境问题的影响因素，最后就CFG桩施工引起环境问题的控制措施提出了自己的一些看法。
【关键词】CFG桩施工；环境岩土工程；对策
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
引言
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。目前CFG桩复合地基技术在国内许多省市得到广泛应用。由于它较钢筋混凝土灌注桩更经济、施工速度快、施工现场文明，因此受到业主、专家的普遍好评。特别是长螺旋钻孔、管内泵压成桩工艺，由于低噪音、无泥浆污染、成孔穿透能力强、施工效率高，对加固层含有较厚砂层的地基较振动沉管法工艺明显具有优势，因此它成为近几年来CFG桩复合地基中应用最多的施工工艺。CFG桩法及其长螺旋钻孔、管内泵压成桩工艺已纳入《JGJ79―2002建筑地基处理技术规范》，成为国家行业标准。大量工程实践表明，CFG桩复合地基设计，承载力通常能够满足要求，而施工过程中则可能对周围环境产生影响，CFG桩长螺旋钻孔、管内泵压成桩工艺施工存在较多的环境岩土工程问题。
1CFG桩施工对环境岩土工程的影响
与环境关联的岩土工程及与岩土有关的环境工程的广义环境岩土工程的概念逐步为学术界和工程界所接受。传统的垃圾填埋场、基坑开挖、地下工程、隧道、矿山、边坡工程等已与环境卫生、废弃物污染、考古发掘、地面沉降变形、基坑失稳、打桩振动等成为小环境岩土工程问题。区域滑坡、地震、洪水、火山、沙漠、湿地及大区域环境岩土工程问题如黄河问题、 三峡工程等成为大环境岩土工程问题。
环境岩土工程的概念和理论逐步深入人心， 地基处理与深基坑工程对环境的影响问题的认识与处理，要求将地基处理与深基坑工程作为相互影响和相互作用的整体问题一并考虑，成为环境岩土工程的新思想。CFG 桩由于其施工控制及土层变化和地下水等因素形成的桩径、 桩顶标高难以控制、 施工对周围环境的扰动机理和控制措施尚未完全得到解决、工程施工过程中的质量检验还不够完善、工程效果难以保证等，因此，CFG 桩应用于地下水位高、易流动的粉土、粉砂土地基处理需进一步完善。因此在地基处理和深基坑工程中加强对环境治理是非常重要的。
2CFG桩施工产生环境问题的机理分析
根据多年的工作经验和施工过程中对桩周土体孔隙水压力的变化规律测试，结合FLAC模拟结果，认为“剪切扰动一抽吸渗流”是长螺旋钻孔、管内泵压CFG桩施工产生环境问题的主要原因，分析如下。
2.1 剪切扰动使桩周土具有流动的可能
通过对孔隙水压力变化规律的分析表明，当螺旋钻头到达孔隙水压力计埋设位置或其附近时，孔隙水压力升高，这就造成土体强度降低。当钻头离开孔隙水压力计埋设位置后，该层土受到螺旋叶片和叶片之间土体的持续波状剪切扰动。即施工钻进过程中，对于孔壁土体的某一点来说，螺旋叶片和叶片之间土体对其反复扰动，所以其受到的力不是定值。当螺旋叶片触及到这一点时，该点受到的作用力大，当叶片之间的土体接触到这一点时，该点受到的作用力小。这样对桩周土体来说就好像受到了强一弱一强一弱……的扰动，可称之为波状剪切扰动。
这种剪切扰动的能量以波状形式进行传播，使桩周土体的结构发生破坏，进而引起土体的强度降低。距离桩越近，能量越大，桩周土受到的破坏越大；距离桩越远，能量越小，桩周土受到的扰动就越小。特别像饱和粉土、粉细砂等土层，更容易受到扰动而结构发生变化，呈现流塑状态，流动性增强，为土体向钻孔方向流动创造了条件。这种剪切扰动尽管未使土体达到液化标准，但很大程度上降低了土体强度。
在CFG桩施工过程中出现环境问题的场地取土样，经手轻轻一拍，水就会慢慢析出，甚至用小刀轻轻划一道缝，在缝的表面就会有水析出，可见这类粉土受到扰动后很容易变成流塑状态。
2.2 抽吸为桩周土的流动提供了动力
实践表明，无论是钻进过程还是泵送提钻过程，都会发生抽吸作用。所谓抽吸作用是指长螺旋钻孔、管内泵压CFG桩在饱和粉土等软土层中施工时，在钻进和泵送提钻过程中，由钻进输土或提钻形成的抽吸力，引起钻孔临空部位和钻孔底部形成真空，从而因压力差使桩周具有液化态势的土体向孔内移动，这种现象称为抽吸作用。钻进抽吸的依据就是当钻头钻进到孔隙水压力计所处位置以下，直到桩底，孔隙水压力都呈缓慢下降趋势。泵送提钻开始瞬间，孔隙水压力发生突降，直到混凝土高度到达孔隙水压力计埋设位置，孔隙水压力升高到初值或大于初值，这种现象说明了泵送提钻过程抽吸作用的存在。
不管是钻进抽吸还是泵送抽吸都是引起渗流和流土的主要原因。由于抽吸作用在孔内或孔周附近产生低压带，距离桩较远的地方相对来说就是高压带。在压力差的作用下，孔隙水由高压带向低压带快速渗流。渗流引起的渗透力将土的结构破坏，使桩周土体也随之向钻孔方向流动。也就是说，某些特殊土层的结构在水力作用下发生了破坏，一些细小颗粒很容易被水带走，形成巨大的通道，造成土和水一块流入钻孔中，将这种现象称之为流土。只是这种流土发生在水平方向上，与传统意义上的流土有所不同，而且这种流土发生的速度很快。
3CFG桩施工产生环境问题的影响因素
从CFG桩施工产生环境问题的机理分析可知，施工工艺和饱和粉土是2个重要的影响因素。
3.1 饱和粉土是产生环境问题的内因
饱和粉土受扰动后很容易变成流塑状态，这种工程特性为长螺旋钻孔、管内泵压CFG桩施工产生环境问题提供了物质条件。
3.2CFG桩施工工艺是产生环境问题的外因
在一些地区，水泥高压旋喷桩、水泥土搅拌桩和钻孔灌注桩施工过程中，虽然都会对桩周土产生不同方式的扰动，但没有发现对周边环境产生影响。
究其原因主要是因为水泥高压旋喷桩和水泥土搅拌桩为不排土桩，而钻孔灌注桩虽然为排土桩，但孔内泥浆对桩周土起到侧限作用。所以，桩周土体不能向孔内运动，因此就不会引起地面沉降和裂缝的产生。由此可以得出这样的结论：长螺旋钻孔、管内泵压CFG桩施工工艺是引起环境问题的主要原因之一。
4CFG桩施工引起环境问题的控制措施
4.1 采取跳打的施工工艺
施工顺序大体上可分为2种类型：一是连续施打，如图1(a)所示，从1号桩开始，依次2号、3号、……，连续打下去；二是间隔跳打，如图1(b)所示，可以隔一根桩，也可以隔多根桩。
图1 施工顺序示意图
采取跳打的施工工艺，一方面是为了在离已打桩尽可能远的地方施打下一根桩，减小已打桩桩周土受到重复扰动，并降低剪切扰动能量的叠加；另一方面，第一遍桩施打完，开始第二遍桩施工时，已打桩的桩身已达到一定的强度，对桩周土具有侧限作用，同时已被扰动的桩周土也有所恢复。通过静力触探试验也验证了这一点。
4.2 选择合理的桩间距
CFG桩因其桩身强度和桩长的可调性，所以在设计时应遵循大桩长、大间距的设计理念。当建筑荷载和地层条件满足时，应尽量大桩距布桩，这和跳打的作用是相同的。例如，某工程，按1．3 m桩间距施工时，窜孔时有发生，后来设计单位调整了桩长，将桩间距调整为1．6 m，按此桩间距施工，窜孔现象就很少发生了。