袁野

（四川省川建勘察設(shè)計院有限公司，成都610000）

1 引言

CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱， 被廣泛應(yīng)用于建筑不良地基的處理中。 CFG 樁的承載性能良好，沉降量小，可維持地基的穩(wěn)定性[1]。 但CFG 樁復(fù)合地基施工具有復(fù)雜性，如設(shè)計方案或施工工藝不合理，均會影響CFG 樁的施工效果?；诖?，探討CFG 樁復(fù)合地基的設(shè)計與施工工藝具有實際意義。

2 CFG樁概述

CFG 樁由水泥、碎石、粉煤灰、石屑、砂、水為主要原材料，按比例拌制后，用成樁機(jī)械制作而成。 水泥、碎石、石屑屬于CFG 樁的主體骨料， 調(diào)整水泥用量可制備不同強(qiáng)度等級的混合料，CFG 樁的強(qiáng)度等級普遍在C15～C25，屬于介于剛性樁與柔性樁之間的樁體。 在建筑地基處理中施作CFG 樁后，樁體連同樁間土組成復(fù)合地基，將荷載傳遞至深層地基中，維持地基和上方建筑的穩(wěn)定性。CFG 樁的適用性良好，在自重固結(jié)的素填土、粉土、黏性土、砂土的加固中均具有可行性。

3 工程概況

某商住樓為16 層的高層建筑， 上部結(jié)構(gòu)采用剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)置2 層地下室，采用厚度為700 mm 的筏形基礎(chǔ)。施工現(xiàn)場的天然地基缺乏足夠的承載性能，需妥善處理。 建設(shè)單位兼顧地基處理質(zhì)量、施工效率、成本等多項要求，選擇CFG 樁復(fù)合地基處理方案。

4 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計

4.1 選取驗算點

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件， 取相對不利鉆孔2#、8#地層計算，僅有少部分樁頂標(biāo)高為480.40 m， 絕大多數(shù)為481.80 m 和481.30 m。 最短樁長不小于9.00 m，樁端進(jìn)入中風(fēng)化泥巖的深度≥1.80 m。 各孔樁側(cè)土的類型、厚度及側(cè)阻力特征值見表1。

表1 2#孔、8#孔鉆孔樁側(cè)土層一覽表

4.2 計算單樁承載力

樁徑d 為1.00 m， 樁端天然地基土的承載力特征值qp為2 000 kPa，樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)為1.0，樁截面積Ap為0.785 m2各孔的單樁承載力特征值Ra的計算公式見式（1）和式（2）。

2#孔：

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：

式（1）、式（2）中，d 為樁徑，取1.00 m；li為樁周第i 層土的厚度，m；qsi為樁周第i 層土的側(cè)阻力。

4.3 計算面積置換率

復(fù)合地基的承載力計算公式見式（3），經(jīng)轉(zhuǎn)換，則有面積置換率的計算公式見式（4）：

式（3）、式（4）中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值；λ 為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.9；m 為面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為CFG 樁截面積， 取0.785 m2；β 為樁間天然地基土承載力折減系數(shù)， 取1.0；fspk為處理后樁間地基土承載力特征值，取450 kPa。 代入數(shù)據(jù)計算得m=0.069。

4.4 計算樁距

面積置換率公式見式（5），對其進(jìn)行置換，則有式（6）[2]：

式中，d 為樁徑，取1.00 m；de為等效圓影響直徑，m。 代入數(shù)據(jù)據(jù)計算得m=3.80 m

CFG 樁按等邊三角形布置時，樁間距S≤de/1.05=3.62 m。

CFG 樁按正方形布置時，樁間距S≤de/1.13=3.36 m。

根據(jù)計算結(jié)果，確定本工程的CFG 樁布置方式：以正方形的布樁方式為主， 邊角區(qū)域由于邊界形狀的特殊性無法以正方形的方式布樁，調(diào)整為三角形布樁，按照此方案布樁時，面積置換率為0.084。

綜合考慮設(shè)計單位提供的基礎(chǔ)尺寸， 確定詳細(xì)的樁間距與置換率參數(shù)，即商住樓區(qū)域采用筏板基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)面積為1 255.62 m2，采用正方形布樁時，樁間距為3.20 m×3.20 m，采用三角形布樁時， 樁間距為3.50 m×3.50 m， 實際樁數(shù)共135根。 本設(shè)計方案的實際面積置換率m≥0.069， 達(dá)到工程對CFG 樁復(fù)合地基的設(shè)計要求。 鑒于施工現(xiàn)場地質(zhì)條件的復(fù)雜性，必要時可根據(jù)地層特性靈活調(diào)整參數(shù)。

4.5 估算CFG樁復(fù)合地基承載力特征值

根據(jù)上述確定的參數(shù)， 可知fspk=874.46 kPa＞500.00 kPa。根據(jù)估算結(jié)果可知， 復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到設(shè)計要求，具體需通過實地檢測的方式確定真實的復(fù)合地基承載力特征值。

5 CFG樁施工工藝

5.1 鉆機(jī)就位

對樁點做十字定位，設(shè)定位樁，以便在CFG 樁施工過程中及時檢查孔位偏差。 機(jī)架高度根據(jù)設(shè)計樁長而定，在鉆機(jī)表面設(shè)置深度標(biāo)記，鉆桿保持垂直且穩(wěn)定的狀態(tài)，鉆頭對準(zhǔn)樁中心，誤差控制在100 mm 內(nèi)。 鉆機(jī)就位后，通過鉆機(jī)塔身的垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿，及時調(diào)整偏差，確保鉆機(jī)各裝置均保持良好的作業(yè)姿態(tài)，使成型CFG 樁的垂直度容許偏差不超過1%。

5.2 拌制混合料

根據(jù)試驗結(jié)果確定CFG 樁混合料的配合比，即水泥∶粉煤灰∶粗骨料∶細(xì)骨料∶外加劑∶水=1∶0.43∶3.87∶2.69∶0.014∶0.57。 根據(jù)現(xiàn)場用料要求，在3#拌和站集中拌制CFG 樁的混合料，工作人員嚴(yán)格根據(jù)配合比稱量原材料， 每盤攪拌時間以120 s 為宜，用電腦控制和記錄拌制信息。 拌制后，混合料的坍落度為160～200 mm 且原材料均勻分布時， 可用混凝土罐車裝載運輸至施工現(xiàn)場，盡快用于CFG 樁的灌注施工。

5.3 試樁

在施工現(xiàn)場取地質(zhì)條件具有代表性的部位試樁， 試樁數(shù)量不少于總樁數(shù)的0.5%，根據(jù)試樁結(jié)果確定合適的成樁工藝及作業(yè)參數(shù)。取芯檢測，混合料的28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于10 MPa 時，鋪設(shè)褥墊層，做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和荷載試驗，要求CFG 樁和樁間土組成的復(fù)合地基的承載力超過500 kPa。若試樁時28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、承載力各項指標(biāo)均達(dá)到以上要求，總結(jié)CFG 樁施工工藝， 不達(dá)標(biāo)時調(diào)整施工工藝及相關(guān)參數(shù)，最終制訂一套具有指導(dǎo)性意義的CFG 樁施工方案[3]。

5.4 鉆進(jìn)成孔

鉆孔初期，關(guān)閉鉆頭閥門，鉆頭觸及地面時開始鉆孔。 前期慢速鉆孔，后續(xù)加快，便于檢查和糾正鉆孔的偏差，減少鉆桿搖晃現(xiàn)象。 鉆進(jìn)過程中進(jìn)尺未見明顯增加或鉆桿搖晃時，放慢進(jìn)尺，避免樁孔偏斜、鉆具受損等問題。 鉆頭到達(dá)設(shè)計樁長指定標(biāo)高后，設(shè)置標(biāo)記，作為控制孔深的依據(jù)。 場地局部缺乏平整性，鉆進(jìn)過程中需及時檢測工作面的標(biāo)高，根據(jù)標(biāo)高差異適當(dāng)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)。 鉆進(jìn)時，記錄每米的電流變化值，若有電流突變，確定發(fā)生突變的位置及具體數(shù)據(jù)，將鉆進(jìn)數(shù)據(jù)作為復(fù)核地質(zhì)條件時的參考依據(jù)。

5.5 灌注混合料及拔管

CFG 樁成孔至設(shè)計標(biāo)高后，檢驗樁孔的孔位、孔深、孔徑、孔壁成型狀態(tài)，若無誤可泵送混合料。 待混合料充滿鉆桿芯后，以合適的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度平穩(wěn)地反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿。CFG 樁成樁時拔管速度以1～2 m/min 為宜，連續(xù)成樁，盡可能避免因供料中斷或設(shè)備故障等原因暫停成樁。 因故無法連續(xù)灌注成樁時，根據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)勘察資料和樁孔施工時的實際地質(zhì)信息規(guī)劃停機(jī)位置，避開飽和砂土、粉土層。 CFG 樁灌注成樁結(jié)束后，向樁頭覆蓋水泥袋，防護(hù)樁頭。 考慮到樁頭質(zhì)量控制要求，實際樁頂高程比設(shè)計值略高50 cm，CFG 樁成型后用濕挖法精準(zhǔn)挖除多余的樁頭，覆蓋薄膜進(jìn)行防護(hù)。

5.6 整機(jī)移位

前一根CFG 樁施工成型后，鉆機(jī)移位，施工下一根樁，以此類推。 鉆機(jī)支撐腳壓在樁位旁，導(dǎo)致原本測放的樁位標(biāo)記發(fā)生偏移，或由于CFG 樁開挖產(chǎn)生的土方覆蓋樁位，無法正常施工，因此，在施工下一根樁前需復(fù)核周圍樁和軸線，將樁位偏差控制在10 cm 內(nèi)。 全程施工均遵循循序漸進(jìn)的原則，任何一根樁的施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時，均要及時處理。

6 CFG樁復(fù)合地基質(zhì)量檢驗

CFG 樁復(fù)合地基的設(shè)計強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，在＞500 kPa 的區(qū)域取33#、264#共2 組樁試點， 在＞560 kPa 的區(qū)域取121#、307#、375#共3 組試樁點，分別檢測各組試樁點的承載力特征值。

單樁復(fù)合地基靜載荷試驗采用的是半無限空間彈性理論， 方法是用剛性承壓板向CFG 樁復(fù)合地基施加垂直荷載，檢驗地基在荷載作用時的變形程度， 再根據(jù)檢驗數(shù)據(jù)計算地基承載力和變形參數(shù)。

試驗采用的反力裝置為反力架和堆重物，33#、264#樁試點和121#、307#、375#樁試點均采用方形剛性承壓板，寬度分別為1 500 mm、1 600 mm。

本試驗為CFG 樁復(fù)合地基的驗證性檢測，試驗加載量達(dá)到最大加載值時結(jié)束。33#、121#、264#、307#、375#樁試點的最大加載值分別為1 060 kPa、1 180 kPa、1 080 kPa、1 180 kPa、1 180 kPa。根據(jù)試驗加載數(shù)據(jù)繪制單樁復(fù)合地基靜荷載壓力-沉降（p-s）曲線，結(jié)果表明各試樁點的曲線均為緩變型曲線，若壓力-沉降曲線具有平緩、光滑的特征，則復(fù)合地基承載力特征值可根據(jù)變形值確定，進(jìn)一步考慮“按相對變形值確定的承載力特征值不超過最大加載壓力的1/2”的要求，最終確定本建筑各試樁點的承載力特征值，結(jié)果如表2 所示。

表2 CFG樁復(fù)合地基承載力特征值取值表

根據(jù)5 處試樁點的復(fù)合地基承載力特征值檢驗結(jié)果可知，最低為530 kPa，最高為590 kPa，均超過設(shè)計要求的500 kPa，表明CFG 樁復(fù)合地基的承載力特征值達(dá)標(biāo)，也驗證了CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計方案與施工工藝在本工程中具有可行性。

7 結(jié)語

綜上所述，CFG 樁復(fù)合地基施工工藝是建筑地基處理中的常用工藝，CFG 樁和樁間土組成的復(fù)合地基具有承載力強(qiáng)、沉降量小的特點，CFG 樁施工簡單，取材便捷，綜合應(yīng)用效果良好。經(jīng)過本文的分析，提出某建筑工程的CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計方案和施工工藝，并選取5 處試樁點，檢驗CFG 樁復(fù)合地基的承載力特征值。 結(jié)果表明，此項指標(biāo)均達(dá)到500 kPa 的設(shè)計要求，CFG 樁有效改善了地基承載力不足的問題，有利于建筑工程的后續(xù)建設(shè)和安全使用。