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摘要：本文以汕头市东部城市经济带河口治理及综合开发项目新溪片区水利工程西闸基础处理工程为例，主要介绍CFG桩复合地基施工工艺、检测方法及成果分析，同时针对施工过程中常出现的问题分析原因并提出解决措施，进一步加强施工质量控制。
关键词：CFG桩；复合地基；低应变 ；静载
1、引言
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，其与桩间土、褥垫层一起构成复合地基，具有适应性强、承载能力好，施工周期短、工程造价低等特点。汕头市东部城市经济带河口治理及综合开发项目新溪片区水利工程西闸站工程正是采用了该种地基处理技术。
2、工程概况
西闸站工程分为西水闸及西排涝站两部分，其中排涝泵站等别为Ⅱ等大（2）型，装机容量4000KW（4台×1000KW），设计抽水流量84m3/s；水闸等别为Ⅲ等中型，净宽为4孔×9m=36m，设计排水流量255m3/s。
2.1土质情况
西闸站位于新溪片区西堤与海岸连接处的岸边冲击沙滩上，地形平坦，地面高程0.6m～2.7m，土层主要结构由上至下：②层：浅黄色粉细砂，松散，局部夹1.7m厚淤泥质，约10～12m；③、④层：灰黑色淤泥及淤泥质粘土，细滑，粘性强，常夹薄层粉细砂，软塑，属高压缩性土，约20～26米；⑤层：土黄色中粗砂，上部含泥较多，稍-中密。厚度变化大，呈透镜状分布，约1～9米；⑥层：灰黄色粘土，土质较均一，粘性强，断续夹薄层粉细砂，可塑，约1～9米；⑧层：黄色含砾粗砂，密实状。
2.2、施工技术指标
桩径为500mm，砼抗压强度为fcu≥15Mpa，呈正方形布置，施工间距及桩长根据不同工程部位的设计复合地基承载力特征值要求，由典型试验施工确定。
褥垫层采用300mm厚，体积比1：1的碎石粗砂垫层。褥垫层夯填度控制在0.87～0.9范围内。
3、施工工艺
1、室内配合比试验
为了经济合理地确定各原材料的掺入比等技术参数，满足混合料塌落度16～20cm，标准抗压强度fcu≥15Mpa的要求，施工前首先需进行室内配比试验。本工程共进行3组不同配合比的设计，具体试配成果如下：
三组配合比成果均满足设计要求，但考虑到试验室试配、养护与搅拌站实际生产、现场正式施工等条件的差异，为确保工程质量，选取第Ⅲ组有较大强度富余量的试验配合比作为实际使用配合比。
2、CFG桩成桩试验
CFG桩正式施工前，首先需对原地基进行地质复勘，根据复勘结果，在具体代表性的位置进行工艺性试验，并详细记录整个试验过程的各项施工参数，为下一步正式施工及设计参数调整提供依据。
本工程地质复勘孔位沿西水闸、西排涝站轴线布置，共钻孔20个，复勘结果与原设计地质资料基本吻合。土层结构主要为上部分部中等透水的粉细砂层，厚度约10m，中部为相对不透水的粘性土，厚度24m～26m，下部分部强透水中粗砂层，厚度大于10m。设计单位根据复勘结果和不同结构承载力要求，结合现场场地开挖情况，确定在具有代表性位置的1区泵房、11区水闸闸室以及5区泵站箱涵进行3组成桩试验，每组4根。复勘孔位及试验桩位置如下图。
试验桩成桩28天后，分别对每组试验桩进行低应变检测，根据检测结果选取其中桩身质量较差的一根桩进行复合地基承载力试验，以验证是否满足设计复合地基承载力特征值。本工程三组试验桩经检测，均能满足设计要求，由此确定了施工桩基特性表。
3、CFG桩复合地基施工工艺
本工程CFG桩采用长螺旋钻杆管内泵压混凝土的施工工艺，施工设备主要包括长螺旋钻机、混凝土泵、混凝土搅拌罐车。复合地基具体施工流程图如下：
（1）施工准备：施工前，先清理平整场地，若场地太软，还需进行换填处理。场地成型后，根据桩位布置图，进行桩位的精确放样，桩中心用短钢筋定位，并撒石灰标记。
（2）桩机就位：钻机就位后，利用钻机塔身的前后左右垂直标杆检查塔身，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心。
（3）钻进成孔：钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面，启动马达钻进。先慢后快，这样既能减少钻杆晃动，又容易检查钻孔的偏差，及时纠正。在成孔过程中如发现钻杆晃动幅度较大或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔严重偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏或扭断。根据塔身上刻度标记控制钻进深度，当钻头达到设计桩底标高时，停止钻进。
（4）灌注及拔管：泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料。拔管速度先慢后快，宜控制在1.8～2.5m/min，边提钻边灌混凝土至设计桩顶标高50cm以上留作保护桩头。提钻过程中，提钻高度应与砼泵送量相适应，以确保混合料均匀连续灌注。
（5）移机：当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩排出的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会出现钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使未施工的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置再次复核桩位。
（6）清除弃土：CFG桩施工过程中，应根据打设顺序及时清理转运排出的弃土，保证CFG桩連续施工，加快施工效率。
（7）开挖桩间土：由于CFG桩自身抗剪能力较差，表层及桩间土可利用小型挖掘机开挖，桩身四周土必须采用人工清理，以免机械操作过程中触碰桩头或桩间土挤压造成CFG桩浅部出现质量缺陷。
（8）破除保护桩头：水准仪精确测量出分区四角位置CFG桩的设计桩顶标高，横纵拉线，用红油漆在每根桩设计桩顶标高位置做好标记。桩头先用圆盘锯片沿标记位置四周向内切割，再用风镐将桩头凿除，割缝应尽可能深，以确保桩头的平整度及防止崩角。 （9）铺设褥垫层：桩基检测合格且基底通过验收后，开始铺设褥垫层。褥垫层材料粗砂、碎石应混合均匀，严格按虚铺厚度铺设，并利用蛙式打夯机或平板振动器振动密实，确保夯填度满足要求。
4、CFG桩复合地基检测
对CFG桩复合地基的检测在CFG桩施工完成28天后进行，检测内容包括低应变对桩身完整性的检测和单桩复合地基载荷试验对复合地基承载力的检测。
4.1 低应变检测
检测方法：在桩顶安置检波器，用锤敲击桩顶产生的弹性波由桩顶向下传播，当遇到不同的波阻抗界面（缺陷、桩底）后反射回桩顶，并由检波器接收存储，然后根据波形、波幅及其相位频谱变化特征来综合判定桩身的完整情况及缺陷位置，评价完整性等级。
成果分析：据桩身混凝土的均匀性，是否存在缺陷以及缺陷的严重程度，将桩身完整性划分为Ⅰ～Ⅳ类，其中Ⅰ、Ⅱ类桩为合格桩，Ⅲ、Ⅳ桩为不合格桩，需要进行处理，以下列举4类桩的一般波形特性图。
（1）根据波形曲线可知，桩体未见缺陷反射波，有桩底反射，桩身完整桩、均匀性良好，为I类桩。
（2）根据波形曲线可知，桩体在3m左右有轻微缺陷反射波，桩身基本完整，均匀性一般，为Ⅱ类桩。
（3）根据波形曲线可知，樁体在2.5m左右有明显缺陷反射波，桩身不完整，均匀性较差，为Ⅲ类桩。此种情况若缺陷位置深度较浅，可采用破除缺陷以上桩头后接桩的处理方式，否则，需进行补桩。
（4）根据波形曲线可知，桩体出现周期性反射波，未见桩底反射，桩身严重不完整，为Ⅳ类桩。此种情况若缺陷位置深度较浅，可采用破除缺陷以上桩头后接桩的处理方式，否则，需进行补桩。
4.2 单桩复合地基承载力试验
检测方法：采用等荷载增量逐级维持荷载法。最大加载按设计承载力的2倍控制，分8级施加，每级荷载施加后待沉降稳定，记录稳定沉降值。卸载级数为加荷级数的一半，直至卸荷至0，同样记录稳定沉降值。
成果分析：以西闸站2区箱涵16#CFG桩单桩复合地基静载试验为例，根据整个加卸荷载过程各级荷载值与对应累积沉降值绘制P～S、S～lgt曲线，如下图。
根据曲线分析可知，P～S曲线关系图总体表现为近似指数关系，无明显的转折点和临界点，S～lgt曲线呈平缓规则排列，表明桩体在检测范围内垂直压力作用下并未发生破坏。复合地基承载力特征值按规范要求取相对变形值S/b=0.01所对应的荷载，其中b（桩间距）=3000mm，求得s=30mm，根据P～S曲线对应承载力特征值为230kpa，大于设计承载力特征值210kpa，且最大沉降量小于设计要求150mm，满足设计要求。
5、CFG桩施工中常见问题及控制措施
（1）堵管：堵管是施工中常见的问题，特别是排除不畅时，使已搅拌的混合料失水结硬，增加再次堵管的几率，给施工带来很多困难。
（2）桩身下沉：在饱和粉土、粉细砂层中施工经常出现打完1号桩后，接着打相邻的2号桩时，随着钻杆的钻进，发现尚未结硬的1号桩桩顶突然下沉，导致桩顶标高低于设计标高，甚至出现桩头上部被土填充的不利情况。
（3）桩身缺陷：根据桩基检测结果分析统计，CFG桩桩体主要质量缺陷包括桩身夹泥、桩头存气空心、桩端不饱满等。
（4）断桩及接桩：CFG桩自身抗剪能力较差，在桩间土开挖过程中，由于机械操作不当，触碰或挤压桩身，经常出现浅部桩身有裂隙甚至断桩的情况。对此，一方面采用小型机械开挖表层土，人工开挖桩间土的方式，尽可能避免浅部缺陷出现，另一方面，当出现浅部缺陷时，必须进行接桩处理，使桩顶标高达到设计要求。接桩处理程序：①人工开挖桩周土至桩身缺陷部位以下不小于200mm；②将异常桩头凿除，剩余桩头面层凿毛并清洗；③立模加固，先铺一层水泥砂浆，再采用高一标号混凝土补至桩顶设计标高，补加部分直径宜大于原桩直径200mm。
五、结语
本文通过对汕头项目西闸站CFG桩复合地基施工工艺、试验检测、常见施工问题及控制措施三个方面进行介绍总结，希望对本工程基础施工过程管理有所帮助，同时也希望对后续同类基础处理工程起到一定的示例作用。
参考文献
[1] CFG桩复合地基技术及工程实践（第二版）.中国水利水电出版社.
[2] 汕头市东部城市经济带河口治理及综合开发项目新溪片区水利工程西闸站工程施工组织设计.
[3] 西闸站CFG桩试验检测报告.
关键词：CFG桩；复合地基；低应变 ；静载
1、引言
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，其与桩间土、褥垫层一起构成复合地基，具有适应性强、承载能力好，施工周期短、工程造价低等特点。汕头市东部城市经济带河口治理及综合开发项目新溪片区水利工程西闸站工程正是采用了该种地基处理技术。
2、工程概况
西闸站工程分为西水闸及西排涝站两部分，其中排涝泵站等别为Ⅱ等大（2）型，装机容量4000KW（4台×1000KW），设计抽水流量84m3/s；水闸等别为Ⅲ等中型，净宽为4孔×9m=36m，设计排水流量255m3/s。
2.1土质情况
西闸站位于新溪片区西堤与海岸连接处的岸边冲击沙滩上，地形平坦，地面高程0.6m～2.7m，土层主要结构由上至下：②层：浅黄色粉细砂，松散，局部夹1.7m厚淤泥质，约10～12m；③、④层：灰黑色淤泥及淤泥质粘土，细滑，粘性强，常夹薄层粉细砂，软塑，属高压缩性土，约20～26米；⑤层：土黄色中粗砂，上部含泥较多，稍-中密。厚度变化大，呈透镜状分布，约1～9米；⑥层：灰黄色粘土，土质较均一，粘性强，断续夹薄层粉细砂，可塑，约1～9米；⑧层：黄色含砾粗砂，密实状。
2.2、施工技术指标
桩径为500mm，砼抗压强度为fcu≥15Mpa，呈正方形布置，施工间距及桩长根据不同工程部位的设计复合地基承载力特征值要求，由典型试验施工确定。
褥垫层采用300mm厚，体积比1：1的碎石粗砂垫层。褥垫层夯填度控制在0.87～0.9范围内。
3、施工工艺
1、室内配合比试验
为了经济合理地确定各原材料的掺入比等技术参数，满足混合料塌落度16～20cm，标准抗压强度fcu≥15Mpa的要求，施工前首先需进行室内配比试验。本工程共进行3组不同配合比的设计，具体试配成果如下：
三组配合比成果均满足设计要求，但考虑到试验室试配、养护与搅拌站实际生产、现场正式施工等条件的差异，为确保工程质量，选取第Ⅲ组有较大强度富余量的试验配合比作为实际使用配合比。
2、CFG桩成桩试验
CFG桩正式施工前，首先需对原地基进行地质复勘，根据复勘结果，在具体代表性的位置进行工艺性试验，并详细记录整个试验过程的各项施工参数，为下一步正式施工及设计参数调整提供依据。
本工程地质复勘孔位沿西水闸、西排涝站轴线布置，共钻孔20个，复勘结果与原设计地质资料基本吻合。土层结构主要为上部分部中等透水的粉细砂层，厚度约10m，中部为相对不透水的粘性土，厚度24m～26m，下部分部强透水中粗砂层，厚度大于10m。设计单位根据复勘结果和不同结构承载力要求，结合现场场地开挖情况，确定在具有代表性位置的1区泵房、11区水闸闸室以及5区泵站箱涵进行3组成桩试验，每组4根。复勘孔位及试验桩位置如下图。
试验桩成桩28天后，分别对每组试验桩进行低应变检测，根据检测结果选取其中桩身质量较差的一根桩进行复合地基承载力试验，以验证是否满足设计复合地基承载力特征值。本工程三组试验桩经检测，均能满足设计要求，由此确定了施工桩基特性表。
3、CFG桩复合地基施工工艺
本工程CFG桩采用长螺旋钻杆管内泵压混凝土的施工工艺，施工设备主要包括长螺旋钻机、混凝土泵、混凝土搅拌罐车。复合地基具体施工流程图如下：
（1）施工准备：施工前，先清理平整场地，若场地太软，还需进行换填处理。场地成型后，根据桩位布置图，进行桩位的精确放样，桩中心用短钢筋定位，并撒石灰标记。
（2）桩机就位：钻机就位后，利用钻机塔身的前后左右垂直标杆检查塔身，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心。
（3）钻进成孔：钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面，启动马达钻进。先慢后快，这样既能减少钻杆晃动，又容易检查钻孔的偏差，及时纠正。在成孔过程中如发现钻杆晃动幅度较大或难钻时，应放慢进尺，否则较易导致桩孔严重偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏或扭断。根据塔身上刻度标记控制钻进深度，当钻头达到设计桩底标高时，停止钻进。
（4）灌注及拔管：泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料。拔管速度先慢后快，宜控制在1.8～2.5m/min，边提钻边灌混凝土至设计桩顶标高50cm以上留作保护桩头。提钻过程中，提钻高度应与砼泵送量相适应，以确保混合料均匀连续灌注。
（5）移机：当上一根桩施工完毕后，钻机移位，进行下一根桩的施工。施工时由于CFG桩排出的土较多，经常将临近的桩位覆盖，有时还会出现钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使未施工的桩位发生移动。因此，下一根桩施工时，还应根据轴线或周围桩的位置再次复核桩位。
（6）清除弃土：CFG桩施工过程中，应根据打设顺序及时清理转运排出的弃土，保证CFG桩連续施工，加快施工效率。
（7）开挖桩间土：由于CFG桩自身抗剪能力较差，表层及桩间土可利用小型挖掘机开挖，桩身四周土必须采用人工清理，以免机械操作过程中触碰桩头或桩间土挤压造成CFG桩浅部出现质量缺陷。
（8）破除保护桩头：水准仪精确测量出分区四角位置CFG桩的设计桩顶标高，横纵拉线，用红油漆在每根桩设计桩顶标高位置做好标记。桩头先用圆盘锯片沿标记位置四周向内切割，再用风镐将桩头凿除，割缝应尽可能深，以确保桩头的平整度及防止崩角。 （9）铺设褥垫层：桩基检测合格且基底通过验收后，开始铺设褥垫层。褥垫层材料粗砂、碎石应混合均匀，严格按虚铺厚度铺设，并利用蛙式打夯机或平板振动器振动密实，确保夯填度满足要求。
4、CFG桩复合地基检测
对CFG桩复合地基的检测在CFG桩施工完成28天后进行，检测内容包括低应变对桩身完整性的检测和单桩复合地基载荷试验对复合地基承载力的检测。
4.1 低应变检测
检测方法：在桩顶安置检波器，用锤敲击桩顶产生的弹性波由桩顶向下传播，当遇到不同的波阻抗界面（缺陷、桩底）后反射回桩顶，并由检波器接收存储，然后根据波形、波幅及其相位频谱变化特征来综合判定桩身的完整情况及缺陷位置，评价完整性等级。
成果分析：据桩身混凝土的均匀性，是否存在缺陷以及缺陷的严重程度，将桩身完整性划分为Ⅰ～Ⅳ类，其中Ⅰ、Ⅱ类桩为合格桩，Ⅲ、Ⅳ桩为不合格桩，需要进行处理，以下列举4类桩的一般波形特性图。
（1）根据波形曲线可知，桩体未见缺陷反射波，有桩底反射，桩身完整桩、均匀性良好，为I类桩。
（2）根据波形曲线可知，桩体在3m左右有轻微缺陷反射波，桩身基本完整，均匀性一般，为Ⅱ类桩。
（3）根据波形曲线可知，樁体在2.5m左右有明显缺陷反射波，桩身不完整，均匀性较差，为Ⅲ类桩。此种情况若缺陷位置深度较浅，可采用破除缺陷以上桩头后接桩的处理方式，否则，需进行补桩。
（4）根据波形曲线可知，桩体出现周期性反射波，未见桩底反射，桩身严重不完整，为Ⅳ类桩。此种情况若缺陷位置深度较浅，可采用破除缺陷以上桩头后接桩的处理方式，否则，需进行补桩。
4.2 单桩复合地基承载力试验
检测方法：采用等荷载增量逐级维持荷载法。最大加载按设计承载力的2倍控制，分8级施加，每级荷载施加后待沉降稳定，记录稳定沉降值。卸载级数为加荷级数的一半，直至卸荷至0，同样记录稳定沉降值。
成果分析：以西闸站2区箱涵16#CFG桩单桩复合地基静载试验为例，根据整个加卸荷载过程各级荷载值与对应累积沉降值绘制P～S、S～lgt曲线，如下图。
根据曲线分析可知，P～S曲线关系图总体表现为近似指数关系，无明显的转折点和临界点，S～lgt曲线呈平缓规则排列，表明桩体在检测范围内垂直压力作用下并未发生破坏。复合地基承载力特征值按规范要求取相对变形值S/b=0.01所对应的荷载，其中b（桩间距）=3000mm，求得s=30mm，根据P～S曲线对应承载力特征值为230kpa，大于设计承载力特征值210kpa，且最大沉降量小于设计要求150mm，满足设计要求。
5、CFG桩施工中常见问题及控制措施
（1）堵管：堵管是施工中常见的问题，特别是排除不畅时，使已搅拌的混合料失水结硬，增加再次堵管的几率，给施工带来很多困难。
（2）桩身下沉：在饱和粉土、粉细砂层中施工经常出现打完1号桩后，接着打相邻的2号桩时，随着钻杆的钻进，发现尚未结硬的1号桩桩顶突然下沉，导致桩顶标高低于设计标高，甚至出现桩头上部被土填充的不利情况。
（3）桩身缺陷：根据桩基检测结果分析统计，CFG桩桩体主要质量缺陷包括桩身夹泥、桩头存气空心、桩端不饱满等。
（4）断桩及接桩：CFG桩自身抗剪能力较差，在桩间土开挖过程中，由于机械操作不当，触碰或挤压桩身，经常出现浅部桩身有裂隙甚至断桩的情况。对此，一方面采用小型机械开挖表层土，人工开挖桩间土的方式，尽可能避免浅部缺陷出现，另一方面，当出现浅部缺陷时，必须进行接桩处理，使桩顶标高达到设计要求。接桩处理程序：①人工开挖桩周土至桩身缺陷部位以下不小于200mm；②将异常桩头凿除，剩余桩头面层凿毛并清洗；③立模加固，先铺一层水泥砂浆，再采用高一标号混凝土补至桩顶设计标高，补加部分直径宜大于原桩直径200mm。
五、结语
本文通过对汕头项目西闸站CFG桩复合地基施工工艺、试验检测、常见施工问题及控制措施三个方面进行介绍总结，希望对本工程基础施工过程管理有所帮助，同时也希望对后续同类基础处理工程起到一定的示例作用。
参考文献
[1] CFG桩复合地基技术及工程实践（第二版）.中国水利水电出版社.
[2] 汕头市东部城市经济带河口治理及综合开发项目新溪片区水利工程西闸站工程施工组织设计.
[3] 西闸站CFG桩试验检测报告.