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摘要：从CFG 桩的特点、工艺流程、施工质量难点及预防措施等方面浅谈其在建筑工程中的应用。
关键词：CFG 桩；长螺旋钻；复合地基；预防措施；应用
1 工程概况
某新建项目11#楼工程，总建筑面积14145m2，地上十八层，地下2 层，地基基础采用CFG 桩进行处理。本工程CFG 桩设计桩径400mm，设计桩长21m，C20 混凝土，桩数529根。
2 CFG 桩
CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement fly-ash Gravel）的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加适量水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩，适用于处理黏性土、粉土、砂土和淤泥质土、杂填土等地基。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25 之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG 桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG 桩复合地基共同工作。与桩基础或桩-箱基础相比，CFG 桩一般不用设钢筋笼，可节约大量钢材，从而降低工程造价，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价[1]。CFG 桩不需要排泥，不污染环境，施工工艺简单，施工速度快；CFG 桩灌注的砼具有一定的粘结强度和良好的和易性，使其在振动沉管中不易离析，泌水，从而保证桩身施工质量，由于粉煤灰不断发生水化反应，使桩身砼的后期强度增大，这对CFG 桩承受上部荷载有了可靠保证；CFG桩复合地基承载力提高幅度大，沉降沉降变形小，加固软土地基效果显著，具有广泛的适应性；普遍应用于工业厂房和民用住宅的地基处理和加固[2]。CFG 桩复合地基技术采用的施工方法有：长螺旋钻孔灌注成桩，长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成柱，振动沉管灌注成桩等。本工程采用长螺旋钻孔灌注成桩。
3 工艺流程
3.1 测量放线
利用全站仪根据建设单位提供的坐标控制点引出现场控制坐标点，根据图纸标注尺寸计算出桩位坐标，直接放出桩位点。用水准仪将高程引至现场，设置永久控制点。绘制测量复核签证单，经监理工程师认可合格后方可进行下步施工。
3.2 钻进就位、成孔
桩机就位前再次校核桩位，桩位校正无误后桩机再就位。调整底盘平整度，确定桩位无误后，使钻杆轴线垂直对准孔位中心位置；用水准仪测出地面标高，确定钻杆入土深度，并在主立杆上标记准确位置。钻孔过程中应及时清理桩孔周边钻出的泥土，其间如发现钻杆偏斜、桩位不准等情况应立即停钻上提，重新定位、调直后再钻，直至设计桩底标高。钻到预定深度后，应该进行空转清土然后停止转动，提升钻杆。注意在空转清土时不得加深钻进；提钻时不得回转钻杆。
3.3 混凝土运送
本工程采用商品混凝土，根据《混凝土结构工程质量验收规范（GB50204-2002）》及有关规定要求，施工前必须检查施工砼配合比及坍落度，在成桩过程中随机抽样，每天至少有一组试块。
3.4 泵送压灌砼成桩
CFG 桩钻进到设计标高后，停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料。控制混合料泵送量与拔管速度相匹配，不得停泵待料。当提钻速度远小于混凝土泵送量时，造成钻头阀门出口阻力增大，这时钻杆内和输送管路上混凝土输送压力增大，在泵送压力的作用下，混凝土容易发生泌水离析，导致堵管。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，桩顶浮浆过多，形成混合料离析现象，导致桩身强度不足。克服由于提钻速度和混凝土泵送量不协调而造成堵管，就要使提钻速度和混凝土泵送量达到动态平衡，即实现钻头同桩孔中混凝土料面相对位置的动态平衡，其次要掌握提钻时机，当钻头进入土层预定标高后停止钻进，开始泵送砼，待输送管及钻杆芯管充满混凝土后，应及时提钻，否则在泵送压力作用下容易将钻头处水泥浆液挤出，使钻头阀门处产生干硬性混凝土塞体，使管路堵塞。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在1.2~1.5mm/min，一般桩顶浮浆可控制在10cm 左右。
坍落度的大小对CFG 桩施工质量影响也很显著，坍落度过大，会形成桩顶浮浆过多，形成混凝土的离析和泌水，导致混凝土流动性降低，频繁堵管。长螺旋管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160～200nm，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。每根桩在加料时，要比设计桩长多加0.5m 桩长的料。上部用土封顶，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。
3.5 移机
当上一根桩施工完毕后，钻机移位，由于CFG桩排出的土较多，可将临近的桩位覆盖，或因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动，因此，下一根桩施工时，应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。
3.6 弃土清运
CFG 桩施工完毕，待桩体达到一定强度，一般七天左右，方可进行开槽清土。清土时可采用机械和人工联合清运。采用挖掘机清土时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动桩工作面以下保护土层，禁止在打桩工作面上行走，挖掘机清理玩大片弃土后，人工将桩身保护桩长大部分挖除，或使其与桩身断开，一般留下30厘米的保护桩长，打桩弃土清运完毕后，其下50厘米保护土层采用人工挖除。
3.7 桩头处理
弃土工作完毕后，需将桩顶设计标高以上桩头截断，首先找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断，最好采用截桩机截桩，其次，桩头截断后，用钢钎、手锤等将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高，允许偏差为0-±20厘米。
3.8 褥垫层的处理
CFG桩复合地基检验完毕且满足设计要求后，可进行褥垫层施工。褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石，也可为细石混凝土，碎石粒径多为8-20毫米，其厚度一般为10-30毫米，具体情况根据施工图纸酌定。
4 施工质量难点及预防措施
4.1 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。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG 桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。
堵管的原因及预防措施：1）严格控制混合料配合比。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时，混合料和易性不好，常发生堵管。因此，要注意混合料的配合比，尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70～90 kg/m3 的范围内，坍落度应控制在160～200 mm之间。2）施工操作不当。钻孔进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出，容易造成管路堵塞。3）冬期施工措施不当。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，有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度，但要控制好水的温度，水温最好不要超过60 ℃，否则会造成混合料的早凝，产生堵管，影响混合料的强度。4）设备缺陷。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。
4.2 窜孔
窜孔主要是由于被加固土层中有松散的饱和粉土及粉细砂或钻杆钻进过程中剪切作用使土体受到扰动或能量积累土体产生液化。
预防措施：1）在工程桩施工前，应先做不少于2 根试验桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题，修订施工工艺。2）采取隔桩、隔排跳打方法。3）根据地质具体情况，合理选择桩间距，一般以4 倍桩径为宜，若土的挤密性好，桩距可以取得小一些。4）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。5）合理提高钻头钻进速度。
4.3 桩头空芯
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。
4.4 桩端不饱满
主要是因为施工中为了方便阀门的打开，先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔，影响CFG 桩的桩端承载力。为杜绝这种情况，施工中前、后台工人应密切配合，保证提钻和泵料的一致性。
4.5 缩颈或断桩
主要原因是由于灌装填料配比有误及搅拌时间不够；冬施混合料保温措施不当；拔管速度控制不好；开槽机桩顶处理不好。
预防措施：1）要严格按不同土层进行配料，搅拌时间要充分，每盘至少3 min。2）做好成孔、搅拌、压灌、提钻各道工序的密切配合，提钻速度应与混凝土泵送量相匹配，严格掌握混凝土的输入量大于提钻产生的空孔体积，使混凝土面经常保持在钻头以上1m，以免在混凝土中形成充水的孔洞。3）控制拔管速度，一般1～1.2 m/min。用浮标观测(测每米混凝土灌量是否满足设计灌量)以找出缩颈部位，每拔管1.5～2.0 m，留振20 s左右(根据地质情况掌握留振次数与时间或者不留振)。4）施工中要详细、认真地做好施工记录及施工监测，一旦出现缩颈或断桩，可采取扩颈方法（如复打法、翻插法或局部翻插法），或者加桩处理。
4.6 施工中局部实际灌量小于设计灌量
主要原因是由于开始拔管时桩尖活瓣被粘性土抱着张不开，材料不能顺利流出；桩间距过小；混凝土初凝后才灌入。预防措施：1）在沉管前灌入一定量的粉煤灰碎石混合材料，起到封底作用。2）确定实际灌量的充盈系数（按规范规定的1.1～1.3 选用）。3）用浮标观测检查控制填充材料的灌量，否则应采取补救措施，并作好详细记录。
5 结束语
近些年来，有些建筑物不得不在不良地基上修建，当地基承载力和变形不能满足设计要求需要时，需要进行处理。另外，随着建筑造型的复杂化，建筑物的荷载日益增大和不均匀，对形变的要求也越来越高，即使一些良好的地基，也可能在某些特定条件下需要进行处理。而现在广泛应用的钻孔灌注桩、振动沉管灌注桩等固有的缺陷十分突出，主要表现在施工速度慢，场地污染严重，成桩质量难以保证，材料浪费大，容易出现各种弊病， CFG桩复合地基处理表现出较大的优势，其承载力高、施工快捷、造价低廉、噪音小、无泥浆污染，是一种较为理想的地基处理技术。CFG桩目前已成为高层、超高层建筑工程的主要地基处理形式，随着应用过程中出现的堵管、窜孔、缩颈、断桩等问题的逐渐解决，CFG桩技术将进一步推广和应用。CFG桩技术显著的经济效益和广阔的推广前景，在建筑史上，定能书写新的篇章。
参考文献
[1]任鹏, 邓荣贵, 于志强. CFG桩复合地基试验研究[J]. 岩土力学 , 2008,29(1)
[2]丁铭绩. 高速铁路CFG桩桩板复合地基工后沉降数值模拟[J]. 中国铁道科学,2008, 29(3)
关键词：CFG 桩；长螺旋钻；复合地基；预防措施；应用
1 工程概况
某新建项目11#楼工程，总建筑面积14145m2，地上十八层，地下2 层，地基基础采用CFG 桩进行处理。本工程CFG 桩设计桩径400mm，设计桩长21m，C20 混凝土，桩数529根。
2 CFG 桩
CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement fly-ash Gravel）的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加适量水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩，适用于处理黏性土、粉土、砂土和淤泥质土、杂填土等地基。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25 之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG 桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG 桩复合地基共同工作。与桩基础或桩-箱基础相比，CFG 桩一般不用设钢筋笼，可节约大量钢材，从而降低工程造价，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价[1]。CFG 桩不需要排泥，不污染环境，施工工艺简单，施工速度快；CFG 桩灌注的砼具有一定的粘结强度和良好的和易性，使其在振动沉管中不易离析，泌水，从而保证桩身施工质量，由于粉煤灰不断发生水化反应，使桩身砼的后期强度增大，这对CFG 桩承受上部荷载有了可靠保证；CFG桩复合地基承载力提高幅度大，沉降沉降变形小，加固软土地基效果显著，具有广泛的适应性；普遍应用于工业厂房和民用住宅的地基处理和加固[2]。CFG 桩复合地基技术采用的施工方法有：长螺旋钻孔灌注成桩，长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成柱，振动沉管灌注成桩等。本工程采用长螺旋钻孔灌注成桩。
3 工艺流程
3.1 测量放线
利用全站仪根据建设单位提供的坐标控制点引出现场控制坐标点，根据图纸标注尺寸计算出桩位坐标，直接放出桩位点。用水准仪将高程引至现场，设置永久控制点。绘制测量复核签证单，经监理工程师认可合格后方可进行下步施工。
3.2 钻进就位、成孔
桩机就位前再次校核桩位，桩位校正无误后桩机再就位。调整底盘平整度，确定桩位无误后，使钻杆轴线垂直对准孔位中心位置；用水准仪测出地面标高，确定钻杆入土深度，并在主立杆上标记准确位置。钻孔过程中应及时清理桩孔周边钻出的泥土，其间如发现钻杆偏斜、桩位不准等情况应立即停钻上提，重新定位、调直后再钻，直至设计桩底标高。钻到预定深度后，应该进行空转清土然后停止转动，提升钻杆。注意在空转清土时不得加深钻进；提钻时不得回转钻杆。
3.3 混凝土运送
本工程采用商品混凝土，根据《混凝土结构工程质量验收规范（GB50204-2002）》及有关规定要求，施工前必须检查施工砼配合比及坍落度，在成桩过程中随机抽样，每天至少有一组试块。
3.4 泵送压灌砼成桩
CFG 桩钻进到设计标高后，停止钻进，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后开始拔管，严禁先提管后泵料。控制混合料泵送量与拔管速度相匹配，不得停泵待料。当提钻速度远小于混凝土泵送量时，造成钻头阀门出口阻力增大，这时钻杆内和输送管路上混凝土输送压力增大，在泵送压力的作用下，混凝土容易发生泌水离析，导致堵管。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，桩顶浮浆过多，形成混合料离析现象，导致桩身强度不足。克服由于提钻速度和混凝土泵送量不协调而造成堵管，就要使提钻速度和混凝土泵送量达到动态平衡，即实现钻头同桩孔中混凝土料面相对位置的动态平衡，其次要掌握提钻时机，当钻头进入土层预定标高后停止钻进，开始泵送砼，待输送管及钻杆芯管充满混凝土后，应及时提钻，否则在泵送压力作用下容易将钻头处水泥浆液挤出，使钻头阀门处产生干硬性混凝土塞体，使管路堵塞。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在1.2~1.5mm/min，一般桩顶浮浆可控制在10cm 左右。
坍落度的大小对CFG 桩施工质量影响也很显著，坍落度过大，会形成桩顶浮浆过多，形成混凝土的离析和泌水，导致混凝土流动性降低，频繁堵管。长螺旋管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160～200nm，成桩过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致停机待料。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。每根桩在加料时，要比设计桩长多加0.5m 桩长的料。上部用土封顶，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。
3.5 移机
当上一根桩施工完毕后，钻机移位，由于CFG桩排出的土较多，可将临近的桩位覆盖，或因钻机支撑时支撑脚压在桩位旁使原标定的桩位发生移动，因此，下一根桩施工时，应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，保证桩位准确。
3.6 弃土清运
CFG 桩施工完毕，待桩体达到一定强度，一般七天左右，方可进行开槽清土。清土时可采用机械和人工联合清运。采用挖掘机清土时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动桩工作面以下保护土层，禁止在打桩工作面上行走，挖掘机清理玩大片弃土后，人工将桩身保护桩长大部分挖除，或使其与桩身断开，一般留下30厘米的保护桩长，打桩弃土清运完毕后，其下50厘米保护土层采用人工挖除。
3.7 桩头处理
弃土工作完毕后，需将桩顶设计标高以上桩头截断，首先找出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断，最好采用截桩机截桩，其次，桩头截断后，用钢钎、手锤等将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高，允许偏差为0-±20厘米。
3.8 褥垫层的处理
CFG桩复合地基检验完毕且满足设计要求后，可进行褥垫层施工。褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石，也可为细石混凝土，碎石粒径多为8-20毫米，其厚度一般为10-30毫米，具体情况根据施工图纸酌定。
4 施工质量难点及预防措施
4.1 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。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG 桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。
堵管的原因及预防措施：1）严格控制混合料配合比。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时，混合料和易性不好，常发生堵管。因此，要注意混合料的配合比，尤其要注意将粉煤灰掺量控制在70～90 kg/m3 的范围内，坍落度应控制在160～200 mm之间。2）施工操作不当。钻孔进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出，容易造成管路堵塞。3）冬期施工措施不当。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，有时会采用加热水的办法提高混合料的出口温度，但要控制好水的温度，水温最好不要超过60 ℃，否则会造成混合料的早凝，产生堵管，影响混合料的强度。4）设备缺陷。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。
4.2 窜孔
窜孔主要是由于被加固土层中有松散的饱和粉土及粉细砂或钻杆钻进过程中剪切作用使土体受到扰动或能量积累土体产生液化。
预防措施：1）在工程桩施工前，应先做不少于2 根试验桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题，修订施工工艺。2）采取隔桩、隔排跳打方法。3）根据地质具体情况，合理选择桩间距，一般以4 倍桩径为宜，若土的挤密性好，桩距可以取得小一些。4）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。5）合理提高钻头钻进速度。
4.3 桩头空芯
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。
4.4 桩端不饱满
主要是因为施工中为了方便阀门的打开，先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔，影响CFG 桩的桩端承载力。为杜绝这种情况，施工中前、后台工人应密切配合，保证提钻和泵料的一致性。
4.5 缩颈或断桩
主要原因是由于灌装填料配比有误及搅拌时间不够；冬施混合料保温措施不当；拔管速度控制不好；开槽机桩顶处理不好。
预防措施：1）要严格按不同土层进行配料，搅拌时间要充分，每盘至少3 min。2）做好成孔、搅拌、压灌、提钻各道工序的密切配合，提钻速度应与混凝土泵送量相匹配，严格掌握混凝土的输入量大于提钻产生的空孔体积，使混凝土面经常保持在钻头以上1m，以免在混凝土中形成充水的孔洞。3）控制拔管速度，一般1～1.2 m/min。用浮标观测(测每米混凝土灌量是否满足设计灌量)以找出缩颈部位，每拔管1.5～2.0 m，留振20 s左右(根据地质情况掌握留振次数与时间或者不留振)。4）施工中要详细、认真地做好施工记录及施工监测，一旦出现缩颈或断桩，可采取扩颈方法（如复打法、翻插法或局部翻插法），或者加桩处理。
4.6 施工中局部实际灌量小于设计灌量
主要原因是由于开始拔管时桩尖活瓣被粘性土抱着张不开，材料不能顺利流出；桩间距过小；混凝土初凝后才灌入。预防措施：1）在沉管前灌入一定量的粉煤灰碎石混合材料，起到封底作用。2）确定实际灌量的充盈系数（按规范规定的1.1～1.3 选用）。3）用浮标观测检查控制填充材料的灌量，否则应采取补救措施，并作好详细记录。
5 结束语
近些年来，有些建筑物不得不在不良地基上修建，当地基承载力和变形不能满足设计要求需要时，需要进行处理。另外，随着建筑造型的复杂化，建筑物的荷载日益增大和不均匀，对形变的要求也越来越高，即使一些良好的地基，也可能在某些特定条件下需要进行处理。而现在广泛应用的钻孔灌注桩、振动沉管灌注桩等固有的缺陷十分突出，主要表现在施工速度慢，场地污染严重，成桩质量难以保证，材料浪费大，容易出现各种弊病， CFG桩复合地基处理表现出较大的优势，其承载力高、施工快捷、造价低廉、噪音小、无泥浆污染，是一种较为理想的地基处理技术。CFG桩目前已成为高层、超高层建筑工程的主要地基处理形式，随着应用过程中出现的堵管、窜孔、缩颈、断桩等问题的逐渐解决，CFG桩技术将进一步推广和应用。CFG桩技术显著的经济效益和广阔的推广前景，在建筑史上，定能书写新的篇章。
参考文献
[1]任鹏, 邓荣贵, 于志强. CFG桩复合地基试验研究[J]. 岩土力学 , 2008,29(1)
[2]丁铭绩. 高速铁路CFG桩桩板复合地基工后沉降数值模拟[J]. 中国铁道科学,2008, 29(3)