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摘要：文章依据某高层住宅楼工程采用CFG桩复合地基，针对高层地基进行加固处理，阐述了CFG桩复合地基加固机理及在实际工程中的应用技术，进而得出了CFG桩复合地基处理具有缩短工期，降低工程成本，施工方便的优点。
关键词：CFG桩；施工应用；复合地基
一、概述
（一）CFG桩复合地基组成
CFG桩是英文Cement Fly-ash Grave的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。石屑的掺入可使桩体级配良好，对桩体强度起重要作用。粉煤灰是细骨料，起低强度等级水泥的作用，可提高桩体的后期强度。若用砂取代桩体中的石屑和粉煤灰，即为素混凝土桩。CFG桩、素混凝土桩都属于高黏结强度桩，其受力和变形特性均相同，通常称为CFG桩。桩体强度等级为C5～C25。CFG桩复合地基适用于条形基础、独立基础、筏基、箱形基础。适用于处理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基。
（二）CFG桩复合地基加固机理
1．受力分析。当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土同时受力，均发生变形，但因桩的弹性模量大于桩间土的弹性模量，所以桩的变形比土的变形小。而由于基础下面设置了一层一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入褥墊层中，褥垫层材料不断补充到桩间土上，这样可保证在任一荷载作用下桩和桩间土始终共同参与工作，如图1所示。
2．桩间土荷载分担。复合地基中桩和桩间土承受的荷载，可用桩土荷载分担比来表示。令δp表示桩承担的荷载与总荷载之比。δs表示
图 1CFG 桩原理示意
桩间土承担的荷载与总荷载之比。则：
δp=Pp/P；δs=Ps/P
式中：Pp为桩承担的荷载，Ps为桩间土承担的荷载，P为总荷载。在荷载一定，其他条件相同时，δp随桩长增加而增加；随桩距减小而增加；土的强度越低，δp越大；褥垫层越薄，δp越大。
二、CFG桩复合地基工程应用
（一）工程概况
某高层住宅楼为26层全现浇剪力墙结构，筏板基础，±0.00为39.80m，基底标高－7.48m，基础持力层为粉质黏土层。根据勘察报告该层地基承载力标准值fak=150kPa，由于天然地基承载力标准值不能满足承载力要求需进行地基处理。本工程采用了CFG桩复合地基基础方案，并设计要求经过CFG桩地基加固处理后的地基承载力标准值≥465kPa，最大沉降量≤50mm，倾斜变形值≤0.001。
（二）地质条件
本工程地基土主要由人工填土及第四系冲洪积成因的黏土、重粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土和砂性土及圆砾组成，其分布情况分述如下：
①杂填土厚0.60～3.50m，层底标高35.94～38.54m；
②黏质粉土层厚3.50～6.80m，层底标高32.22～34.01m；
③粉质黏土层厚1.40～ 6.70m，层底标高26.63～30.29m；
④粉细砂层厚0.70～4.60m，层底标高22.99～26.69m；
⑤黏质粉土层厚3.20～8.50m，层底标高17.21～ 22.49m；
⑥粉质黏土层厚5.20～10.50m，层底标高10.46～13.33m；
⑦细砂层厚1.70～3.70m，层底标高8.76～10.19m；
⑧圆砾层厚3.00～4.30m，层底标高5.06～6.14m；
⑨黏质黏土层厚6.50～8.90m，层底标高5.06～6.14m；
⑩粉细砂次层未揭穿。
（三）工艺选择
根据岩土工程勘察报告和设计要求，考虑到如下几种因素：（1）施工设备不宜选用振动机具，防止扰民和民扰；（2）深层降水有可能对已有建筑物产生不良影响，施工时除基坑开挖降水至基底标高以下1m外，不宜再做深层降水；（3）施工时不能出现泥浆对环境的影响等因素，故采用长螺旋钻管内泵压CFG桩混合料灌注成桩工艺。
（四）CFG桩设计
本工程设计CFG桩508根，桩径415mm，有效桩长21.0m，保护桩长均≥0.5m，桩距一般为1.5～1.6m，桩顶标高为绝对标高32.12m。桩身混料设计强度等级为C20，坍落度为160～200mm，桩底持力层为第⑦层，褥垫层厚度为200mm，材料选用粒径5～15mm碎石或石屑。
（五）CFG桩施工及质量控制措施
1．成桩工艺。采用液压步履式长螺旋钻机钻孔，钻至设计深度后，由混凝土泵将混合料通过管道送入钻杆，充满料后开始提钻，提管速度与混凝土泵的单位时间输送量相匹配，这一过程是保证成桩质量的关键环节，成桩工艺过程：钻机就位→钻孔至设计深度→送料提管→移位→封护桩顶。
2．施工流程。CFG桩施工流程主要考虑桩的检测和桩机的操作便利。打桩顺序与清土方法、进度及场地土质情况有关。CFG 桩施工从东南角开始，按逆时针方向打，闭合后由南向北打桩，从北端中部结束退出。为保护新施工的桩头免遭相邻桩基施工破坏，应跳孔施工。
3．混凝土搅拌质量和施工控制。混凝土的搅拌质量直接影响成桩的质量和施工速度，当混凝土出现不均匀、离析、泌水等质量问题时易发生堵管，影响正常施工，因此，施工时必须保证混凝土的搅拌质量。做到配料计量准确、保证搅拌时间、混凝土要有良好的可泵性。混凝土的坍落度控制在160～200mm，坍落度过小，影响泵送效率甚至发生堵管；坍落度过大，则因离析泌水，同样容易发生堵管。另外试块是反映CFG桩桩身强度的重要依据，要做好试块的标养、测试工作。
4．混凝土泵送的质量和施工控制。具体控制措施如下：（1）施工前先将搅拌机的搅拌筒、混凝土泵的料斗及管线用清水湿润，然后搅拌一定量的水泥砂浆润滑管线；（2）钻孔达到设计深度后，开始泵送，泵送料达到钻杆芯管一定高度后，方可拔管，拔管速率必须控制与泵送量相匹配，拔管要匀速且不能超过3m/min，以保证钻头始终埋在CFG桩混合液面以下，避免进水、夹泥等质量缺陷的发生；（3）施工时始终保持混凝土泵料斗中的混凝土液面在料斗底面以上一定高度，以免泵送时吸入空气，造成堵管。
（六）成桩质量要求和施工控制
1．桩位控制。在施工前根据设计图纸，将建筑物的控制轴线施放到施工作业面上，并放出桩的位置。桩位定位方法现场采用插以木制短棍撒白灰点来表示桩位，点位应明显易找且不易破坏。桩位误差不大于200mm。
2．垂直度控制。钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查导杆校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，桩身垂直度偏差不得大于1%。钻孔开始，封住钻头阀门，使钻杆向下移至钻头触及地面时，开动钻机旋动钻头。一般先慢后快，在成孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺。
3．桩长控制。桩长通过塔身上的刻度标记进行控制，当动力头底面到达标记处，桩长即满足设计要求。孔深误差不大于500mm。
4．成桩控制。成孔时钻头到达设计标高后，钻杆停止钻动，开始泵送混凝土，禁止将钻杆向上提升后再泵送。成桩过程宜连续进行，应避免后台上料慢造成的供料不足、停机待机现象。若施工中因其他原因不能连续灌注时，应避开饱和砂土、粉土层，不宜在这些土层内停机。成桩过程中必须保证排气阀正常工作。当成桩距桩顶标高2. 0m 以内时不能停泵，直到高出桩顶。
（七）打桩弃土及保护土层清理
打桩弃土要求随打随清。保护土层的清理在CFG桩施工完毕后进行，采用机械配合人工进行清理，清理时预留30cm 保护土层，最后由人工清除整平。另外，施工现场配备履带式挖掘机，打桩施工结束时安排挖掘机进入基坑作业，及时将打桩弃土、桩间保护土倒运并适当集中，采用运土车辆将其运出消纳，同时配备足够人工配合挖掘机进行基底整平，用水准仪严格控制标高。工作过程中不可对设计桩顶标高以下的桩体产生损坏，不能扰动桩间土。
（八）桩头修整
截桩头时需人工剔除，2人或4人用钢钎水平方向两两相对用大锤同时击打，且水平一致，钢钎头不能上挑，将桩头截断。桩头截断后用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至设计标高。桩顶表面不可出现斜面，桩顶标高误差控制在0～20mm，如低于设计标高，必须将桩顶凿毛，用与CFG桩同强度等级的素混凝土接桩至设计标高。
（九）褥垫层铺设
褥垫层材料选用5～20mm碎石，先虚铺22～23cm，再用平板振动器振捣至褥垫层设计标高，压实后褥垫层厚度为20cm，夯填度（ 压实厚度与虚铺厚度之比）不大于0.9。局部褥垫层做法如图2所示：
图 2局部褥垫层做法示意
三、CFG桩复合地基检测
CFG桩复合地基施工完工后，建设单位委托国家建筑工程质量监督检中心对现场3根桩进行单桩静载荷检测试验，结果见表1：
表 1CFG桩复合地基检测结果
试验结果表明，复合地基承载力标准值满足承载力的设计要求。另外对占总桩数10%（51根）的桩进行低应变检测。低应变检测结果表明除一根桩在1.8m左右有轻微缺陷，属于Ⅱ类桩外，其余均为Ⅰ类桩，满足设计要求。
四、结语
通过本工程CFG桩复合地基施工及检测证明，CFG桩能否紧密结合具体地质条件进行设计、施工能否进行管理严格是复合地基处理能否达到设计承载力要求的关键，这就要求CFG桩应由专业队伍进行施工。通过CFG 桩复合地基与其它的地基处理方法进行对比分析，得出了CFG桩复合地基处理具有缩短工期，降低工程成本，施工方便、噪声小、环境无污染等优点，具备良好的经济及社会效益。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：CFG桩；施工应用；复合地基
一、概述
（一）CFG桩复合地基组成
CFG桩是英文Cement Fly-ash Grave的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。石屑的掺入可使桩体级配良好，对桩体强度起重要作用。粉煤灰是细骨料，起低强度等级水泥的作用，可提高桩体的后期强度。若用砂取代桩体中的石屑和粉煤灰，即为素混凝土桩。CFG桩、素混凝土桩都属于高黏结强度桩，其受力和变形特性均相同，通常称为CFG桩。桩体强度等级为C5～C25。CFG桩复合地基适用于条形基础、独立基础、筏基、箱形基础。适用于处理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基。
（二）CFG桩复合地基加固机理
1．受力分析。当基础承受垂直荷载时，桩和桩间土同时受力，均发生变形，但因桩的弹性模量大于桩间土的弹性模量，所以桩的变形比土的变形小。而由于基础下面设置了一层一定厚度的褥垫层，桩可以向上刺入褥墊层中，褥垫层材料不断补充到桩间土上，这样可保证在任一荷载作用下桩和桩间土始终共同参与工作，如图1所示。
2．桩间土荷载分担。复合地基中桩和桩间土承受的荷载，可用桩土荷载分担比来表示。令δp表示桩承担的荷载与总荷载之比。δs表示
图 1CFG 桩原理示意
桩间土承担的荷载与总荷载之比。则：
δp=Pp/P；δs=Ps/P
式中：Pp为桩承担的荷载，Ps为桩间土承担的荷载，P为总荷载。在荷载一定，其他条件相同时，δp随桩长增加而增加；随桩距减小而增加；土的强度越低，δp越大；褥垫层越薄，δp越大。
二、CFG桩复合地基工程应用
（一）工程概况
某高层住宅楼为26层全现浇剪力墙结构，筏板基础，±0.00为39.80m，基底标高－7.48m，基础持力层为粉质黏土层。根据勘察报告该层地基承载力标准值fak=150kPa，由于天然地基承载力标准值不能满足承载力要求需进行地基处理。本工程采用了CFG桩复合地基基础方案，并设计要求经过CFG桩地基加固处理后的地基承载力标准值≥465kPa，最大沉降量≤50mm，倾斜变形值≤0.001。
（二）地质条件
本工程地基土主要由人工填土及第四系冲洪积成因的黏土、重粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土和砂性土及圆砾组成，其分布情况分述如下：
①杂填土厚0.60～3.50m，层底标高35.94～38.54m；
②黏质粉土层厚3.50～6.80m，层底标高32.22～34.01m；
③粉质黏土层厚1.40～ 6.70m，层底标高26.63～30.29m；
④粉细砂层厚0.70～4.60m，层底标高22.99～26.69m；
⑤黏质粉土层厚3.20～8.50m，层底标高17.21～ 22.49m；
⑥粉质黏土层厚5.20～10.50m，层底标高10.46～13.33m；
⑦细砂层厚1.70～3.70m，层底标高8.76～10.19m；
⑧圆砾层厚3.00～4.30m，层底标高5.06～6.14m；
⑨黏质黏土层厚6.50～8.90m，层底标高5.06～6.14m；
⑩粉细砂次层未揭穿。
（三）工艺选择
根据岩土工程勘察报告和设计要求，考虑到如下几种因素：（1）施工设备不宜选用振动机具，防止扰民和民扰；（2）深层降水有可能对已有建筑物产生不良影响，施工时除基坑开挖降水至基底标高以下1m外，不宜再做深层降水；（3）施工时不能出现泥浆对环境的影响等因素，故采用长螺旋钻管内泵压CFG桩混合料灌注成桩工艺。
（四）CFG桩设计
本工程设计CFG桩508根，桩径415mm，有效桩长21.0m，保护桩长均≥0.5m，桩距一般为1.5～1.6m，桩顶标高为绝对标高32.12m。桩身混料设计强度等级为C20，坍落度为160～200mm，桩底持力层为第⑦层，褥垫层厚度为200mm，材料选用粒径5～15mm碎石或石屑。
（五）CFG桩施工及质量控制措施
1．成桩工艺。采用液压步履式长螺旋钻机钻孔，钻至设计深度后，由混凝土泵将混合料通过管道送入钻杆，充满料后开始提钻，提管速度与混凝土泵的单位时间输送量相匹配，这一过程是保证成桩质量的关键环节，成桩工艺过程：钻机就位→钻孔至设计深度→送料提管→移位→封护桩顶。
2．施工流程。CFG桩施工流程主要考虑桩的检测和桩机的操作便利。打桩顺序与清土方法、进度及场地土质情况有关。CFG 桩施工从东南角开始，按逆时针方向打，闭合后由南向北打桩，从北端中部结束退出。为保护新施工的桩头免遭相邻桩基施工破坏，应跳孔施工。
3．混凝土搅拌质量和施工控制。混凝土的搅拌质量直接影响成桩的质量和施工速度，当混凝土出现不均匀、离析、泌水等质量问题时易发生堵管，影响正常施工，因此，施工时必须保证混凝土的搅拌质量。做到配料计量准确、保证搅拌时间、混凝土要有良好的可泵性。混凝土的坍落度控制在160～200mm，坍落度过小，影响泵送效率甚至发生堵管；坍落度过大，则因离析泌水，同样容易发生堵管。另外试块是反映CFG桩桩身强度的重要依据，要做好试块的标养、测试工作。
4．混凝土泵送的质量和施工控制。具体控制措施如下：（1）施工前先将搅拌机的搅拌筒、混凝土泵的料斗及管线用清水湿润，然后搅拌一定量的水泥砂浆润滑管线；（2）钻孔达到设计深度后，开始泵送，泵送料达到钻杆芯管一定高度后，方可拔管，拔管速率必须控制与泵送量相匹配，拔管要匀速且不能超过3m/min，以保证钻头始终埋在CFG桩混合液面以下，避免进水、夹泥等质量缺陷的发生；（3）施工时始终保持混凝土泵料斗中的混凝土液面在料斗底面以上一定高度，以免泵送时吸入空气，造成堵管。
（六）成桩质量要求和施工控制
1．桩位控制。在施工前根据设计图纸，将建筑物的控制轴线施放到施工作业面上，并放出桩的位置。桩位定位方法现场采用插以木制短棍撒白灰点来表示桩位，点位应明显易找且不易破坏。桩位误差不大于200mm。
2．垂直度控制。钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查导杆校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，桩身垂直度偏差不得大于1%。钻孔开始，封住钻头阀门，使钻杆向下移至钻头触及地面时，开动钻机旋动钻头。一般先慢后快，在成孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺。
3．桩长控制。桩长通过塔身上的刻度标记进行控制，当动力头底面到达标记处，桩长即满足设计要求。孔深误差不大于500mm。
4．成桩控制。成孔时钻头到达设计标高后，钻杆停止钻动，开始泵送混凝土，禁止将钻杆向上提升后再泵送。成桩过程宜连续进行，应避免后台上料慢造成的供料不足、停机待机现象。若施工中因其他原因不能连续灌注时，应避开饱和砂土、粉土层，不宜在这些土层内停机。成桩过程中必须保证排气阀正常工作。当成桩距桩顶标高2. 0m 以内时不能停泵，直到高出桩顶。
（七）打桩弃土及保护土层清理
打桩弃土要求随打随清。保护土层的清理在CFG桩施工完毕后进行，采用机械配合人工进行清理，清理时预留30cm 保护土层，最后由人工清除整平。另外，施工现场配备履带式挖掘机，打桩施工结束时安排挖掘机进入基坑作业，及时将打桩弃土、桩间保护土倒运并适当集中，采用运土车辆将其运出消纳，同时配备足够人工配合挖掘机进行基底整平，用水准仪严格控制标高。工作过程中不可对设计桩顶标高以下的桩体产生损坏，不能扰动桩间土。
（八）桩头修整
截桩头时需人工剔除，2人或4人用钢钎水平方向两两相对用大锤同时击打，且水平一致，钢钎头不能上挑，将桩头截断。桩头截断后用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至设计标高。桩顶表面不可出现斜面，桩顶标高误差控制在0～20mm，如低于设计标高，必须将桩顶凿毛，用与CFG桩同强度等级的素混凝土接桩至设计标高。
（九）褥垫层铺设
褥垫层材料选用5～20mm碎石，先虚铺22～23cm，再用平板振动器振捣至褥垫层设计标高，压实后褥垫层厚度为20cm，夯填度（ 压实厚度与虚铺厚度之比）不大于0.9。局部褥垫层做法如图2所示：
图 2局部褥垫层做法示意
三、CFG桩复合地基检测
CFG桩复合地基施工完工后，建设单位委托国家建筑工程质量监督检中心对现场3根桩进行单桩静载荷检测试验，结果见表1：
表 1CFG桩复合地基检测结果
试验结果表明，复合地基承载力标准值满足承载力的设计要求。另外对占总桩数10%（51根）的桩进行低应变检测。低应变检测结果表明除一根桩在1.8m左右有轻微缺陷，属于Ⅱ类桩外，其余均为Ⅰ类桩，满足设计要求。
四、结语
通过本工程CFG桩复合地基施工及检测证明，CFG桩能否紧密结合具体地质条件进行设计、施工能否进行管理严格是复合地基处理能否达到设计承载力要求的关键，这就要求CFG桩应由专业队伍进行施工。通过CFG 桩复合地基与其它的地基处理方法进行对比分析，得出了CFG桩复合地基处理具有缩短工期，降低工程成本，施工方便、噪声小、环境无污染等优点，具备良好的经济及社会效益。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。