论文部分内容阅读
摘要：CFG
桩基复合地基成套技术是中国建筑科学研究院地基所20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术。其广泛应用与工程建设当中。文中对CFG桩复合地基的设计考虑因素进行阐述的基础，提出了CFG桩施工中常见的一些问题，并对这些问题给出了解决措施。
关键词：CFG桩、复合地基、设计、施工
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
所谓的CFG桩就是粉煤灰碎石桩的简称，其是在碎石桩加固的基础之上发展而来的，主要有石屑、水泥、粉煤灰和砂加水搅拌而成的一种粘结强度较高的桩。文中从CFG桩承载力设计以及复合地基变形设计进行入手，对CFG桩施工中存在的问题给出了相应的解决措施。
二、CFG桩复合地基设计考虑因素
1、复合地基承载力设计时需要考虑下列因素：
（1）施工过程中对桩间土承载力的影响；（2）桩对土的约束作用使土的变形减少；（3）复合地基中的桩比自由单桩承载力要高；（4）桩和桩间土承载力的发挥需要一定的变形；（5）复合地基桩间土承载力的发挥与CFG桩顶褥垫层的厚度有关。
由此可见：复合地基承载力值由桩长、桩径、桩间距、桩间土承载力、桩端土承载力、桩间土的力学性质、桩身强度及完整性等决定，施工过程中需加以注意。
2、CFG桩复合地基变形
CFG桩复合地基沉降主要由三部分组成。一为加固深度范围内的压缩变形，二为下卧层变形，三为褥垫层变形。而褥垫层变形数量很小可忽略不计。故桩端应选择承载力较高的土层做为桩端持力层。
三、CFG桩法复合地基的施工
CFG桩法具有施工进度快、工期短、质量容易控制、工程造价低等特点，目前成为应用最为普遍的软土地基处理技术之一。
1、施工工艺
CFG桩法的施工，应根据设计要求和現场地基土的性质、地下水埋深、场地周围是否有居民、有无对振动反映敏感的设备等因素选择施工工艺。
近几年在国内省内使用比较广泛的就是长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺，属非挤土工艺，具有穿透力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。
2、制桩
工艺流程：测量定桩位→钻具对准孔位→开钻钻孔→钻至设计深度提钻同时泵送混合料→至桩顶(保护桩长)成桩。
施钻至设计深度后，要准确掌握提拔钻杆时间，钻孔达到预定深度后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管、输送软管及硬管内混合料连续时即提钻。混合料泵送量与提管速度相配合，提升钻杆过程连续泵料，特别是在饱和砂土、饱和粉土层中更不得停泵待料，避免混合料离析、桩身缩径和断桩。视地形条件应预留保护桩长。保护桩长是指在制桩时预先设定加长的一段桩长，基础开挖时将其凿除，一般可取500～700mm。原因有三：制成桩顶不一定等高；桩顶强度不均匀；增大桩顶自重以提高桩周土抵抗挤压能力。桩体垂直度偏差不应大于1%。
3、截桩
CFG桩施工完毕后待桩体达到一定强度(一般为7d左右时间)，方可进行基槽开挖和截桩。截桩应选择正确方法。如果基槽开挖较深，可先采用机械开挖，留置一定深度桩间土尤其桩周土必须由人工开挖和清理。留置深度视采用机械和施工经验而定，无论采用何种方法开挖和清运应确保桩头的完整和桩间土不被扰动。截桩头最好采用截桩机截桩。清运时严禁大型设备在制成的CFG桩的场地通行。冬季施工对开挖后的桩头和桩间土采取妥善的保温措施，防止冻害发生。
4、褥垫层
褥垫层在复合地基中具有如下作用：保证桩、土共同承担荷载；减少基础底面的应力集中；调整桩、土水平荷载的分担；调整桩垂直荷载的分担。褥垫层是CFG桩形成复合地基的重要条件，多采用粗砂、中砂、级配碎石或碎石。级配碎石粒径宜为8～20mm，不得选用卵石，因为卵石咬合力差，施工时铺设扰动较大，褥垫层厚度不容易保证均匀。褥垫层一般为10～30cm，夯实度一般取不大于0．90计算。铺设宜采用静力压实法，而当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力压实法。
5、CFG桩复合地基的质量控制
CFG桩在施工前对水泥、粉煤灰、砂及碎石等原材料必须符合设计要求；在施工中应对桩身混合料的配合比、坍落度和提拔钻杆速度（或提拔套管速度）、成孔深度、混合料灌入量等进行质量控制；打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，打新桩时对已打但尚未结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以估算桩径的缩小量。对已打并结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以判断是否断桩。一般当桩顶位移超过10mm，需开挖进行检查。
6、质量自检和验收
（1）CFG桩施工中应对每根桩进行编号，对成桩时间、投料量、制桩长、制桩过程发生特殊情况等进行真实详细记录。
（2）施工过程中每台机械一天制作一组三块桩体试块(边长为150mm的立方体)，同条件标准养护，达到混凝土龄期测定其立方体抗压强度。
（3）施工质量检验主要应包括施工记录、混合料配合比、坍落度、桩数、桩长、桩径、桩位偏差、垂直度、褥垫层厚度、夯实度和桩体试块抗压强度等。
（4）验收时承载力检验应采用复合地基载荷试验。一般在制桩结束28d后对CFG桩体及其复合地基进行检测，检测包括对桩身完整和性状的低应变动力检验及对单桩和复合地基承载力的静载荷检验。首先抽取单位工程总桩数的10%进行低应变动力试验，再选择完整性较好的做静载荷试验，试验数量一般为总桩数的0．5～1．0%，且单体工程不少于3根。本工程CFG桩复合地基承载力特征值取fspk=220kPa，单桩竖向承载力特征值为460kN。
（5）本项目地处松散饱和粉土、粉细砂土层，钻机下钻成孔时在剪切荷载作用下土体可能产生液化，甚至导致处于流动状态的桩周土丧失对桩的侧向约束力，桩体侧向膨出，桩顶下沉，造成窜孔，从而液化区域连成片，甚至可能造成基坑周边失稳或周边建筑物倾斜开裂，道路被破坏。为了避免此类质量缺陷的产生，施工中采取以下措施：
①有效降低场地地下水位。
②采用小叶片螺旋钻杆成孔，快速钻进，尽量减少剪切能量积累。
③优化钻孔顺序，合理控制制桩进度，避免在某个小区域成片产生液化。
④选用下开式钻头，防止下料时阀门打不开，避免在同一区域多次复钻。
⑤应采用大桩距、大桩长布桩方案。
⑥现场混合料(混凝土)坍落度采用16～20，尽量采用较小值为宜。
四、CFG桩施工中常见问题及控制措施
1、混凝土施工过程中堵管
产生堵管有以下几种原因：（1）弯头的曲率半径不合理，弯头发生堵管；弯头与钻杆联接处也会堵管。（2）混凝土输送管内清洗不彻底，管内凝结块影响混凝土流动，造成堵管；接头不牢固导致水泥浆的流失，造成堵管。（3）钻头设计不合理，在有地下水处，高压水头的作用下，钻头处进水，泵入混凝土后，离析，形成碎石散体堵塞阀门。（4）混合料配合比不合理，、坍落度太小和易性差的混合料，在管内流动性差，也容易堵管。因此坍落度必须控制在160～200mm。
2、窜孔现象
在CFG桩的施工中，易发生窜孔：（1）减少在窜孔区域内打桩的推进排数，，尽快离开已打的桩，减少对已打桩扰动能量的积累；（2）采用隔桩隔排的跳打方案；（3）当提钻灌到发生窜孔的土层时，停止提钻连续泵送混合料直到混合料上升至原位。
3、桩顶处存在气窝
钻杆成孔的过程中，管内充满空气，钻到设计标高后开始泵送混合料，排气阀必须正常工作将管内的空气排出，若排气阀堵塞，管内的空气无法排出，导致桩体内存有空气并形成空洞。
4、严禁先提钻后泵料
在施工过程中，当桩端深度达到设计标高后，为方便打开底部阀门，泵送混凝土前往往将钻杆提升20～30cm，这种操作需避免。
五、结语
综上所述，现如今CFG桩复合地基在复合地基工程应用中应用非常广泛，因此，对CFG桩的设计及施工要格外注意，在按照相关规定的标准的基础上执行一系列的流程步骤，从而保证CFG桩复合地基的质量能够达标。
参考文献：
[1] 邱拥军：《CFG桩施工技术》，《山西建筑》，2008年23期
[2] 张智荣：《CFG桩复合地基的设计与施工》，《山西建筑》，2009年33期
[3] 刘志宏：《CFG桩复合地基承载性状分析》，《包钢科技》，2009年05期
桩基复合地基成套技术是中国建筑科学研究院地基所20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术。其广泛应用与工程建设当中。文中对CFG桩复合地基的设计考虑因素进行阐述的基础，提出了CFG桩施工中常见的一些问题，并对这些问题给出了解决措施。
关键词：CFG桩、复合地基、设计、施工
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
所谓的CFG桩就是粉煤灰碎石桩的简称，其是在碎石桩加固的基础之上发展而来的，主要有石屑、水泥、粉煤灰和砂加水搅拌而成的一种粘结强度较高的桩。文中从CFG桩承载力设计以及复合地基变形设计进行入手，对CFG桩施工中存在的问题给出了相应的解决措施。
二、CFG桩复合地基设计考虑因素
1、复合地基承载力设计时需要考虑下列因素：
（1）施工过程中对桩间土承载力的影响；（2）桩对土的约束作用使土的变形减少；（3）复合地基中的桩比自由单桩承载力要高；（4）桩和桩间土承载力的发挥需要一定的变形；（5）复合地基桩间土承载力的发挥与CFG桩顶褥垫层的厚度有关。
由此可见：复合地基承载力值由桩长、桩径、桩间距、桩间土承载力、桩端土承载力、桩间土的力学性质、桩身强度及完整性等决定，施工过程中需加以注意。
2、CFG桩复合地基变形
CFG桩复合地基沉降主要由三部分组成。一为加固深度范围内的压缩变形，二为下卧层变形，三为褥垫层变形。而褥垫层变形数量很小可忽略不计。故桩端应选择承载力较高的土层做为桩端持力层。
三、CFG桩法复合地基的施工
CFG桩法具有施工进度快、工期短、质量容易控制、工程造价低等特点，目前成为应用最为普遍的软土地基处理技术之一。
1、施工工艺
CFG桩法的施工，应根据设计要求和現场地基土的性质、地下水埋深、场地周围是否有居民、有无对振动反映敏感的设备等因素选择施工工艺。
近几年在国内省内使用比较广泛的就是长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺，属非挤土工艺，具有穿透力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。
2、制桩
工艺流程：测量定桩位→钻具对准孔位→开钻钻孔→钻至设计深度提钻同时泵送混合料→至桩顶(保护桩长)成桩。
施钻至设计深度后，要准确掌握提拔钻杆时间，钻孔达到预定深度后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管、输送软管及硬管内混合料连续时即提钻。混合料泵送量与提管速度相配合，提升钻杆过程连续泵料，特别是在饱和砂土、饱和粉土层中更不得停泵待料，避免混合料离析、桩身缩径和断桩。视地形条件应预留保护桩长。保护桩长是指在制桩时预先设定加长的一段桩长，基础开挖时将其凿除，一般可取500～700mm。原因有三：制成桩顶不一定等高；桩顶强度不均匀；增大桩顶自重以提高桩周土抵抗挤压能力。桩体垂直度偏差不应大于1%。
3、截桩
CFG桩施工完毕后待桩体达到一定强度(一般为7d左右时间)，方可进行基槽开挖和截桩。截桩应选择正确方法。如果基槽开挖较深，可先采用机械开挖，留置一定深度桩间土尤其桩周土必须由人工开挖和清理。留置深度视采用机械和施工经验而定，无论采用何种方法开挖和清运应确保桩头的完整和桩间土不被扰动。截桩头最好采用截桩机截桩。清运时严禁大型设备在制成的CFG桩的场地通行。冬季施工对开挖后的桩头和桩间土采取妥善的保温措施，防止冻害发生。
4、褥垫层
褥垫层在复合地基中具有如下作用：保证桩、土共同承担荷载；减少基础底面的应力集中；调整桩、土水平荷载的分担；调整桩垂直荷载的分担。褥垫层是CFG桩形成复合地基的重要条件，多采用粗砂、中砂、级配碎石或碎石。级配碎石粒径宜为8～20mm，不得选用卵石，因为卵石咬合力差，施工时铺设扰动较大，褥垫层厚度不容易保证均匀。褥垫层一般为10～30cm，夯实度一般取不大于0．90计算。铺设宜采用静力压实法，而当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力压实法。
5、CFG桩复合地基的质量控制
CFG桩在施工前对水泥、粉煤灰、砂及碎石等原材料必须符合设计要求；在施工中应对桩身混合料的配合比、坍落度和提拔钻杆速度（或提拔套管速度）、成孔深度、混合料灌入量等进行质量控制；打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，打新桩时对已打但尚未结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以估算桩径的缩小量。对已打并结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以判断是否断桩。一般当桩顶位移超过10mm，需开挖进行检查。
6、质量自检和验收
（1）CFG桩施工中应对每根桩进行编号，对成桩时间、投料量、制桩长、制桩过程发生特殊情况等进行真实详细记录。
（2）施工过程中每台机械一天制作一组三块桩体试块(边长为150mm的立方体)，同条件标准养护，达到混凝土龄期测定其立方体抗压强度。
（3）施工质量检验主要应包括施工记录、混合料配合比、坍落度、桩数、桩长、桩径、桩位偏差、垂直度、褥垫层厚度、夯实度和桩体试块抗压强度等。
（4）验收时承载力检验应采用复合地基载荷试验。一般在制桩结束28d后对CFG桩体及其复合地基进行检测，检测包括对桩身完整和性状的低应变动力检验及对单桩和复合地基承载力的静载荷检验。首先抽取单位工程总桩数的10%进行低应变动力试验，再选择完整性较好的做静载荷试验，试验数量一般为总桩数的0．5～1．0%，且单体工程不少于3根。本工程CFG桩复合地基承载力特征值取fspk=220kPa，单桩竖向承载力特征值为460kN。
（5）本项目地处松散饱和粉土、粉细砂土层，钻机下钻成孔时在剪切荷载作用下土体可能产生液化，甚至导致处于流动状态的桩周土丧失对桩的侧向约束力，桩体侧向膨出，桩顶下沉，造成窜孔，从而液化区域连成片，甚至可能造成基坑周边失稳或周边建筑物倾斜开裂，道路被破坏。为了避免此类质量缺陷的产生，施工中采取以下措施：
①有效降低场地地下水位。
②采用小叶片螺旋钻杆成孔，快速钻进，尽量减少剪切能量积累。
③优化钻孔顺序，合理控制制桩进度，避免在某个小区域成片产生液化。
④选用下开式钻头，防止下料时阀门打不开，避免在同一区域多次复钻。
⑤应采用大桩距、大桩长布桩方案。
⑥现场混合料(混凝土)坍落度采用16～20，尽量采用较小值为宜。
四、CFG桩施工中常见问题及控制措施
1、混凝土施工过程中堵管
产生堵管有以下几种原因：（1）弯头的曲率半径不合理，弯头发生堵管；弯头与钻杆联接处也会堵管。（2）混凝土输送管内清洗不彻底，管内凝结块影响混凝土流动，造成堵管；接头不牢固导致水泥浆的流失，造成堵管。（3）钻头设计不合理，在有地下水处，高压水头的作用下，钻头处进水，泵入混凝土后，离析，形成碎石散体堵塞阀门。（4）混合料配合比不合理，、坍落度太小和易性差的混合料，在管内流动性差，也容易堵管。因此坍落度必须控制在160～200mm。
2、窜孔现象
在CFG桩的施工中，易发生窜孔：（1）减少在窜孔区域内打桩的推进排数，，尽快离开已打的桩，减少对已打桩扰动能量的积累；（2）采用隔桩隔排的跳打方案；（3）当提钻灌到发生窜孔的土层时，停止提钻连续泵送混合料直到混合料上升至原位。
3、桩顶处存在气窝
钻杆成孔的过程中，管内充满空气，钻到设计标高后开始泵送混合料，排气阀必须正常工作将管内的空气排出，若排气阀堵塞，管内的空气无法排出，导致桩体内存有空气并形成空洞。
4、严禁先提钻后泵料
在施工过程中，当桩端深度达到设计标高后，为方便打开底部阀门，泵送混凝土前往往将钻杆提升20～30cm，这种操作需避免。
五、结语
综上所述，现如今CFG桩复合地基在复合地基工程应用中应用非常广泛，因此，对CFG桩的设计及施工要格外注意，在按照相关规定的标准的基础上执行一系列的流程步骤，从而保证CFG桩复合地基的质量能够达标。
参考文献：
[1] 邱拥军：《CFG桩施工技术》，《山西建筑》，2008年23期
[2] 张智荣：《CFG桩复合地基的设计与施工》，《山西建筑》，2009年33期
[3] 刘志宏：《CFG桩复合地基承载性状分析》，《包钢科技》，2009年05期