摘要：CFG桩施工以改善湿陷性黄土地基物理性质，提高地基承载力，减少地基沉降变形为目的，其桩长、桩径、桩间距的布置是关键。本文以兰州市南山路西固公园地道桥湿陷性黄土地基处理为实例，从工艺流程、地基承载力要求、工艺性参数、施工方法、控制要点等进行详细介绍，以供同类地基处理提供参考。
关键词：CFG桩；工艺流程；确定参数；施工方法；控制要点
1.工程概况
南山路是兰州市城市建设史上最大的一项综合性市政工程，道路东起东岗立交，西至西柳沟立交，全长35.74公里，是兰州市规划建设的四条东西城市主干道中一次建设线路最长的工程。我标段施工的西固公园地道桥地处Ⅳ级（很严重）自重湿陷性黄土层，该土质积水、遇水易湿陷坍塌、滑落给工程带来安全隐患，极易造成质量事故。根据岩土勘察报告，为改善地基湿陷性黄土的土质，减少土的渗水性、压缩性，控制湿陷性的发生，确保地道内过境车辆平顺通过，地道桥顶园林绿化、喷泉、流水不渗漏，地道桥地基采用CFG桩处理。
2.方案确定
根据岩土工程勘察报告、地质特征、周边环境要求，结合CFG桩的工艺原理、特点、工程进度要求及费用情况、采用桩底嵌入持力层深度不小于1m，桩间距120cm等边三角形布置，直径40cm桩与土体共同承担荷载作为地道桥地基加固的最佳方案。桩体施工完后在箱体与CFG桩之间做30cm厚碎石褥垫层+150cm厚3：7灰土垫层共同承担箱体荷载。（见图1）
3.工艺流程
CFG桩是利用钻孔机械在软土中成孔，然后将一定比例的水泥、粉煤灰、碎石、石屑的混合料灌入空心钻杆中，经机械震动密实硬化形成一定强度，桩、土共同承担荷载的施工工艺（见图2）。
4.确定参数
根据地基承载力及变形要求采用工艺性试桩确定CFG桩的桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层厚度及材料。
4.1桩长
根据现场软土层厚度及勘察报告中地质走向，西固公园地道桥采用不同桩长，桩底嵌入持力层深度不小于规范要求，本项目CFG桩长确定为10-18米。
4.2单桩竖向承载力特征值及桩径确定
根据本项目所处地理位置、周边环境、机型、施工工艺，选用震管沉桩，桩径选取40cm。
参考《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002），利用单桩竖向承载力公式进行水泥粉煤灰碎石桩单桩竖向承载力Ra计算。
式中：Ra —— 单桩竖向承载力特征值，kN；
up —— 桩的周长，m；
n —— 桩长范围内所划分的土层数；
li —— 桩穿越第i层土厚度，m；
qsi —— 桩周第i层土（岩）的侧阻力特征值，kPa；
qp —— 桩端端阻力特征值，kPa；
Ap —— 单桩截面积，m2。
西固公园地道桥湿陷性黄土地基处治设计采用水泥粉煤灰碎石桩进行地基加固，平均长14m，桩顶预留0.5m，桩端进入持力层1.0m，桩径取40cm，周长u=0.40×3.14=1.256m，单桩截面积 =0.2×0.2×3.14=0.1256m2。
第一层黄土厚12.5m，根据钻孔结果取 qs1=10kPa；
第二层风化泥岩1.0m，根据钻孔结果取qs2=120kPa，qp=350kPa，；
则有，单桩竖向承载力特征值
故，采用C15水泥粉煤灰碎石桩进行地基加固可满足承载力要求。此处因公园二期改扩建及行车动载，地道桥面公园景观流水，提高等级取C35水泥粉煤灰碎石桩进行地基加固。
4.3 CFG桩复合地基竖向承载力计算
CFG桩复合地基的承载力特征值由于本项目工期特点，不具备现场单桩或多桩复合地基荷载试验环境，通过以下公式计算获得：
fsp，k —— 复合地基承载力特征值，kPa，设计考虑复合承载力达到150kPa；
fs，k —— 桩间土承载力特征值，kPa，可取天然地基承载力特征值，湿陷性黄土，按最不利因素设计考虑取值50kPa；
m —— 复合地基中桩体面积置换率，即水泥搅拌桩的截面积之和与加固土面积之比；
Ra —— 单桩竖向承载力特征值，351.68kPa；
Ap —— 单桩截面积，m2；
β —— 桩间土承载力折减系数，设计考虑取值0.75。
面积置换率
《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）建议桩间距为3 d -5d，故取桩间距3d=1.2m，按桩间距1.2m布桩的实际面积置换率为0.1008。
综上所述，西固地道桥基础软基处治设计采用水泥粉煤灰 碎石桩进行地基加固，平均桩长14m，桩径取40cm，单桩竖向承载力特征值Ra=351.68kPa，等边三角形网络布置，桩间距1.2m，面积置换率为0.1008。水泥粉煤灰碎石桩软基处治布置如下表所示。
CFG桩处治布置表
5.主要施工方法
5.1 “三通一平”施工准备
清表、平整场地，做好周围地下结构物调查，并记录备案，在每一次震管沉桩前核对桩位，防止与地下管线冲突。施工中对箱体地基承载力较弱地面进行灰土换填，同时做好道路、电力、照明、场地平整工作，为正式施工做好准备。场地平整高出设计桩顶50～70厘米，以确保桩身质量。
5.2 测量放样及钻孔准备
根据施工图纸，由测量人员进行施工测量放样，根据桩位平面图测设出CFG桩加固范围和具体桩位，确定施打顺序。桩位采用地面打入木桩，上钉小钉标记，并用白灰在地面标识。钻机就位后，根据设计桩长、预埋桩尖及地面高程确定沉管深度。
5.3 试桩检测
根据地质、场地、进度、及规范要求，本项目选择性的试打48根CFG桩，并对48根桩进行试验检测，进一步确定设备、工艺、施打顺序是否适应地质情况，确定所选混合料配合比等技术参数是否合理，确定地质资料是否准确，为下一步大面积施工收集、积累数据资料。
6.施工控制要点
6.1操作要点
（1）桩尖的预制与埋设
由于桩尖外形特殊，一般采用钢模结合地模进行预制。桩尖的锥体部分埋入地模，柱体部分外露采用钢模，以便桩尖脱膜时地模免受破坏。为提高桩尖预制进度，一般在桩尖混凝土内掺入早强剂。当桩尖达到设计强度后，采取小型挖掘机配合人工按技术放样位置进行埋设。桩尖埋入地表下300mm左右，平面位置偏差控制在50mm之内。
（2）桩机就位、沉管
桩机遵照安全合理的原则就位，检查机架高度、沉管长度、标定的配重是否满足安全及施工要求。根据设计桩长，确定桩机的机架高度配置是否高出设计桩长6米，并在机架上标定以米为单位的长度标记，以便沉管时观察、记录沉管的入土深度。
桩机及配套设备组装完毕就位后，扣准埋设好的预制桩尖，调整沉管与地面垂直，检查钻机垂直度偏差不大于1%，启动马达，开始沉管。沉管过程中注意调整桩机的稳定，严禁倾斜和错位。沉管到预定标高（桩底），停机。沉管过程中做好记录，每沉1米记录电流表上配电流次，并对土层变化予以说明。
（3）灌注CFG桩混合料
沉管机停机后立即向管内投料，直至混合料与进料口齐平。启动马达，震动5～10秒，开始拔管，拔管速率一般为1.2～1.5米每分钟，拔管速率太快将导致桩径偏小和缩颈短桩；拔管速率太慢将导致桩顶浮浆过多、桩身强度不均匀和混合料离析。为了避免反插对桩管垂直度的影响，土与桩体材料的混合，拔管过程中严格控制拔管速率，禁止反插。如果上料不足或者震管后投料口混合料下降过快及时补充混合料。
（4）桩体养生、挖桩间土及截桩
当桩管拔出地面，确认桩符合设计要求后，立即用湿粘性土或洒水塑料膜覆盖、护顶养生28天。在其混合料达到设计强度后，现场测量得原地面标高，采用小型挖机、人工配合，按照布桩图清运桩间土。清土过程中预留20cm厚桩间土由人工清除至设计标高。清土过程中在桩顶预留高度控制线，不得超挖，超挖后不得用土回填。
截桩采用风镐自上而下凿除混凝土至指定标高，也可用錾子对称截桩至比设计标高高出5cm位置。有条件情况下也可采用截桩机截断桩体至设计标高。桩头截断后用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高。
如果在基础开挖和截桩头过程中造成桩体断至桩顶设计标高以下必须采取补救措施。先找准断桩位置，将断桩顶凿毛，剔平，采用同等强度混凝土灌注，灌注成比原桩直径大20cm的新接桩，待复检合格后方为接桩成功。
6.2质量控制要点
（1）混合料配合比要合理，混合料拌合质量要达到良好状态。
①水泥：采用质量优良、新鲜无结块的42.5级普通硅酸盐水泥；
②粉煤灰：选用袋装Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰；
③碎石：采用碎石粒径为20～50mm，密度为2.7t/m3，松散密度1.39t/m3，含水率0.96%，含泥量不得大于5％。
④石屑或砂：石屑宜选用与同一种碎石原料，进行加工，粒径2.5～10mm，密度2.7t/m3，松散密度1.47t/m3，含水率1.05%，含泥量不得大于5％
⑤配合比：施工前由实验室进行配合比试验，施工时按配合比配置混合料，振动沉管灌注成桩施工塌落度控制在30～50mm，成桩后桩顶浮浆厚度不超过200mm，成桩后桩身强度不小于35MPa。
（2）工艺试验现场选择不少于3根，经过认真分析、总结，最后编制符合现场实际的工艺方案。
（3）认真进行测量放样，保护放好的桩位标记，找准桩位后，管位垂直对准桩位后方可开钻。
（4）钻孔完成后开始灌注混合料，拔管灌注应同时进行，严禁反插，在灌注中应连续，保证桩长。
（5）CFG桩在养护中，重型车辆不得在其上行驶；开挖桩间土应采用小型挖机与人工配合，预留20cm人工清土，机械不得触碰CFG桩，截桩尽量采用专用锯桩机。
7.结束语
西固公园地道桥主体施工至通车运营过程中的沉降和工后沉降相当小，地道桥顶无渗漏，地道桥内车辆通过无跳车现象。面对高标准承重要求的湿陷性黄土地基处理，CFG桩的施工方法以其施工工艺简单，加固深度比其他处理方法深，桩体与桩间土、褥垫层和足够刚度的基础一起形成复合地基是改善湿陷性黄土地基处理的快速、有效方法，相对于其他类型的桩基施工有无污染、干扰少，对桩位影响小的特点。
参考文献：
[1]《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）
[2]《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）
[3]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
[4]《地基处理手册》中国建筑工业出版版社（第二版）
论文作者:邓玉昆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/27
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