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摘要：CFG桩复合地基处理是建筑工程施工活动开展过程中的基本环节，涉及较多的技术细节，且每一个技术细节中均要求施工技术人员实施严格、系统的技术控制。从施工效果获取状态角度分析，CFG桩复合地基处理质量对工程最终获取的施工效果具有深刻影响。根据施工现场的综合性地质环境条件选取和应用适当的CFG桩复合地基处理方案，对于确保最佳施工效果的顺利实现具有重要意义。
关键词：复合地基处理 CFG桩 褥垫层 设计参数
随着科技的进步和社会经济的不断发展，建筑业的发展也是日新月异，在提倡建筑业科技创新，新技术应用的大环境下，建筑节能，建筑经济也被重点关注，使建筑业整体更趋向健康发展。地基处理技术在如今的施工生产中被广泛应用，种类各异，针对不同的地质特点各有各的技术优点，其中CFG桩复合地基就是其中之一。
CFG（Cement Fly-ash Gravel）桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是由水泥、粉煤灰、碎石屑按照一定配合比拌和行成的高粘结强度桩。它的强度根据水泥的含量不同而发生变化，通常在C15-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。相比传统地基，CFG桩也是通过计算桩的侧边阻力和端部阻力的和值来确定单桩的承载力，而不同点是传统桩基是桩部分承担全部上部建筑的力，是不考虑桩间土的承载力，通过桩间土和桩本身共同受力，形成复合地基对地基进行加固，CFG桩是由桩与桩间土共同承担上部建筑的荷载，在CFG桩上设置褥垫层可以让桩间土也承受较大比例的荷载，而传统桩基则是不考虑桩间土部分的，所以CFG桩具有良好的技术性能。
CFG桩复合地基一般用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基，而且应选择承载力相对较高的土层作为桩段持力层。
大量工程实践表明在工程上实施CFG桩技术，承载力一般不会出现问题，所以控制的要点就在于CFG桩的施工，掌握CFG桩的设计参数、操作规范、施工流程就显得尤为重要。所以下面将结合哈尔滨日遗化武销毁场工程实例来说明CFG桩的具体施工流程。
一：施工程序
1.1测量放线
CFG桩施工前要进行桩位的测量放样。首先对施工图提供的导线点、水准点进行复核，测量放样所用的导线点、水准点必须是经过导线控制测量复测且得到监理工程师的批复。然后技术员用全站仪测量放出房屋的边框线，再采用经纬仪以及钢尺放出每个桩的桩位，桩位中心点用钎子插入地下，用白灰显著标明，并作标号记录，桩位偏差应小于50mm。在桩位外适当放置护桩，用于施工过程中复核桩位。
1.2钻机就位
当成品混合料与场地都符合要求后，应开始着手准备CFG桩的打桩流程。首先应按照白灰标出的桩位规划钻机行进路线，钻机不得在已打过桩的土地上行进，同时应规划小型挖掘机活动范围。
经过前期工作平整场地达到施工要求后，结合场地实际情况可铺设钢板或者枕木，将长螺旋钻机开入场内，使钻机保持平衡、稳固，确保钻机在工作时不发生移动、倾斜。钻机就位后，通过设备控制室水准气泡，校正位置，使钻杆垂直度保持在1%以下。为准确控制钻孔深度，应在桩架上做出控制深度的标尺以便在施工中观测、记录。
1.3钻进成孔
正式钻孔前应开动发电机，钻头提离地面20cm，打开钻头插销。钻机开钻第一根桩前先向输送泵内灌注1立方米清水，启动输送泵把所有输送管润湿，然后把搅拌好的砂浆1立方米加入输送泵进行冲管，冲管完成后向输送泵内泵入混凝土，待钻头处流出混凝土为止，关闭钻头阀门。这样是为了检测输送混合料的通道是否畅通，混凝土输送软管是否接头良好，是否有管道扭曲现象。
每次钻孔前，地面指挥员要指挥钻机司机进行钻头位置调整，同时钻机司机要进行垂直度调整，确保桩身垂直，并对准白灰中心，经旁站人员检查后方可下钻。在钻头尚未触及地面时，应关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，开启钻头阀门。钻进速度应先慢后快，这样能减少钻头摇晃，也容易检查钻孔的偏差，避免形成螺旋股，以便及时纠正。
在成孔下钻的过程中，如果钻杆突然发生摇晃或者电流异常增大时，应及时停止钻进，以免造成桩孔偏斜、位移，更严重者烧毁电路，造成钻杆、钻具的破坏，这时应等待电流稳定下来恢复正常值，再缓慢进入。如若重复出现这种情况，要立即停止钻进，与甲方协商解决处理后方可继续施工。根据试桩时电流记录与钻架上标出的高度标记，当钻杆下钻至设计桩底标高时，应关闭电机，停止钻进，及时清理钻孔周围的泥土。
1.4灌注及拔管
钻到设计深度时，监理工程师应复核下钻深度，保证桩身的长度与垂直度符合要求。经过确认后，提拔钻杆约20cm后开始泵送混合料，边泵送边拔管，成桩的提拔速度在每分钟2-3m最为合适。成桩过程要连续进行，始终保持泵入孔中混凝土量大于钻杆上提体积量，应避免因供料不足而导致停机待料，保证钻头始终埋在CFG桩液面以下一定深度内。施工桩顶高程宜高出设计高程50cm，桩长允许偏差不大于10cm，桩径允许偏差不大于2cm。灌注成桩完成后，桩顶应盖土封顶进行保护。
在一个桩施工完毕及其混合料初凝前，应采用自重小于3t的挖掘机把打桩时形成的弃土上部浮浆及时清理掉，挖掘机挖斗宽度应小于桩间净距；作业时采用倒退开挖法，并用小型运输车转运至指定土场堆放。清理时一定不能对设计标高以下的桩身造成伤害；不能挖动桩间土；不能覆盖其他未施工桩位的白灰标志。1.5移机
根据CFG桩数量、布置形式以及间距提前计划好钻机行进的路线。钻机移位时，必须根据轴线以及周围桩的位置对需施工的桩位进行复核，确保桩位准确。避免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。钻机就位后，由地面指挥钻机对面白灰中心并检查垂直度，必要时移机后要清洗钻头与钻杆。
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1.6截桩
CFG桩区施工完成28d之后，施工单位必须根据被批准的截桩方案进行截桩。监理工程师应复核施工单位标志的桩顶标高线，检查符合要求后，在基坑两侧放出桩顶高程控制线，采用自重小于3t的挖掘机挖除桩顶与设计标高之间约40cm的土层，剩下设计标高线以上的土层采用人工清理，不能破坏桩身。设计标高线以上的土层清理完毕后应开始截取桩头。
截桩方法采用“电锯切割法”。“电锯切割法”即采用截桩机截桩，手执切割机或可移动立式切割机沿高程线上2 cm 位置将桩身四周锯缝，锯缝深度5～15cm，使CFG 桩沿切割线处形成预裂面；将钢楔插入切缝处，然后轻锤钢钎使之继续钎入造成切割面断裂而截断桩头。截桩过程中严禁使用挖机直接截断桩头或采用风镐或钢钎凿桩，不得用锤头大力敲击桩头。
1.7褥垫层施工
褥垫层虚铺厚度为350mm，褥垫层材料宜采用中粗砂或级配砂加碎石，最大粒径不宜大于30mm，压实系数不小于0.94。其夯实后厚度为300mm，褥垫层顶面高程与基础底面高程吻合，褥垫层宽度超出基础边400mm。施工时由一端向另一端推进施工，卸完之后立即用推土机推平，压路机碾压，碾压时采用慢速静压，要保证运料车及施工机械始终行驶在碎石垫层上。运料车要倒行进入现场，卸完料后开出施工现场，不得在垫层上掉头、急停。推土机转弯掉头时要在垫层之上进行，不得接触CFG桩桩头，以免造成桩头破坏。
二、CFG桩质量控制要点
2.1桩的位置与垂直度偏差
桩的位置出现问题归根到底还是测量放线的问题。在打桩前应调查场地地质情况，是否含有废弃地下结构或地下管线等障碍，要把地下障碍物清除干净，并分层回填夯实。测量放线项目要结合工程设计图纸来进行，放线阶段是为施工做准备的，所确定的点均为施工点。如果放线放的不准确，则以后的偏差会越来越大，因此要在图纸准确无误的情况下才能开展测量。使用精密仪器对施工图提供的导线点、水准点进行复核。测量放样所用的导线点、水准点必须是经过导线控制测量复测且得到监理工程师的批复，用经纬仪或全站仪测设桩位轴线、定位点。然后埋设半永久性控制点，便于施工中随时复核。
桩的垂直度控制主要是对地质、桩机的控制，在地下障碍已清理干净的基础上，要平整场地，保证桩机平稳、牢固，防止桩机在打桩过程中倾斜或位移。桩机进场后要对桩机进行一定的检查，并进行运转调试，并定期检查钻头、钻杆、钻杆接头，及时解决问题。
2.2成桩质量的控制
CFG桩成桩质量控制主要是对原材料与灌注方式的控制。CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石等材料构成的，所以混合料的配合比、运输方式、灌注方式都要严格按照规范。初期应实地考察商品砼厂商并查验其各种合格证；混合料配合比应先根据具体情况经过计算得出，再经过试配与调整，得到比较经济合理的砼配合比。
在打桩过程中，要对每车混合料的塌落度进行抽查与检验，不符合要求的要退回；混合料的现场搅拌要遵守规范，由专人在旁边监测，任何情况下都不得加水增大其塌落度；泵送管的线路应尽量采用长直线；泵送砼中断时间不得超过一小时以防止泵送管里水泥凝结。
2.3对问题桩的控制
成品CFG桩的质量问题主要有短桩、断桩、桩身离析、以及在截桩的时候操作不规范对桩头甚至桩身造成影响。
短桩：桩身长度未达到预期高度。主要是由于测量时长度与设计标高出现问题，施工人员偷工减料或者监理未尽到旁站职责。由于CFG桩施工为昼夜不停歇施工，所以在桩机机身上要做明确的反光标识，以方便夜间施工控制；当钻孔进入土层预定标高时，经监理工程师确认深度符合设计要求后才开始泵送混合料；对施工人员加强意识培训，尤其是夜里要同时加强巡视。
断桩：桩身出现断裂。断桩现象是由很多原因引起的，在混合料符合要求的情况下，拔管、移机及截桩过程中都有可能对桩身造成损害。桩身的长度与垂直度首先应符合要求，在钻机提起打桩完成的时候，地面人员应及时清理弃土及上部浮浆，在这个过程中挖掘机或者施工人员有可能因为操作不当触及桩身，造成断裂。桩机在移位的过程中也可能会对已完工的桩身造成损伤，尤其是桩机支撑时支撑脚的位置要特别注意，一定不能触及已完工的区域。打完桩要等待28d才能切除桩头，在切除桩头时也要注意桩头的破除方式，施工单位必须根据被批准的截桩方案进行截桩。监理工程师应复核施工单位标志的桩顶标高线，检查符合要求后，在基坑两侧放出桩顶高程控制线，采用自重小于3t的挖掘机挖除桩顶与设计标高之间约40cm的土层，在挖掘机挖掘的过程中也极易碰到桩身造成断裂。剩下大约10cm的土层要人工清理，一般采用“电锯切割法”截桩，手执切割机或可移动立式切割机沿高程线上2 cm 位置将桩身四周锯缝，锯缝深度5～15cm，使CFG 桩沿切割线处形成预裂面；将钢楔插入切缝处，然后轻锤钢钎使之继续钎入造成切割面断裂而截断桩头截桩过程中严禁使用挖机直接截断桩头或采用风镐或钢钎凿桩，不得用锤头大力敲击桩头。
桩身离析：离析是桩身混合料拌合物成分互相分离，造成内部组成和结构不均匀。混合料工作性能不佳会造成这种情况，在确定配合比的前提下，应加强对混合料搅拌、运输、浇注过程的监控。灌注过程中也会造成这种现象，在清理完弃土可以提钻时，钻头应先向上提起20cm左右，然后开始泵送混凝土，管内空气从排气阀排出，然后开始保持匀速提钻，提钻速度要保持在一定范围内，不宜过快。提钻泵送过程中要保持混合料泵送的连续，必要时可配备储料罐。在提灌过程中严禁停泵。
三、CFG桩技术前景展望
CFG桩原材料采用粉煤灰，所以节约了大量的水泥与钢材，利用工业废料，降低了工程造价。同时桩体也有较好的流动性，易于控制施工质量，工艺性好。
可以通过调整CFG桩的桩长、桩距来满足不同的地基承载力要求，使地基承载力在较大范围内调整，其提高幅度一般可达到2-3倍，对软弱地基承载力提高更大。并且桩端一般深入至地下持力层，沉降量小，变形稳定，地基沉降量可以控制在一定的范围之内。
CFG桩复合地基由CFG桩、桩间土与褥垫层共同构成，如果不设置褥垫层，基础直接与桩和桩间土接触，但是桩会承受较大的荷载，时间久了桩就会发生一定程度的沉降，桩间土承受的荷载便会增大。但是设置了褥垫层之后，有效减少基础底面的应力集中，使桩与桩间土受力情况基本一致，这样复合地基的承载力便大大提高，有效减小地基变形。相对于传统的地基处理技术，这种技术可以通过改变桩的桩长、桩距来达到不同的复合地基承载力，可以使地基承载力在较大范围内调整，对软弱地基承载力提高更明显。
这种地基加固方法也吸取了振冲碎石桩与水泥搅拌桩的优点，第一是施工工艺与普通沉管灌注桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也小。第二所用材料仅需少量水泥，就地取材，节约材料。
结束语
在工程应用实例中，CFG桩多用于高层与超高层建筑，其实不仅是高楼，近些年来在公路与铁路的地基处理上也越来越多用到这种技术。如果天然地基无法满足上部荷载所要求的时候，都需要采取一定措施来增强地基承载力，比如减轻建筑自重、加大基础底面积、加深基础埋深或夯实地基土等方式，而CFG桩不需要配筋，桩内填充物也可利用工业废渣如粉煤灰等，降低了工程投入，也减轻了设计人员负担，对地基处理工程具有重要的积极意义。
参考文献：
[1]《建筑地基处理技术规范》2012
[2]《建筑桩基技术规范》
论文作者:栾祁,陈历新,李益
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/9
标签：地基论文; 桩头论文; 钻机论文; 褥垫论文; 钻头论文; 钻杆论文; 标高论文; 《基层建设》2017年第33期论文;