李江艳 王健
中建二局第三建筑工程有限公司 湖北武汉 430000
摘要：CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，共同承担上部结构荷载的一类复合地基处理形式。CFG桩目前大量应用于高层和超高层建筑地基的加固，相较于钢筋混凝土灌注桩其具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉等优点。因此，研究CFG桩施工要点及质量控制措施以便更好地保证CFG桩的施工质量，从而更有利于CFG桩的推广和应用。将本文从施工角度出发,通过具体工程的实施分析，简述其应用过程中的施工要点应用及常见一些质量问题控制措施。
通过研究证明，通过对施工过程中影响因素进行质量管控，实现了CFG桩工程质量满足设计及规范要求，达到了工程预期目标。因此，CFG桩技术可靠、经济上合理，具有极大的推广和应用价值。
关键词： CFG桩；应用要点；质量措施
1 CFG桩定义及应用范围
1.1 CFG桩的定义
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，共同承担上部结构荷载的一类复合地基处理形式。随着施工方式的演变，现在的CFG桩已多采用成品的商品混凝土拌合料直接做为桩身填充料。
1.2 CFG桩的应用范围
CFG桩适用于黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。
2 CFG桩施工工艺及要点
2.1 CFG桩的成桩方法及特点
目前，CFG桩的成桩施工方法大体有三种:振动沉管灌注成桩、长螺旋钻孔灌注成桩、长螺旋钻孔-管内泵压砼灌注成桩。沉管灌注成桩，适用于粘性土、粉土、淤泥质土人工填土及无密实厚砂层的地基；长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、人工填土地基；长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩，适用于粘性土、粉土、砂土等地基，具有施工速度快、桩体密实度高、环境噪音影响较低、对周围桩间扰动影响较小、特别是适合地下水位以下的高灵敏度地层，也是目前应用最多的一种成桩方式，本文也以此成桩方式进行探讨。
2.2 CFG桩施工工艺流程
定位放线→启动桩机对准桩位→桩机调平、钻杆调直→关闭钻头阀门启动锤头钻进到设计桩底标高、同时进行混合料的搅拌→开动混凝土输送泵灌料、同时启动卷扬机提升钻杆直至施工设计桩顶标高→成桩完毕→停机移位至下一桩位。
CFG桩工艺流程图：
2.3 CFG桩施工工艺要点
2.3.1 定位
将桩机移到指定桩位对中。当地面起伏不平时，应调整支腿或平台基座，使桩机底座保持水平、钻杆保持垂直。一般桩位误差不宜超过2.0cm，钻杆垂直度偏差不超过1.5%。
2.3.2 钻进成孔
关闭钻头阀门，启动卷扬机下放钻杆至钻头触及地面时，启动钻机锤头，将钻杆旋转下沉至桩底设计标高。
2.3.3 混合料搅拌
按设计配合比配制混合料，严格控制粗骨料粒径，一般选为小10mm~30mm或更小，必要时掺加泵送剂及其它外加剂，混合料坍落度宜为180mm ~220mm。混合料可采用商品混凝土代替。
2.3.4 灌料、提升
当钻机钻至桩持力层时，开动混凝土输送泵灌料，当输送管及钻杆芯管充满混合料后开始启动卷扬机匀速提升钻杆，边灌料、边提升，直至施工设计桩顶标高，提升速度宜控制在2m/min~3m/min，严禁先拔管后灌料，掌握好灌料与提钻的时间差，尽量避免提升灌料过程中停机待料现象。在流塑性土中要控制提钻速度，保证成桩质量。
2.3.5 停灌桩顶标高
尽量控制好桩顶标高停灰面这一环节，在达到技术要求的条件下，做到尽可能少浪费混合料。
3 CFG施工主要质量问题分析
3.1 CFG桩施工质量问题数据统计
根据武汉汉阳纽宾凯国际社区-蜜城项目工程实践，对部分楼栋抽样862根CFG桩小应变检测结果和施工过程记录资料进行调查，发现82根桩存在施工过程质量或成桩问题。通过现场分析，找出影响成桩质量的各种原因，详见表3-1：
b、管道密封不严密，混凝土中的水分流失过快，造成混凝土的塌落度下降，流动性太差形成堵管；
c、管道在使用前未清洗干净；
d、混凝土供应不及时。
3.1.1 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。
3.1.2 桩端不饱满
这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。
3.1.3 断桩
断桩是指CFG桩成桩后，桩身混凝土面不连续，中间有垂直于桩中心轴线的开裂或间隔。相类似情况的桩就成为断桩。
主要原因：
a、施工保护不够，有大型工程机械在强度未达到的CFG桩区域运行时，桩被压断或把桩头压碎；
b、灌注混凝土时，混凝土灌注不及时；
c、地质原因，地下水丰富易产生断桩；
d、拔管和泵送混凝土配合不和谐；
e、截除桩头时人为的遭到破坏。
4 CFG桩质量的控制措施
4.1 质量控制的思路
质量控制是保证施工质量并使建筑产品质量不断改进和提升的一种质量管理方法。它通过研究、分析质量数据的分布，揭示质量差异的规律，找出影响质量差异的原因，采取技术组织措施，消除或控制产生不合格品的因素，使CFG桩在施工的全过程中每一个环节都能正常的、理想的进行，最终使CFG桩能够达到设计及规范要求。
通过对CFG桩质量问题的原因分析，提前有针对的预控是质量控制的核心。
4.2 质量控制措施
根据统计分析得出的主要质量问题，采取有针对性的质量控制措施，以达到预期目标。
4.2.1 桩孔偏斜
（1）施工前场地要平整压实。
（2）施工前应对安装好的钻机设备做全面检查，做到水平、稳固，对钻杆、接头要逐个检查，保证钻杆顺直，有足够的刚度。
（3）桩孔定位时桩位偏差应在规范允许范围内（10～20mm）。在施工前，根据桩位的设计距离定位桩位并用白灰灌孔，在施工过程中清理地表的土使白灰桩外露从而定出桩位。由于长螺旋成孔时将孔内的土全部旋出地面，若不及时 清理，随着孔口的土增加，施工中找到已定位的桩就比较困难，所以在成孔过程中要及时清理钻出的土，再根据桩间距离找到已定位的桩。
（4）要保证钻机钻杆的垂直度，在钻机前部立柱的正面和侧面各安装1个线锤或指针，贴上刻度反光膜，在反光膜上画出刻度线表示指针或线锤的最大偏移量，超出刻度线时，要调整钻机的支腿达到指针或线锤落在刻度线之内。
（5）在钻进时，土层由软变硬时要少加压慢进。
（6）选择合理的打桩顺序，不得从四周向内推进施工，而应采取从中心向外推进或从一边向另一边推进的方案。
4.2.2 钻进困难
应选用硬质合金钻头，采用合适的钻速。遇到障碍时如障碍物不深，应进行清除后复钻，如不易挖出则改变桩位。
4.2.3 窜孔
在饱和软土层中成桩经常会遇到这种情况，打完一根桩后，在施工相邻的桩时，发现刚施工的临桩的桩顶突然下落，当桩泵入混合料时，临桩的桩顶开始回升，此种现象称为串孔。发现串孔的条件有如下三条:①被加固土层中有松散饱和软土层；②钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动；③土体受剪切扰动能量的积累，足以使土体发生触变。由于串孔对成桩质量的影响，施工中采取的措施有：
（1）采取隔桩、隔排跳打方法。
（2）建议设计人员根据工程实际情况，采用桩距较大设计方案，避免打桩的剪切扰动。
（3）减少在串孔区域的打桩推进排数，减少对已打桩扰动能量的积累。
（4）合理提高钻头钻进速度。
（5）对松散土质先进行化学固化以后再进行桩施工，
4.2.4 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。控制堵管的措施有以下几点：
（1）保证混合料配合比合理。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70kg/m³～100kg/m³的范围内。
（2）保证混合料搅拌质量。在CFG桩施工中，混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管路。坍落度太大的混合料，易产生泌水、离析，泵压作用下，骨料与砂浆分离，摩擦力加剧，导致堵管。坍落度太小，混合料在输送管路内流动性差，也容易造成堵管，因此坍落度应控制在160mm～200mm之间。
（3）保证施工操作正确。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。
（4）冬期施工要有措施。北方冬期施工时，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。
（5）夏季施工管内温度高，管壁砂浆易凝固，增大管壁阻力，容易堵管。施工时在管壁覆盖草袋并经常洒水保持草袋湿润，降低管道温度。同时保证混凝土供应的及时性，防止断料造成混凝停留管内时间过长。
（6）保证设备无缺陷。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。
4.2.5 桩头空芯
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。钻至设计标高时，应先泵送混凝土并停顿 10~20s，再缓慢提升钻杆。
4.2.6 桩端不饱满
施工时不能先提钻后泵料。钻机钻至设计标高后，应先泵入混凝土，使钻杆芯管充满混凝土，并停顿 10~20s，再缓慢均匀提升钻杆，做到钻头始终埋入混凝土内 1m左右。施工中前、后台工人应密切配合，保证提钻和泵料的一致性。
4.2.7 断柱
（1）控制拔管的速率。拔管速率太快将造成成桩桩径偏小或缩径断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不均，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混合料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率，拔管速度一般控制在2～ 2.5m/min比较适宜，此处的拔管速度为线速度，不是平均速度，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率适当放慢。拔管过程不允许反插。
（2）混凝土供应不及时造成断桩，应加强混凝土调度，及时供应CFG桩混凝土，保证混凝土连续供应，就可以防止因混凝土供应不及时造成断桩。
（3）对于地质原因造成的断桩，施工中是很难控制的，对流塑状和地下水丰富的地质情况应对CFG桩处理进行适应性论证，在必须采用的情况下可采用化学固化剂对土体进行固化处理后再施工CFG桩。
（4）复合地基的基坑可采用人工或机械、人工联合开挖。机械、人工联合开挖时，至少予留60cm厚度人工开挖，以保障及械开挖造成桩的断裂部位不低于基础底面标高，且桩间土不受扰动，严禁粗暴施工，注意不要碰撞、铲断桩头，避免断桩及对地基土的扰动。
（5）在基顶施工CFG桩或因特殊原因需要采用机械开挖桩间土时，可在桩顶以下3m范围加设钢筋笼，保证在土方开挖时机械扰动范围内桩身的柔性，防止桩身脆性破坏造成断桩。
（6）开挖基槽时时先找出桩顶的标高位置，人工用钢钎等工具沿桩心剔除多余桩头。在操作过程宜两个方向同时进行，不可用重锤或重物横击桩体，直到设计标高，并把桩顶找平，避免将桩身处理的过高或过低造成桩间土承载力分担的不均匀。
（7）在基槽开挖时严防浸水，以免对桩间土的扰动而使桩间土承载力降低。
（8）复合地基桩顶至设计基础下垫层之间一般需铺设600mm厚的碎石中、粗砂褥垫层。褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法。铺设前，基坑应先实行验槽，坑底标高及图纸应符合设计要求，浮土应清除，边坡45度必须稳定，防止塌土，基坑范围内又低于地基的空洞、井、墓穴、暗塘、旧基础等软硬不均的部位时，根据设计要求予以处理并经检验合格后，方可铺筑。材料采用质地坚硬的碎石，粒径20－40mm，厚度为600mm分两次从南侧向北铺填。铺填时避免损伤桩基，第一层碎石铺300mm厚，用压力机碾压，每次不少于3遍，在下层密压实度经检验合格后方可进行上层施工；防止采用不恰当的压实机械和压料方法伤害桩身造成断桩。
（9）考虑到桩身强度随龄期的增长而增大，复合地基开挖时间宜在全部施工完28天后进行。在桩身混凝土强度不足时，最有效的方法是加强已经灌注CFG桩区域的保护，用钢管或其它较结实的材料将场区围护起来，严禁一切大型机械进入。
（10）对截除桩头时人为遭到破坏的情况，对作业工人进行培训，提高操作技能，可避免此种情况。
结束语
本文浅述了CFG桩的施工要点及常见质量问题的控制措施，可为以后施工提供借鉴。CFG桩施工技术已在全国广泛推广应用，据不完全统计，该技术已在1000多个工程中应用。与桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力。工程造价一般为桩基的1/3—1/2，经济效益和社会效益非常显著。目前大量用于高层和超高层建筑地基的加固。
近年，该技术已在武汉地区的高层建筑地基处理中应用，以武汉汉阳纽宾凯国际社区-蜜城项目就有10栋高层建筑地基处理采用了CFG桩加固技术，均为31-34层的高层建筑，由于该技术具有施工速度快、工期短、质量容易控工程造价低廉等特点，因此具有极大的推广价值。
参考文献:
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基工程施工质量验收标准. GB50202-2002
[2]王佩云等.建筑施工手册（第五版）.中国建筑工业出版社.2012（12）
[3]王建平.CFG桩施工中遇到的问题及处理措施 [J].建筑技术与应用,2012,(8)
论文作者:李江艳,王健
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/3
标签：钻杆论文; 混凝土论文; 地基论文; 标高论文; 桩头论文; 钻机论文; 措施论文; 《防护工程》2018年第28期论文;