CFG桩复合地基设计及施工要点

    CFG桩即是水泥粉煤灰桩，它是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌和而成的高粘结强度桩。通过在天然地基中设置一定比例的CFG桩体，并设置一定厚度的褥垫层，由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基，共同承担基础传来的上部荷载。CFG桩目前较为流行的施工工艺是长螺旋钻孔—管内泵压混合料灌注成桩工艺。因其施工工艺简便，对周边环境影响小，成桩速度快，提高地基承载力幅度大，地基变形小，工程造价较低等优点。近来，在许多高层和超高层建筑地基处理中得到广泛应用。
一、工程概况
某住宅楼长38.40m，宽41.90m，基础形式为筏板基础。工程地质概况：①耕土层，层厚0.4m～0.6m；②粉质粘土层，0.3m～2.9m；③粉土层，1.2m～4.4m；④-1粉质粘土层，0.3m～1.7m；④-2粉质粘土层,0.2m～1.7m；⑤粉土层，1.0m～3.6m；⑥细砂层，0.0m～2.5m；⑦中砂层，1.2m～4.0m；⑧粉土层，4.0m～8.4m；⑨粉质粘土层，4.9m～12.0m；⑩细砂层，0.0m～4.0m；⑾中砂层，0.5m～2.9m。此工程基础底部坐落在④-1、④-2粉质粘土上，该土层均匀性较差且承载力较低，不能满足设计要求。最后，经设计院进行地基强度和变形验算，选定用CFG桩进行地基处理。
二、CFG桩设计方案
1、本工程为CFG桩复合地基，复合地基承载力特征值为330KPa。
2、施工桩长为12.2m，有效桩长为11.9m，桩径为400mm，桩间距为1.21m×1.42m、1.46m×1.42m，置换率为6.0%，设计总桩数为742根。
3、混凝土强度等级C15，细石粒径为0.5～1.0cm。
4、施工完毕后，在基底下铺设20cm的碎石垫层，碎石粒径为1～2cm。每边超出混凝土垫层外边缘10cm，用平板振荡仪振实后可进行下一步施工。
三、主要设备机具和人员配置
1、主要设备机具：

序 号	设备名称	规格	数量	产地	制造 年份	额定功率  （KW）	生产 能力	用于施工部位
1	混凝土泵	HBT-40	1	青岛	2003	200	40/h	成桩
2	混凝土搅拌机	JS-500	1	青岛	2003	100	50/h	配制混凝土
3	CFG桩机	K15	1	新河	2003	120	60根/天	成桩

2、人员配置：

施工工种	按工程施工阶段配置人员数量
	施工准备阶段(人)	施工过程中（人）
钻工	2	5
泵送工	2	1
维修工	2	2
混凝土工		2
壮工	3	16
司机	1	1
管理人员	3	6

四、原材料及成桩质量要求：
1、原材料按照设计要求和验收规范经检测合格后方可使用。施工过程中，严格控制混凝土的坍落度，并按规定制作试块，标准养护28天，测定其立方抗压强度。
2、质量标准
     在施工过程中，设专人对孔径、孔深、桩（孔）垂直度、桩位偏差、原材料配比、提升速度、成桩长度及桩径等参数进行检查，并填写CFG桩施工质量检查记录表；保证各项指标均符合设计和规范要求。
     允许偏差项目：桩垂直度误差≤桩长的1%，桩径误差≤10mm，桩位偏差≤1/4桩径。

• CFG桩施工工艺与质量控制

1、测量定位放线，以建筑物的四个搂角及有关轴线控制桩做为布桩的依据。准确放出各桩位中心点。
2、与建设、监理单位共同确定+0.00位置并作出标记。
3、施工工序流程：桩机就位→沉管至设计深度→停振下料→振动捣实后拔管→留振10s→振动拔管、复打。应考虑隔排隔桩跳打，新打桩与已打桩间隔时间不应少于7d。
4、桩机就位须平整、稳固，沉管与地面保持垂直，垂直度偏差不大于1%；如带预制混凝土桩尖，须埋入地面以下300mm。
5、在沉管过程中用料斗在空中向桩管内投料，待沉管至设计标高后须尽快投料，直至混合料与钢管上部投料口齐平。如上料量不够，可在拔管过程中继续投料，以保证成桩标高、密实度要求。混合料应按实际配合比配制，投入搅拌机加水拌合，搅拌时间不少于2min，加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度为30～50mm；成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过200mm。
6、当混合料加至钢管投料口齐平后，沉管在原地留振10s左右，可边振动边拔管，拔管速度控制在1.2～1.5m/min左右，每提升1.5～2.0m，留振20s。桩管拔出地面确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或湿粘土封顶。
7、桩体经7d达到一定强度后，才可进行基槽开挖；如桩顶离地面在1.5m以内，宜用人工开挖；如大与1.5m，下部700mm亦宜用人工开挖，以避免损坏桩头部分。
8、按照设计要求，复合地基检测合格后，在基底下铺设20cm的碎石垫层。起作用如下：
 （1）人为地使桩顶向上刺入，为桩间土参加工作提供条件从而使桩间土一开始就分担较大份额的上部荷载，较好的发挥了桩间土的承载力；
 （2）依靠褥垫层材料与基础底面的摩擦，使CFG桩复合地基具有一定的抵抗水平荷载的能力；
 （3）减少基础底面的应力集中；
 （4）对地基的不均与沉降有一定的补偿作用。
六、常见的施工问题及处理方法
1、如在饱和软土中成桩，应采用隔桩跳打施工方案。而在饱和的松散粉土中施工时，隔桩跳打则不宜采用。当满堂布桩时，不宜从四周向内推进施工，宜从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工。
2、大量工程实践表明，混合料坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在3～5cm，和易性好，当拔管速率为1.2～1.5m／min时，一般桩顶浮浆可控制在10cm左右，成桩质量容易控制。
3、设置保护桩长。桩在加料时，应比设计桩长多加0.5m，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3～5s，提高桩顶混合料密实度。上部用土封项，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。
4、泵送混凝土过程中如发生意外必须停机，待排除故障后，钻机向下钻1m后再重新施工，确保不发生断桩。
5、拔管过程避免反插。在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量，所以应避免反插。
6、在施工过程中，应加强施工场地标高和已打桩桩顶标高观测，及时发现问题，以便针对性地采取有效措施，控制成桩质量。
七、试验与检验
1、复合地基静载试验
　为检验CFG 桩施工工艺及复合地基加固效果，现场有代表性的选取4根桩进行了复合地基静荷载试验。4根桩复合地基试验单桩处理面积为2.10m²，采用方形压板，压板边长1.45m，最大加载值为660KPa,加载程序和判定标准按规范要求。
4个试验点的实验数据如下：

序号	试验 点号	最大试验荷载		试验点承载力特征值		复合地基承载力特征值
		荷载（KPa）	对应沉降 （mm）	对应荷载 （KPa）	对应沉降 （mm）	对应荷载 （KPa）	对应沉降 （mm）
1	222	660	9.46	≥330	3.23	≥330	3.23
2	394	660	11.34	≥330	3.31		3.31
3	669	660	7.67	≥330	2.42		2.42
4	702	660	9.60	≥330	3.56		3.56

　静压4根单桩复合地基试验结果表明：该4根桩复合地基静载试验的Q -s曲线、s -lg(t)曲线均未出现陡降迹象,在最大试验荷载660KPa的作用下均为破坏。按相对变形s/b =0.01确定复合地基承载力,单桩复合地基在标准值为330kPa 的荷载下沉降值与压板作用宽度之比s/b 分别为0.0022、0.0023、0.0017、0.0024，其比值均小于0.01，表明单桩复合地基承载力满足设计要求。并且单桩复合地基静载试验在标准值为330kN 时，沉降分别为3.23mm、3.31mm、2.42mm、3.56mm，说明单桩复合地基承载力仍有很大潜力。
     2、低应变动力试验
　试验依据《基桩低应变动力检测规程》进行,检测桩数为总桩数20%。本项低应变完整性试验共检测150根桩，其中桩身结构完整的一类桩143根，占95.3%；桩身结构基本完整、桩身局部轻微离析、对桩的使用不构成影响的二类桩7根，占4.7%，无严重缺陷桩和断桩。
八、结束语
检测结果表明：该工程经CFG 桩进行地基处理后，桩身质量良好，地基承载力能够满足设计要求。同时也说明本次CFG桩地基处理所采取的施工工艺和技术措施是非常成功可靠的。该工程不仅通过采用CFG桩复合地基加筏板基础设计方案取代原设计桩筏基础方案，降低了工程造价，而且保证了结构安全及工程质量，也大大加快了施工进度，为CFG桩地基处理的广泛应用起到了一定的推动作用。
 
 
 

参考文献：
[1] 阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M] .中国水利水电出版社,2001.
[2] 中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范(JGJ79-91)[S] .中国计划出版社，1992.
[3] 中华人民共和国行业标准.建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)[S] .中国建筑工业出版社，1990.
[4] 中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范(JGJ94-94)[S] .中国建筑工业出版社，1995.
[5] 吴春林，阎明礼，等.CFG桩复合地基的工程特性及应用[J] .建筑技术，1991.

 

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文章名称： CFG桩复合地基设计及施工要点

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