CFG桩复合地基在天津武清软土地基处理中的适用性研究

丁立岩，胡 峰

（1.中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳 110006；2.中国地质大学，北京 100000）

CFG桩复合地基在天津武清软土地基处理中的适用性研究

丁立岩1，胡 峰2

（1.中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳 110006；2.中国地质大学，北京 100000）

CGF桩复合地基技术近几年来已经在我国，特别是东部地区已经有较为广泛的应用，其所得到的效应已经得到了工程实例的验证，本文根据CFG桩复合地基的作用机理，在地基处理中的应用，及其优点，简要阐述其施工机理，以及在实习操作过程中出现的问题，结合工程实例，分析CGF桩复合地基在该地的使用性。

CFG桩；复合地基；褥垫层

0 引言

天津武清地处天津的西北边，与北京通州接壤，地处华北平原，属冲积、海积低平原，根据以往的工程经验，在天津的大型高层建筑多采用桩基。随着天津武清地处进入新一轮的大发展，该地区近期大规模的工业与民用建筑的兴起，建筑市场正处于火热期，众所周知，大型建筑的地基处理所占据的费用相当可观，所以从缩小成本的角度，既保证工程的质量，又要有可靠的安全度，势必需要寻找到一种适合本地工程特点的施工工艺，从而推动本地区的工程建设走上经济节约型模式。CFG桩基，在其他地区的实际工程经验得到了不错的工程效益，基本满足了社会的需要，所以又必要清楚CGF是否在天津武清具有可靠的使用性。

1 CFG桩复合地基概况

1.1 CFG的概述

CFG桩又叫水泥粉煤灰碎石桩，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合材料加水搅拌而成的一种高黏结桩，桩体和桩间土，褥垫层一起组成水泥粉煤灰一起组成水泥粉煤灰桩复合地基。CFG桩是针对碎石桩承载特性的不足而改进发展起来的一种复合桩基。

1.2 CFG桩的作用机理

CFG桩相当于在碎石桩中掺入适当的石屑，粉煤灰和水泥，加水搅拌形成的一种高黏结性的桩体，所以CFG桩基本了一定的刚性桩的性状，一般情况下不仅可以全段长度内发挥桩的侧阻力，如果桩端落在比较好的持力层当中时，还可以比较充分的发挥桩端阻力，两者结合，可以比较明显的提高桩的承载力。

1.3 CFG中各种材料的作用

CFG桩的组成部分主要是碎石，碎石构成了桩身的主要组成成分，向其中掺入石屑、砂可以填补碎石中的空隙，在一般情况下还可以加入的石膏，增加桩的黏结度，对粉煤灰的作用一方面可以提高桩身的黏结力，还在一定程度上充当了底号水泥的作用，合理的利用了工业废料。

2 CFG桩的施工

CFG的成桩方法可分为：振动沉管CGF桩；长螺旋钻管内泵压CFG桩；长螺旋钻孔灌注成桩；泥浆护壁钻孔灌注成桩；人工或机械洛阳铲成孔灌注成桩，下面主要介绍本工地使用的长螺旋钻管内泵压CFG桩。

2.1 施工工序

该成桩施工设备组要由长螺旋桩机、地泵、罐车，其具体的施工工序可以概括为整平—放样—成孔—提桩灌浆。

长螺旋的螺旋杆为中空的螺旋状杆，目前长螺旋的长度较灵活，可以根据不同工程的需要选择不同的长螺旋种类。长螺旋向下打孔的时候在一定程度上挤密了周围的土体，这在一定程度上可以提高CFG桩的侧阻力，在长螺旋杆向上拔的过程中，通过地泵的气压将混合料送送上螺旋杆的顶端，依靠混合料的重力作用，通过长螺旋的中空管向下边拔变送形成一根无筋的素混凝土桩。对于混凝土，现在工程中基本采用的商品混凝土，由施工单位提供配比数据，所以在施工的过程中要不间断的将送来的混凝土送到相应的检测部门进行检测，以确保施工的质量。

还有一个值得注意的问题就是在打CFG桩的过程中，由于成桩的机身较庞大，打桩出的土也较多，难免会周围的点覆盖住，目前施工场地常常采用点白灰的方式以防点丢失，同时为了不至于相邻桩底部之间相互贯通，在实际操作过程中，常常采用的是跳格的打桩方式，所以在打桩的过程中要及时进行桩数的复核。

一般一台长螺旋打桩机应该配上4~5人，以确保桩身准确入位，机身在转动的过程中确保电缆及其相应设施的安全。

2.2 施工中常见问题

2.2.1 堵管

在CFG施工中，堵管是常见的问题，堵管会增加工人的劳动强度，耽误工作时间，造成已经搅拌好的混凝土料的浪费，给施工带来很多不必要的困难。

2.2.2 窜孔

所谓窜孔，就是在已经完成的1号钻孔边施工2号钻孔时，发现1号钻孔的桩顶突然下落，有时下落距离可达1～2 m，如果2号钻孔泵入混凝土时，1号钻机的桩顶会发生一定的上升，这种现象工程中叫做窜孔。

2.2.3 钻头阀门打不开

施工过程中有时出现钻到预定标高后，提钻时发现钻头处的阀门打不开，常见的出现阀门打不开有两种原因：钻头构造缺陷；当钻端落在透水性好，水头较高的砂土时，阀门外出了受到土压力外，还受到了水的侧压力，阀门内的压力小于阀门外的总压力，导致阀门无法打开。

2.2.4 桩体上部存在气体

当泵送混合料时排气阀门无法正常工作时，导致钻管内气体无法全部排尽，在成桩后导致桩体内部存在气孔，导致桩体存在缺陷，施工中应该杜绝此类现象的发生。

2.2.5 先提钻后泵送混合料

此中不规范的操作容易发生钻头上的泥掉入桩孔，致使成桩后桩体下降。

3 CFG桩的优点

1）适用性广，承载力提高幅度大CFG桩复合地基技术适用于非饱和及饱和的粉土、相比，可提高2~5倍。

2）CFG桩施工简便，时间短，平均每打一根桩的时间大概在半个小时左右，由于打CFG桩不用沉放钢筋笼，所以可以省去很多工序。

3）在噪音方便，由于打CFG桩是采用螺旋转机，更具现场的经验，打CFG桩所带来的噪音和一台小汽车所产生的噪音类似，所以CFG桩在居民区施工是一个比较理想的选择。

4）CFG桩体可以掺入工业废料粉煤灰，也不需要配筋，以及充分发挥了桩间土的承载力，施工简便，工程造价一般为桩基的1/2~1/3，经济效益特别的明显。

4 CFG桩复合地基工程实例

4.1 工程概况

拟建工程位于天津市武清区前进道商业街，本次拟建工程主要为4层商业，层高一般在5.40～5.70 m左右，最大高度22.00～23.00 m。本次拟建场地内均设有1层地下车库，地下车库埋深一般在4.00 m左右，局部（设备用房处及场地西侧）深度较大为5.4～6.6 m左右。本次拟建工程均拟采用框架结构，桩基础。

4.2 场地地层分布及土质特征

4.2.1 人工填土层（Qml）

全场地均有分布，厚度1.00～3.30 m，底板标高为4.50～1.94 m，该层从上而下可分为2个亚层。

第一亚层，杂填土：厚度一般为0.50～2.20 m，呈杂色，松散状态，由砖渣、灰渣、石子、杂土组成。

第二亚层，素填土：厚度一般为0.30～2.5 0 m，呈褐色，软塑～可塑状态，粉质黏土、黏土组成，含砖渣，石子。

人工填土填垫年限小于10年。

4.2.2 全新统新近冲积层（Q43Nal）

厚度1.50～4.30 m，顶板标高为4.50～1.94 m，该层从上而下可分为2个亚层。

第一亚层，黏土：厚度一般为0.50～3.50 m，呈黄褐～褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，底部褐黑色，含腐殖物、有机质，属高压缩性土。局部夹粉土、粉质黏土透镜体。

第二亚层，粉土：厚度一般为0.50～2.50 m，呈黄褐色，中密状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉质黏土透镜体。

本层土各亚层土质尚均匀，分布不稳定。4.2.3 全新统上组陆相冲积层（Q43al）

厚度0.50～1.50 m，顶板标高为1.19～-0.68 m，主要由黏土组成，呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。

本层土水平方向上土质较均匀，分布尚稳定。4.2.4 全新统上组湖沼相沉积层（Q43l+h）

厚度2.50～4.50 m，顶板标高为0.10～-1.64 m，主要由黏土组成，呈青灰色，可塑～软塑状态，无层理，含腐殖物、有机质，属高压缩性土。

本层土水平方向上土质较均匀，分布较稳定。4.2.5 全新统中组海相沉积层（Q42m）

厚度3.00～4.90 m，顶板标高为-3.75～-4.68 m，该层从上而下可分为2个亚层。

第一亚层，粉质黏土、黏土：厚度一般为1.00～3.00 m，仅场地中部7～9、20～23、35、36号孔处厚度较大，为3.20～4.50 m。呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中（偏高）压缩性土。局部夹粉土透镜体。其中在15号孔附近缺失该层。粉质黏土、黏土二者力学性质相近，剖面图上统一按粉质黏土绘制。

第二亚层，粉土：厚度一般为1.00～4.50 m，呈灰色，中密状态，无层理，含贝壳，属中（偏低）压缩性土。

4.2.6 全新统下组沼泽相沉积层（Q41h）

厚度1.50～2.60 m，顶板标高为-6.98～-8.98 m，主要由粉质黏土、黏土（地层编号⑦）组成，呈黑灰～浅灰色，可塑状态，无层理，含有机质、腐殖物，属中压缩性土。粉质黏土、黏土二者力学性质相近。

本层土水平方向上土质较均匀，分布较稳定。4.2.7 全新统下组陆相冲积层（Q41al）

厚度4.50～6.80 m，顶板标高为-9.48～-10.98 m，主要由粉质黏土组成，呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土透镜体。

本层土水平方向上土质较均匀，分布较稳定。4.2.8 上更新统第五组陆相冲积层（Q3eal）

厚度4.80～6.50 m，顶板标高为-14.90～-16.68 m，主要由粉质黏土、黏土组成，呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土透镜体。粉质黏土、黏土二者力学性质相近，剖面图上统一按粉质黏土绘制。

本层土水平方向上土质较均匀，分布较稳定。4.2.9 上更新统第四组滨海潮汐带沉积层（Q3dmc）

厚度4.00～5.10 m，顶板标高为-20.95～-21.98 m，主要由黏土、粉质黏土组成，呈灰色，可塑状态，无层理，含贝壳，属中压缩性土。黏土、粉质黏土二者力学性质相近，剖面图上统一按黏土绘制。

本层土水平方向上土质较均匀，分布稳定。4.2.10 上更新统第三组陆相冲积层（Q3cal）

本次勘察钻至最低标高-35.66 m，未穿透此层，揭露最大厚度9.00 m，顶板标高为-25.68～-26.66 m，该层从上而下可分为3个亚层。

第一亚层，粉质黏土、黏土（地层编号11○1）：厚度一般为1.80～3.00 m，呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。粉质黏土、黏土二者力学性质相近，剖面图上统一按粉质黏土绘制。

第二亚层，粉土：厚度一般为2.00～3.30 m，呈褐黄色，密实状态，无层理，含铁质，属中（偏低）压缩性土。

第三亚层，粉质黏土、黏土：本次勘察未穿透此层，揭露最大厚度4.00 m，呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。粉质黏土、黏土二者力学性质相近，剖面图上统一按粉质黏土绘制。

本层土在揭示范围各亚层水平方向上土质较均匀，分布尚稳定。

4.3 CFG桩设计参数

CFG桩的设计出了要满足地基承载力和正常使用阶段的地基变形稳定性外，还要考虑诸如不同的土性所应该采用的不同的成孔工艺，布桩形式等，下面就桩长、桩径、桩间距、桩体强度、褥垫层的相关参数展开说明。

4.3.1 桩长的设计

对于桩基，桩端要落在承载力较好的土层上，CFG桩也不例外，因此考虑场地的地基承载力及其上部建筑的荷载的综合因素。

根据场地地质条件，桩端持力层应该选在上更新统第四组滨海潮汐带沉积层（Q3dmc）黏土、粉质黏土层上，该层天然含水量w平均值为31.3%，孔隙比e平均值为0.89，压缩模量Es（1~2）平均值为5.7 MPa，标贯实测击数算术平均值为13.1击，承载力在160 kPa左右，土质较好，强度较高，可作为4层商业的桩基础桩端持力层，可将桩端置于标高-23.50～-25.50 m段。拟建工程建有一层地下停车库，加上保护桩头长度，所以预计打桩深度为28.5 m左右。其中桩长为22 m。

4.3.2 桩径及桩间距的设计

CFG桩桩直径的确定一般取决于成桩的机械设备，一般在350~600 mm本工程设计为400 mm。桩间距一般在（3~5）d，设计为1 400 mm×1 400 mm，方形布孔，面面积置换率为8.16%。

4.3.3 桩体强度

桩体配比按桩体强度控制，桩体试块抗压强度应该满足：

式中：fcu——为桩体混合料试块标准养护28天立

方体试块抗压强度平均值。

4.3.4 褥垫层厚度及材料

褥垫层的厚度一般取10 cm~30 cm，故在本工程中取褥垫层的厚度为200 cm褥垫层的材料一般采用粗砂、中砂、碎石、级配砂石，碎石的最大粒径不应大于30 mm。

5 施工方案

CFG施工时由于不需要钢筋笼，所以可以免去很多麻烦的工序，缩短了大量的工作时间，缩短了工期，所以工程中常常采用长螺旋成孔泵砼法成孔成桩一次完成，根据现场实际操作，常用此种方法施工时噪音小，不会对环境产生污染，对土体的扰动较小，时间较短，自动化程度高，对工人的劳动力要求低，在保证混合料的供应下，平均打一根桩的时间基本为30分钟左右，且在混合料的灌注时采用地泵，将混合料从桩的顶部向下利用混合料的重力作用向下灌注成桩比较密实，且可适当起到挤土扩孔的作用。所以长螺旋比较适合在此工地施工。

在本工地，由于处于天津滨海软土地区，所以如果采用连续打桩时，由于饱和软土的特性，新打的桩将挤压已经完成的桩，使已经完成的桩被挤压成椭圆形，严重时将出现短桩缩颈的现象，所以一般都采用隔桩跳打的施工方法。

6 实际问题

在施工过程中在拟建场地出现的特殊性问题便是混凝土放量的充盈系数普遍偏大的现象，按照一般的现象，钻孔灌注桩的充盈系数不应小于1.1，最理想的充溢系数是在1.15左右，软土中一般控制在1.2~1.3，而在本拟建工程中，充盈系数的平均值在1.4上下，最大值达到了1.59，出现充盈系数偏大的因素，分析可得其于施工过程中桩身侧壁裂缝、孔洞及塌孔等原因有关，所以这与拟建场地的地层土性有密不可分的关系，地处滨海软土地区的天津武清地层，在用长螺旋成孔时极易造成孔壁塌落、孔壁裂缝等现象的产生。

过大的充盈系数将意味着要投入更多的混合料，从经济上看是不合理的，那么该如何去控制充盈系数是一个很值得研究的问题。

7 经济角度对比

一般习惯上将桩基于CFG桩进行对比，下面将从经济上将这两种桩进行对比，两者均按本工程所选择的第⑩层为持力层，桩长选择为22 m，参照本工地，CFG混合料的单价为320 m3，而用来打桩的混合料为330 m3，单从混合料方面比较，单根桩（不考虑特殊情况）就可以节省30元，再者，桩还必须要下钢筋笼，就这一点桩基和CFG复合地基的差距就极大，从另一个方面考虑，CFG桩施工的方便快速性。虽然说CFG的复合地基的承载力步入桩基，基本在600 kPa左右，不过在满足承载力要求的情况下，还是很值得考虑CFG桩复合地基。

8 结语

CFG桩复合地基结合了桩基的有点，又充分利用的桩间土的承载力，不仅从承载力方面取得了突破，更是从经济效益上得到了工程的肯定，特别是较桩基对比，CFG桩由于不要钢筋笼，以及充分利用的工业粉料粉煤灰，此中工艺正好迎合了现在国家所提倡的走节约节能型的社会，我们可以看到CFG桩有很大的发展空间，但是我们也必须注意到，CFG桩在软土中所存在的问题，就如文中所提到的关于充盈系数偏大的原因，CFG桩的使用必须要考虑土性，基础的类型，刚度等。总之，CFG桩复合地基的研究正在不断的到完善，未来的市场占有率不容忽视。

TU4

A

1673-1093（2015）06-0093-04

丁立岩，现就职于中国建筑东北设计研究院有限公司。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.06.025

2015-02-26；

2015-03-06