CFG桩在淤泥质黏土中的施工病害和应对

马锐敏,黎　鹏，伊尧国

(1.天津城建大学 土木工程学院，天津 300384;2.河南大学 土木建筑学院，河南 开封 475001;

3.天津城建大学 地质与测绘学院，天津 300384)



CFG桩在淤泥质黏土中的施工病害和应对

马锐敏1,黎鹏2，伊尧国3

(1.天津城建大学 土木工程学院，天津 300384;2.河南大学 土木建筑学院，河南 开封 475001;

3.天津城建大学 地质与测绘学院，天津 300384)

摘要：CFG桩复合地基是常见的适用于富水土层的地基处理方案之一。当遭遇淤泥质黏土层时，出现堵管、缩颈、断桩等工程病害的概率非常大。结合某河岸附近的CFG桩地基处理工程，对施工过程中出现的以上病害进行了原因分析，并给出了相应的理论机理和工程建议。研究认为，应该加强和控制建筑材料、工程措施、施工工艺、监测和信息化施工等环节，以消除各种病害。研究成果对软土地区的CFG桩具有普遍意义，可供类似工程借鉴。

关键词：CFG桩；淤泥质黏土；施工工艺；地基处理

水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravel Pile，简称CFG桩)是一种目前常用的地基处理方法，它是由粉煤灰、碎石、石屑和砂加水和水泥拌和，并用相应设备成桩。CFG桩、桩间土、褥垫层共同作用，形成复合地基，共同工作。CFG桩适合于多种土质情况，具有沉降变形小、造价低、承载力提高大、社会和经济效益显著等特点，广泛地用于工业厂房和民用住宅的地基处理和加固。本文对CFG桩在含淤泥黏土层条件下的施工过程中遇到的各种实际问题进行了研究和分析。

1质量影响因素

CFG桩施工技术是近年来发展起来的新兴地基处理方法，工程施工经验尚不成熟，而且淤泥质土是一种不良地基，因此，此类施工中经常出现各种隐患甚至事故。

当遭遇软弱地基时，影响CFG桩施工质量的主要因素包括：

(1)由于软土特有的低强度、低模量和流动性，新打桩会挤压已打桩，因此往往造成已打桩变形、缩颈甚至断桩。

(2)淤泥质土层压缩性高，承载力低，处理后的复合地基可能会出现沉降量、沉降差偏大的情况。

(3)施工工艺或施工质量不到位，可能造成混合料落料不充分或灌压力不足，混合料与淤泥土混合，导致桩身掺土从而降低桩身质量。

(4)淤泥质土因自重固结产生的沉降大于桩体沉降，引起负摩阻力对CFG桩承载力产生重大影响。

因此，在处理淤泥质土时，CFG桩复合地基仍面临较多问题。

2工程概况

本文工程位于汝河南岸，距离河堤约70 m。地貌单元属河流冲洪积平原，场地地形平坦，最大高差0.50 m。根据地质勘察报告，可将地基土分为7个地质层(见图1)。第①层是耕植土，层厚0.40～0.80 m；第②层是粉质黏土，层厚5.30～6.00 m；第③层是含淤泥质黏土，该土层由河流近代堆积而成，受河流影响较大，孔隙比较大，固结程度差，力学性质差，层厚2.40～3.30 m；第④层是粉质黏土，层厚3.10～4.70 m；第⑤层是粉土，层厚4.30～6.30 m；第⑥层是中砂，层厚3.20～4.30 m；第⑦层是粉质黏土，层厚4.30～5.10 m。

图1　工程地质剖面图

场地地下水位受河流和季节变化影响较大。勘察期间，场地地下水位埋深在6.40～6.70 m。

CFG桩以1#孔为例，其复合地基承载力计算情况为：基础埋深为4.50 m；桩径为400 mm；桩入土深度为20.50 m；有效桩长为16.00 m；地基持力层层号为②；桩端持力层层号为⑥；布桩形式为正方形；桩中心距为1.40 m；置换率为0.064；单桩承载力特征值Ra为530 kN；单桩承载力发挥系数λ为0.8；桩间土承载力发挥系数β为0.9；桩身抗压强度fcu≥13.66 MPa；复合地基承载力特征值fspk为326 kPa；基底压力平均值为300 kPa。

3CFG桩施工中遇到的问题及解决方法

本文工程靠近河道，第③层土含较多淤泥，且地下水位基本位于淤泥层。施工期间连续降雨超过10 d，加上某些操作人员技术水平有限。因此，该工程出现了一些问题，例如：缩颈、断桩、桩体强度不均匀、桩偏位、斜孔、灌料堵管、窜孔等。

3.1堵管

堵管是长螺旋钻管内泵压CFG桩成桩工艺经常出现的问题，会影响施工效率，增加工人的劳动强度，造成材料浪费。如果不严格控制，也会造成已搅拌的CFG桩失水或凝结硬化，容易造成再次堵管，以至施工无法继续进行。

造成堵管的原因很多，如混合料配合比不合理，机械设备有缺陷，混合料拌和有缺陷或者施工人员操作不当等。

针对堵管问题，应该做好混合料配合比的试配工作。根据已有的工程实践经验选用合适的硅酸盐水泥并控制粉煤灰掺量，以保证桩身强度、混合料的和易性等，另外，还应加强质量监管。

3.2缩颈和断桩

桩基施工完毕后，在进行小应变反射波法检测桩身完整时，发现了4根桩有断桩现象。

研究分析认为，第③层淤泥土层中新打桩与已打桩存在相互挤压作用，使得已打桩被新打桩挤压成椭圆形或不规则形，从而产生缩颈和断桩。另外施工人员在灌注混合料时拔管太快或振捣不到位，在桩身某个位置出现桩径突然变细现象，浅部的断裂也可能由开挖操作不当造成。

对于浅部断桩，可以先剔除上部断桩，再用与桩身相同的混合料按桩径设计标高补桩，补桩径扩大为800 mm，且强度提高一个等级。在断桩处进行单桩复合地基静载荷试验，对比完整性桩试验结果。如果复合地基承载力和变形能满足设计要求，可不进行处理；如果不符合要求，需进行设计方案论证。应该在随后的工作中，改进施工工艺，比如调整混合料等，并加强施工质量监管。

3.3扩径

降雨之后进行的CFG桩施工区域，待基坑开挖后，有部分桩桩头下沉，达不到设计标高。经检测发现，桩径在第③层土中出现扩大现象。

经分析，施工区域与汝河临近，降雨造成地下水位升高，长时间的渗透使得原先的淤泥层由软塑变成流塑状，流塑状淤泥无法承受砼的侧压力，由桩体混凝土侧向膨出充填造成桩体扩径。

经过单桩承载力检测发现，扩径桩承载力要高于设计要求，且复合地基承载力也满足设计要求。因此对桩头进行接桩，施工处理方法与断桩补桩相同。下一步施工应尽可能降低、减少振动影响；合理控制混凝土压灌压力且增大充盈系数，使扩径部位的混凝土密实，从而形成有益扩径并保证桩头达到设计标高。

4消除淤泥土层中CFG桩病害的建议

针对CFG桩在淤泥土层施工的各项施工工艺，并结合施工过程中出现的问题和解决方法，提出以下建议：

(1)桩体材料质量。控制碎石的粒径、混凝土的配合比、混合料的坍落度等。坍落度一般控制在6～8 cm较为合理。该坍落度既可减小扩孔率，又可提高桩身成孔质量，减少堵管。

(2)钻进速率。在淤泥地层中，钻进速度一般宜控制在6 m/min左右。进尺过快容易造成斜孔，甚至对周围桩体产生不利影响。

(3)提管速率。在淤泥质地层中，拔管速度应适当快些，控制在4 m/min左右。拔管过程应避免反插，严格控制桩管垂直度。

(4)施工监测。在施工过程中，应加强对施工场地标高、打桩过程的监测，及时发现问题，针对具体情况采取有效措施，改进施工工艺，提高施工人员责任意识，进而保证成桩质量。

(5)施工顺序。一般情况下的施工顺序为“一侧至一侧顺序施工”，但在个别淤泥土层区域有软塑转变成流塑时，建议采用“由两侧向中间施工”。施工作业过程中避免连打，采用隔桩分段跳打方式。

5结论

在诸多地基处理方法中，CFG桩由于其具有较多优点备受青睐。但是，当将其应用于含有淤泥土层的地质条件时，仍存在许多问题。工程中出现的常见病害(如断桩、缩颈、堵管等)不仅会影响工程质量及施工进度，还会增加经济成本。只有采取必要的工程措施、施工工艺、监测手段，才能保证CFG桩复合地基得到理想的工程效果。

参考文献

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[8]任鹏,邓荣贵,于志强.CFG桩复合地基试验研究[J].岩土力学,2008(1):81-86.

Problems and measurements as CFG piles in soft clay

MA Rui-min1，LI Peng2,YI Yao-guo3

(1.SchoolofCivilEngineering,TianjinChengjianUniversity，Tianjin300384,China;2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,HenanUniversity,Kaifeng475001,China;3.SchoolofGeologyandGeomatics,TianjinChengjianUniversity,Tianjin300384,China)

Abstract：CFG piles composite foundation is one of the most common foundation treatment schemes for water-rich soils.When encountered soft soils layer,there is a large risk of engineering diseases such as blockage pipe,shrinkage neck,broken pile etc.Based on a certain project located near the bank of river,this paper gives an analysis of the engineering diseases above occurred in the process of the project,and the corresponding theoretical mechanism and engineering suggestions.The research shows that building materials,engineering measures,construction craft,monitoring and informational construction should be strengthened and controlled in order to remove all kinds of diseases.The results of the research accounting the method of CFG have universal significance in soft soil and can be referenced for similar projects.

Key words：CFG piles;soft soils;construction technology;foundation treatment

中图分类号：TU473.1

文献标识码：A

DOI:10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.01.010

文章编号:1674-7046(2016)01-0057-04

作者简介：马锐敏(1989—)，女，河南焦作人，硕士研究生。

基金项目：天津市科技特派员项目(14JCTPJC00514)

收稿日期：2015-09-01