岩溶地质条件下的CFG抗拔桩复合地基综合施工技术

林佳铭

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结强度桩，通过在基底和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层，以保证桩、土共同承担荷载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基[1-6]。CFG桩复合地基施工技术已经广泛应用于我国各种类型工程，特别在较为复杂的岩溶地质条件下，CFG桩复合地基在技术、工期及经济上相比其他处理方法有较大的优势。

我国岩溶分布地区十分广泛。岩溶的广泛分布及复杂性，使得岩溶地质条件下的基础工程及地基处理相关研究尤为重要。但目前对岩溶地质CFG复合地基的研究往往偏向于CFG复合地基本身的成桩工艺、质量及过程控制，而忽略了CFG桩复合地基施工的前置处理措施。未经前置处理的岩溶地质，往往是CFG桩机倒塌安全事故及影响CFG桩成桩质量的重要因素。通过超前钻详勘，结合具体的溶洞及土洞分布，采用注浆加固的前置处理措施，更能发挥CFG桩复合地基在岩溶地质条件下的诸多优势。

1 工程概况

1.1 建筑概况

背景工程位于广州市花都区凤凰路东西两侧，由A、B两个地块组成（图1），总建筑面积约222 700 m2。A地块由11栋（19层）住宅及幼儿园、垃圾房等配套设置组成，B地块由4栋（2层）商业配套及3栋（12层）办公楼组成。B地块为整体2层地下室，A地块大部分为整体2层地下室，局部1～3栋住宅楼为1层地下室。幼儿园（3层）为高强预应力管桩的独立基础。

图1 项目效果图（左侧A地块，右侧B地块）

1.2 地质水文概况

勘察资料揭露，场地内钻探揭露地层有人工填土层（Qml）、第四系冲积层（Q4al）、石炭系基岩（C）。地层由上而下分布为素填土、粉质黏土、淤泥质土、粉砂、中粗砂、圆砾砂砾、强风化灰岩、微风化灰岩等。其中圆砾砂砾的承载力特征值为220 kPa，桩侧摩阻力特征值为50 kPa。强风化灰岩的承载力特征值为400 kPa，桩侧摩阻力特征值为100 kPa。

场地内土洞发育，钻孔见洞率达4.3%，高1.60～ 12.10 m，高度偏大，平面分布较为孤立，均为空洞，利于水流侵蚀作用。施工过程中须特别注意地面塌陷的问题。

场地内岩溶强烈发育，形态主要以溶洞为主。溶洞初勘钻孔见洞率45.5%，高0.30～17.50 m。场地基岩表面溶蚀，形成由溶槽、溶沟、石牙组成的微小起伏面。溶洞内部现状大部分无充填物，少数充填红褐色粉质黏土及少量棱角状灰岩碎屑。溶洞均位于地下水位以下。钻探时遇溶洞后有明显漏浆现象，故推测溶洞连通性较好。由于多为空洞，故地下水流作用强烈（图2）。

图2 地块溶洞初勘平面分布

本项目地处广州花都区，雨量充沛，尤其是基坑施工正处于梅雨季节，地下水主要为地表水、孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水。场地地下水位较高，周边河流众多。雨季地下水位会上升，按最不利组合取值，抗浮设防水位高程取9.7 m。

1.3 CFG抗拔桩复合地基设计概况

抗拔桩采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基。抗拔桩为长螺旋泵压混凝土灌注桩，采用水下C25混凝土，成桩直径500 mm，采用合金钻头施工，以灰岩面为桩端持力层，施工至岩面后要求磨钻。钢筋通长布置，其中钢筋锚入承台长度至少为40d（d为钢筋直径）。钢筋采用倒插筋法施工，抗拔承载力特征值为250 kN，有效桩长为7～32 m。

2 前置超前钻详勘施工

2.1 超前钻施工概况

本工程原基础设计2个地块桩基础均采用旋挖桩，设计要求所有的灌注桩及预应力管桩均需做超前钻，根据超前钻结果确定桩长。后因旋挖桩在岩溶地质条件下成桩效率极低，仅在A地块1#～3#楼采用旋挖桩，后续的2个地块楼栋桩基础设计变更为CFG桩。本项目的周边项目曾出现在CFG桩施工过程中，桩机因下伏土洞及溶洞坍塌而造成桩机倒塌事故。因此，本项目采取超前钻，并根据地下室柱网尺寸（约7.8 m×8.0 m）进行钻探，在初勘溶洞分布密集位置进行加密钻探。开孔直径要求采用100 mm。提前详勘本项目地下溶洞、土洞分布情况，针对不同的类型作出处理分析判断，确保CFG桩施工安全。

2.2 超前钻施工技术要点

1）所有钻孔柱状图须从设计桩顶标高开始，结合岩土工程详细勘察报告，标注并描述工程桩桩侧岩层（土层）和桩端岩层的相关设计参数。

2）超前钻深度：进入微风化灰岩连续不小于4.5D（D为桩直径）或不小于6.5 m即可终孔。

3）钻孔完成后，未钻测到土洞及溶洞的钻孔，要求用M15水泥砂浆压力灌浆封闭钻孔。

4）查明钻孔底岩层是否存在裂隙喷涌承压水。

5）根据钻探，记录钻探进尺、不同岩性的分层厚度和采样位置、土洞的埋藏深度、溶洞的顶板与底板厚度以及深度。

3 溶洞及土洞注浆施工

3.1 溶洞及土洞的处理方法分析

在溶洞及土洞地质条件下，当上部地层表面受到较大压力时，可能造成地面塌陷、溶洞坍塌，从而严重危及地基施工安全。

超前钻钻探结果显示，本项目溶洞中可能有富水的情况。在地下水丰富时，水玻璃加速凝固有利于保证注浆质量，避免水泥浆无方向性流动，控制流动范围。因此，本项目对溶洞进行预处理，选用添加水玻璃的水泥水玻璃双液浆，减少地下水对注浆的影响。水泥浆与水玻璃体积比1∶0.5；水泥浆水灰比1∶0.6。

本项目土洞主要在第四系冲积层，埋藏较浅，洞内无空洞，超前钻施工过程中存在地面塌陷及钻机倾斜等现象，因此考虑土洞采用水泥浆（水灰比为1∶0.6）进行注浆预处理。

3.2 溶洞及土洞的处理技术要点

1）注浆处理，利用超前钻钻孔尺寸，埋设φ48 mm注浆袖阀管，孔中同时埋设2根φ26 mm的出气孔。

2）注浆管的长度由超前钻钻孔确定，注浆套管嵌入基岩0.5 m。

3）双液浆施工过程中发现冒浆时应暂停注浆，孔口封堵后再进行注浆，减少注浆压力或加浓浆液。注浆压力在一般灰岩中为0.1～0.3 MPa，岩土界面逐步加大到0.3～0.5 MPa，最大1.5 MPa。

4）终注标准：注浆孔口压力由小到大，逐渐上升到0.4 MPa左右，吸浆量不大于35 L/min，维持30 min；注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力超过1.5 MPa。

4 CFG抗拔桩复合地基施工

4.1 倒插筋的抗拔桩设计

经过前置的超前钻、溶洞及土洞的注浆加固后，复杂岩溶地质地层相对较为稳定，确保了地下成桩环境良好及地面桩机等众多施工机械的运行安全。倒插筋的抗拔桩抗拔钢筋采用3φ28 mm，通长布置，在相对稳定的施工环境下，抗拔桩按照12 m插筋能满足设计要求，超过12 m的抗拔桩按照12 m插筋，少于12 m的按照有效桩长设置插筋，钢筋锚入承台长度至少为40d（d为钢筋直径）。钢筋需采用锌基涂镀，对钢筋自由段进行防腐处理。钢筋自由段（桩顶至基础底部分）刷沥青船底漆、缠裹沥青玻纤布不少于2层。经过防腐蚀处理后，自由段上下应埋入混凝土构件内50 mm以上（图3）。

图3 抗拔桩大样

4.2 倒插筋施工

钢筋笼制作及安放均在施工现场进行，钢筋笼加强环与竖向主筋进行满焊固定，在钢筋笼吊点处应加强，避免吊放时开焊。箍筋与主筋在每个交点处均应点焊固定。

钻机钻孔至设计深度后，在提钻的同时利用混凝土泵通过钻杆中心通道将混凝土灌注到设定标高，再使用25 t汽车吊，采用两点起吊法，将钢筋一次起吊。钢筋下放前，应焊接好箍筋以及定位筋。起吊过程中必须保证垂直度，采用振动锤于钢筋笼上方将钢筋笼振动插入混凝土中，利用振动锤的振动力将钢筋笼振入孔内，严格控制钢筋笼笼顶标高。

振动锤开始振动下沉时应先慢后快，并随时观察钢筋笼的位置准确性，一次性振动到设计标高。

4.3 穿越溶洞及土洞的处理技术

施工过程中，在个别桩基钻孔时的成孔范围内没出现溶洞或土洞，但在抗拔桩施工或混凝土浇筑时，混凝土面上升极缓或泵浆压力骤降，有时孔内泥浆面还伴有轻微的下降，此时可判断为出现溶洞或土洞。

1）遇到浅层土洞，即在桩深12 m范围内，桩长为设计桩长或已到岩面，可提升到土洞位置，浇筑混凝土，直至填满土洞。

2）当桩身达到设计长度12 m时，根据电流值可以判定钻头下方为溶洞或土洞，再将桩管直接下沉到下层岩面或者桩机的最大施工深度（24 m），浇筑混凝土填满溶洞或土洞。

3）如果施工过程中遇溶洞或土洞时发现混凝土超灌现象，则超灌25 m3后即可停止，待混凝土初凝后，再在原位重新打桩。

5 结语

本文以广州花都区凤凰路项目为例，根据项目复合地基施工的实际情况，从超前钻、溶洞及土洞预处理到倒插筋抗拔桩施工应用，较为综合地论述了CFG抗拔桩复合地基在岩溶地质中的适用性。目的在于探讨岩溶地质条件下CFG复合地基成套综合技术应用，为CFG复合地基的推广应用和后续类似工程的施工提供参考借鉴。通过本工程的施工实践，得出如下主要结论：

1）在岩溶复杂地质条件下，CFG复合地基比旋挖桩及冲孔桩具有更高的成桩效率和更好的地质适用性。

2）根据地下结构柱网尺寸进行超前钻施工，详探地下岩溶分布状况，可为后续注浆处理及CFG桩复合地基施工提供较为准确的判断依据及稳定的施工环境。

3）利用超前钻钻孔对溶洞及土洞进行注浆预处理，可确保大型机械的施工安全及桩基成桩效率和质量。

4）抗拔承载力特征值为250 kN的抗拔桩复合地基，超过12 m的抗拔桩按照12 m插筋，小于12 m的按照有效桩长设置插筋，能满足设计要求。

[1] 罗伟凯.CFG桩复合地基在岩溶地质中的应用[J].路基工程,2020 (1):145-147.

[2] 凌文定.复杂地质环境下CFG桩复合地基综合技术研究与应用[J]. 施工技术,2013,42(增刊1):1-3.

[3] 王雪峰.溶土洞地区CFG桩复合地基施工技术[J].中国建材科技, 2011(4):114-116.

[4] 周森.基于层次分析与概率计算综合法的广州市白云区岩溶坍塌 风险分析[D].广州:华南理工大学,2012.

[5] 赵海宏.西安某工程CFG桩复合地基设计及应用[D].西安:西安建 筑科技大学,2009.

[6] 汤海燕.CM复合地基在广州花都地区的应用[J].工程建设与设计, 2013(8):69.