软土区域高层建筑CFG 复合地基的施工应用分析

张振 河南五建建设集团有限公司

一、CFG 桩复合地基特性

当土体承载力不足，或出现不均匀沉降现象时，均可采用复合地基，即在土体内设置增强体。通过土体和增强体共同承担荷载，降低地基沉降。通常情况下，纵向增强体被叫作“桩”，常见桩体包括水泥土桩、CFG 桩等。相比天然土体地基，此类增强体的模量、强度均可达到设计要求。CFG 桩是一种高粘结强度桩，在高层与超高层建筑中应用广泛。根据成桩施工工艺与桩体构成材料进行划分，可将CFG 桩分为3 大类，具体如表1 所示。

二、工程概况

某建筑工程位于市中心，经地质勘查报告可知，岩土工程勘察等级和地基基础设计等级均为乙级，场地等级和地基等级均为二级。采用筏板基础为基础形式，4.7m 为基础埋深，180KPa 为基底压力，要求在70mm以内控制沉降量。经勘查可见，第2 层土为持力层，经计算可得，承载力为164.5kpa，小于规定值（180KPa），说明天然地基强度无法达到设计规定，此外，拟建场地存在软弱土层，地基土性质稳定性相对较差，需采取措施进行处理。

三、桩基础处理方案

（一）桩基础处理方案

在天然地基无法满足设计要求时，桩基础方案应用较多。目前，该处理方案技术较为成熟，且具有可靠性。在整个施工现场均采用桩基础，将会大大增加工程成本，甚至会导致工期延迟。此外，桩基础变形小，相比之下，土体具有较大变形，在变形大小方面，桩基础和土体之间存在较大差异，沉降控制难度大，因此，在本工程施工中不建议采用此方案。

（二）水泥土搅拌桩复合地基处理方案

本工程基础埋深为4.7m，本方案主要技术指标如表2 所示。

根据计算分析，承载力为198kpa，地基处理后，其强度可达到设计规定（≥180Kpa），缺点为施工工序多，工期较长。

（三）CFG 桩复合地基处理方案

本工程CFG 桩复合地基采用的类型为长螺栓钻孔泵压灌注CFG 桩复合地基，表3为本方案主要技术指标。

经计算可得，承载力为321.35kpa，可满足设计规定（≥180kpa），说明本处理方案具有可行性。此外，还计算了处理后的沉降值，所得结果为41.64mmm，小于规定值（70mm），可满足设计要求。

通过上述分析，三种不同地基处理方案对比情况如下：

第一，桩基础处理方案，在处理效果方面，效果可靠，方案成熟，但缺点为造价高、工期长；

第二，水泥土搅拌桩复合地基处理方案，在处理效果方面，现场存在大量湿作业，经验算，承载力可达到设计规定值，缺点为造价相对较高（低于桩基础处理方案），工期略长；

第三，CFG 桩复合地基处理方案，在处理效果方面，无论是承载力，抑或是沉降变形都可以达到设计规定，相比上述两种方案，在造价、工期方面均占有一定优势。

对比分析三种地基处理方案处理效果、造价、工期等方面，最终决定采用CFG 桩复合地基处理方案。

表1 CFG 桩复合地基应用类型及特点

表2 水泥土搅拌桩复合地基处理主要技术指标

表3 CFG 桩复合地基处理主要技术指标

四、施工技术要点

本工程采用长螺旋钻孔灌注成桩处理技术用于施工，作为一种新型成桩工艺，其特点为噪音小、无须振动成桩、适用性广等。具体施工要点如下：

（一）施工准备

施工前，需勘查了解地下水位情况，通常将其降到基底标高以下0.5～1.0m，此外，还要考虑集水坑、电梯井是否会影响降水深度，保证地下水位满足设计要求。由于本工程采用长螺旋钻机施工，需考虑施工作业面问题，需将建筑物底板外边缘外扩，四周分别宽出1.0m 左右。在基坑底部进行长螺旋钻机等施工时，需设坡道，并做好表面硬化处理，根据机械设备实际情况，合理设置宽度、坡度、弯度等，从而提升施工效率。

（二）施工要点

通过四个方向的垂直标杆进行长螺旋钻机导杆垂直度测定，保证在1.5%以内控制垂直度偏差。按照阀门情况将钻头单向阀门设置成两种类型，分别为侧向阀门、底部阀门，避免钻杆内进入水或泥土，出现钻杆堵管情况。泵送混合料输送至钻头底部后，即可开启阀门，灌注成桩。基于土的侧向压力、超孔隙水压力等影响，若采用侧向阀门钻头，很容易出现无法打开阀门堵管等问题，为此，在施工中应采用底部阀门钻头。

钻孔过程中，长螺旋钻可利用螺旋叶片、靶齿等进行切土成孔，在此施工环节，需关注泥土是否会被大量带出孔外，一旦出现此问题，很容易引发塌孔，因此，必须重视孔壁稳定性。

（三）施工质量控制

在CFG 桩施工中，需根据施工情况，做好质量控制工作，如堵管、窜孔等，由于本工程在冬季施工，因此，还要做好冬季防护施工。

（1）堵管处理

在长螺旋钻孔灌注成桩处理技术应用中，堵管问题时常发生，一旦堵管处理不及时，很容易引发严重问题，或出现二次堵管情况。引起堵管因素很多，总体可归结为以下3 点：

第一，混合料配合比影响。水泥、粉煤灰等细骨料用量多少，混合料配合比影响较大，尤其是煤粉灰用量将对混合料和易性造成直接影响。若细骨料用量过多，同样会影响混合料和易性，因此，必须做好粉煤灰用量控制，一般用量控制在70～90kg/m³。

第二，施工误操作引起堵管。当混合料注满钻杆芯管后，若提钻不及时，或因泵送压力影响，往往会有大量水泥浆液堆积在钻头处并被带出，这种情况下，存留在管内的多为粗骨料成分的干硬混合料，很容易出现堵管问题。因此，必须及时提钻，避免泥浆大量被带出。

第三，设备缺陷引起堵管。堵管很可能是因为设备缺陷问题，例如弯头部位曲率半径不足、连接形式平滑性较差、钻机钻头密封性差等等，针对此类问题，施工前需做好设备检验，保证设备质量合格。

（2）窜孔处理

窜孔是因为在剪切力作用下，钻机螺旋叶片扰动土体，伴随能量的不断积累，土体逐步液化，在地下水影响下很容易出现窜孔问题。为避免窜孔发生，需做好事前预防和事后处理工作。

第一，事前防止窜孔发生。为降低对土体的液化作用，可采用加大桩距、减少打桩推进排数、提高钻进速率、降低地下水位等方式，均可减少窜孔发生率。

第二，发生窜孔后的处理。发生窜孔后，需及时停止提钻操作，但要持续输送混合料，直到出现窜孔的混合料液面恢复原位。随后通过静载荷试验检测窜孔处理后的桩体，保证桩身承载力满足施工规定。

（3）冬季施工

由于本工程在冬季施工，长螺旋钻孔灌注桩施工时，需要做好防护工作，例如在材料选择、混合料输送管线防冻保护等方面均需加以重视。

第一，合理选择材料。由于气温影响，最好选择较大水化热的硅酸盐水泥材料，水泥、粉煤灰材料除外，其他材料需进行预热处理。在拌和时，根据施工天气情况，可适当掺加一定量的防冻剂。当CFG 桩或桩间土施工完以后，需及时覆盖草袋等保温材料。

第二，做好防冻保护。在混合料输送管线防冻保护中，一般可采用加热水法，可在10～40℃之间控制水温。若为刚性管，则将保温材料覆盖其上增强保温效果。并通过泡沫塑料等包裹在弯头处进行保温处理。

第三，做好场地处理。根据施工规定，场地开挖土层需控制当地冰冻线以上，最小保护土层大于500mm，并做好场地道路、坡道防滑处理。

五、结束语

综上所述，随着社会经济的迅速发展，在城市化进程不断加快的今天，土地资源愈加珍贵，越来越多建筑工程不得不修建于软土区域，开展CFG 桩复合地基研究具有重要意义。CFG 桩复合地基在高层建筑中的应用，可大幅提升地基承载力，有效控制建筑物的沉降变形，且具有良好经济效益。