CFG 桩复合地基在高层建筑地基处理中的应用

◎陈文彬

本文以安徽建工集团股份有限公司承建的合肥高新区南岗第二复建点（东组团）项目中超高层建筑工程为例，根据其现场地质状况，结合具体情况采用CFG 桩复合地基技术对采取CFG 桩处理的设计、施工情况展开介绍。据检测结果显示，采用CFG 桩复合地基处理技术进行基础施工，完全可以保证工程质量，是一种可行性较强的地基处理方案。

CFG 桩的桩体是由石屑、水泥、碎石以及粉煤灰混合而成的一种混合料，需要加适量水，并借助各种成桩机械制作而成，故而也会被称作水泥粉煤灰碎石桩。CFG 桩可以不使用配筋就具备不变形能力，能将复合地基承载力明显提高。

一、工程实例

安徽建工集团股份有限公司承建的合肥高新区南岗第二复建点（东组团）工程中33 层超高层建筑项目的规划高度为95.9m。其地上部分与地下部分分别拟建33 层与2 层，采用剪力墙结构，设计为筏板基础，单体建筑底面尺寸设计为42m×20m，选择在自然地面以下13.0m 处设置基础，基底可承受约470kPa 的压力，而基底下部的持力层⑦、⑧层的承载力特征值仅有200kPa 与150kPa，自然地基满足不了承压要求，需加以适当的处理。

二、工程、水文地质状况

该工程的现场岩土工程勘察报告结果表明，其所在地是河水冲积产生的波状平原，其地层分布具有一定的规律，表1给出了各土层体现出的工程力学性质。场地有着埋深6.50m的地下水位。

场地地基工程力学性质如下：

①-1 杂填土：灰褐-灰色，以建筑垃圾为主，中密，夹可塑或软塑状粉质粘土。仅分布于场地东南区域。填龄大于5年。层厚：0.6-9.5m。

①-2 素填土：灰褐色，硬塑，局部可塑，以粉质粘土为主，松散，下部夹灰黑色流塑状淤泥质填土，系暗塘淤泥质填土被回填土挤压，与素填土夹杂并存。填龄大于5年。层厚0.6-7.7m。

③粘土：黄褐色，局部黄灰色，硬塑，局部坚硬。部分为粉质粘土，夹铁锰质氧化物。切面有光泽，韧性高，中等压缩性。层顶埋深：0.7-10.8m，层厚：1.1-16.6m。

④残积土：褐黄色，呈粘性土状，坚硬或硬塑，局部夹紧密砂土，遇水软化。含少量母岩风化碎屑。层顶埋深：14.2-22.5m，层厚：0.8-3.8m。

⑤-1 强风化泥质砂岩：紫红色，风化强烈，呈土状或密实砂土状，夹少量中风化岩块，扰动后易松散，遇水软化。层顶埋深：7.8-24.3m，层厚：0.8-4.8m。

⑤-2 中风化泥质砂岩：紫红色，泥质胶结，裂隙较发育，锤击声哑，岩芯呈柱状，长柱状，遇水易软化，岩质不均，强度有差异，属较完整极软岩，岩体基本质量等级为V 级。层顶埋深：11.2-26.5m，本层未钻穿。

三、复合CFG 桩基设计

1.加固原理。

由于CFG 桩具备的强度特性较高，可通过桩端阻力以及桩周边摩阻力，将桩承载的荷载传递到下方的深层地基土中，不但具有刚性桩特性，还具备其他类似工作原理。因其中采用了褥垫层，其单桩承载力具有可调节特性，CFG 桩能让桩间土、桩来共同承担外荷载，并对它们各自分担的垂直荷载比做出调整。

2.设计方案。

（1）桩体材料施工前应按设计要求进行配合比试验，施工时按配合比配置混合料，坍落度应控制在160～200mm。

（2）褥垫层施工时碎石须加水拌和均匀后采用平板振动器振实，夯填度不得大于0.9。

（3）须严格按照图纸测量桩位，桩位偏差不得大于0.4 倍桩径：施工垂直度偏差不应大于1%。

（4）桩头处理及接桩，补桩头技术要求：CFG 桩施工完毕后须安排施工人员将桩顶设计标高以上桩头截断，具体方法如下：

A.打桩弃土和保护土层清至设计标高后，在同一水平面按同一角度对称放置2 个或4 个钢钎，用锤沿水平方向两两相对同时轻击钢钎，将桩头截断，严禁用钢钎向斜下方击打或单向击打桩身。

B.截桩后用钢钎和手锤将桩顶修平至桩顶实际标高（桩头标高允许误差为+0，-2cm）。

C.桩顶标高若低于设计标高，先将桩顶修平凿毛，用比桩身强度高一个等级的素混凝土（C30）接桩至设计桩顶标高。

D.清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

（5）检测。

A.CFG 桩竣工验收时，CFG 桩复合地基承载力检验采用复合地基静荷载试验和单桩静载试验；承载力检验宜在施工结束28d后进行，其桩身强度应满足试验荷载条件，复合地基静荷载试验和单桩静荷载试验的数量不应少于总桩数的1%，且每个单体工程复合地基静荷载试验的次数不应少于 3 点。

B.要求随机抽测20%的桩做低应变动测，检验桩身的强度及完整性。在工程桩CFG 为进行大面积施工前，应先行试成桩（位置及数量详见图纸或设计现场指定），并进行复合地基和单桩承载力检测。

四、施工工艺

1.施工前的设备准备。

本工程施工场地CFG 桩长范围所在地层包括第四系冲积的中密-密实粉土及可塑—硬塑状粉质粘土，依照该工程地质状况还有桩深度来看，需要准备YTZ-30 型步履式长螺旋钻孔机，HBT60A 型混凝土输送泵。

2.工艺流程。

3.施工技术要点。

（1）桩机就位的时候一定要做到水平、稳固，将钻孔垂直度严格控制在1%以下，钻尖不允许偏离桩点超过1cm，并关闭钻尖部位的开启阀门，不让渣土进入活门内。

（2）因本工程要求的桩间距很密，为确保成桩质量，需要按隔桩跳打展开施工。

（3）依照本场地的地质条件，选择合理的钻进参数并适当调整：前段的1.0～3.0m 控制为慢速，控制钻杆不允许跳动，避免机架摇晃，这样就不会产生扩孔或者偏斜；再往下钻进速度可提升为3.0～4.0m/min。在软硬土层交界处穿越时，进尺应适当放缓，钻具始终保持垂直。

（4）混凝土材料开始泵送后，要确保两个条件均满足才能提钻：其一是泵压=4MPa，其二是中心管顶的泄气阀开始泄气。控制提升速度为2.0～3.0m／min 之间，通常情况下成桩需要10min，控制超灌高度，使其为0.5m。

五、复合地基的施工质控措施

1.对桩顶标高与桩位实施控制。

测量工程师依照测量方案提出的矩形控制点，完成各轴线控制点的放样，并将永久性混凝土桩埋设在控制点，且周边以混凝土做30cm 深的固化，并以轴线控制网为准，完成各桩位的放样。借助钢管完成桩位打眼、灌白灰并通过插筷子方式做标志，深度要求至少300mm。允许主轴、轴线控制网、桩位最大可出现20mm 以内偏差。

2.对商品混凝土的级配与强度实施控制。

本工程用的是商品混凝土，要求16～18cm 的坍落度。需要对其配合比与搅拌时间加以严控。检测各桩混凝土坍落度3 次，每台班均要做试块2 组，并于强度达到龄期后送检。要求运送容器干净无杂物，迅速而及时，灌注前不宜等待太长时间，商品混凝土一旦超过初凝时间，绝不允许使用。

3.对缩颈、夹泥、断桩问题的预防。

（1）为确保CFG 桩不会在施工中断桩、夹泥，一定要等到混凝土埋住钻头时才能往上慢速提钻。

（2）基于实例工程的地质条件，缩径通常会产生于上部地层当中，故而钻机操作员在该段地层展开钻进施工时，一定要用低速挡，确保钻进过程的稳定性。

（3）钻头直径要求每50 根桩检查一次，确保CFG 桩施工后所成桩径会在400mm 内。

（4）若输送期间发生混凝土堵管需要重新泵送时，钻头务必要深入混凝土面以下至少1.0m，否则可能会出现断桩问题。

4.截取桩头的质量控制。

本工程在CFG 桩施工过程中出现桩身局部范围内断裂问题：第一幢楼CFG 桩在破桩头时，现场施工人员未按设计图纸要求，用切割机环锯后人工用钢钎两边施打凿除桩头，现场人员为图施工方便，将桩身用切割机环锯后直接用小挖机料斗拉断。在第三方检测单位现场做桩身小应变时，有11根桩检测出为高位局部断桩，位置均在0.5m-1m 处，我当时判断为浅层断桩。在将桩周边土方挖下去0.5-1m 时，发现桩身裂缝。经反复与原设计单位沟通，于是我提出处理方案：重新检测裂缝以下桩身完整性，结果为浅层以下桩身完整。现场处理以开挖深度视问题桩桩身的长度而定，将桩的周围土开挖成比桩直径每边大300mm 的圆坑，标高至断桩处桩头以下200mm，人工铲平槽底土面，将桩头凿至坚硬的混凝土面，桩顶面大致水平，将桩头混凝土凿毛，清理干净，开挖好的断桩处的槽口分层（厚度约300mm）浇筑混凝土至主楼基槽土面成熟面标高，混凝土采用比桩体混凝土高一标号的商品混凝土，浇筑完后及时进行混凝土养护。该方案得到了原设计单位认可。

六、施工效果检测

为保障地基处理质量，由专业桩基检测单位采用压重平台装置做了静载试验检测。现场的具体布置见图1。

图1 载荷试验期间的现场布置

测试所用为JCQ-503 型静力载荷测试仪。由负荷传感器负责测量荷载大小，沉降量大小由位移传感器负责测量。检测时，先凿去被测桩头的浮浆并整平，于桩头与中心相距2／3 半径处稳固设置传感器，以桩中心为激振点位，严格遵循规范要求，按图2 所示展开低应变法现场检测；按图3 所示展开桩身完整性检测。

图2 现场的低应变法检测

图3 桩身完整性的低应变法检测

实例工程现场桩数总计为528 根，共取106 根展开低应变法检测，其中94 根属于Ⅰ类桩，在抽检总数中的占比为88.7%，另外12 根属于Ⅱ类桩，在抽检总数中的占比为11.3%，不存在Ⅲ、Ⅳ类桩。将桩号240 编号D1 为例：其最大加载量为1470kN，10 级加载，5 级卸载，所用时间共计 1680min，沉降量最大值是11.01mm，回弹量最大值为2.63mm。所得试验结果祥见图4。

图4 240 号桩单桩检测结果

按（JGJ340-2015）《建筑地基检测技术规范》当中对于“复合地基载荷试验”的规定，可以对复合地基承载力特征值展开综合分析并予以确定。本次试验所得压力-沉降关系曲线平缓而光滑，复合地基承载力特征值就是曲线中的平均值，因此本工程的复合地基具有485kPa 的承载力特征值。且整个检测过程完全与规定相符，能达到设计要求。

七、结语

从实例工程的施工质量来看，CFG 复合桩在确保地基处理质量的基础上，可充分发挥出地基土体强度方面的潜能，使承载力出现大幅度提升，其处理方法特别有效。在对高层建筑物实施地基加固处理方面能体现出显著优势。