CFG桩复合地基设计与施工工艺

袁野

（四川省川建勘察设计院有限公司，成都610000）

1 引言

CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称， 被广泛应用于建筑不良地基的处理中。 CFG 桩的承载性能良好，沉降量小，可维持地基的稳定性[1]。 但CFG 桩复合地基施工具有复杂性，如设计方案或施工工艺不合理，均会影响CFG 桩的施工效果。基于此，探讨CFG 桩复合地基的设计与施工工艺具有实际意义。

2 CFG桩概述

CFG 桩由水泥、碎石、粉煤灰、石屑、砂、水为主要原材料，按比例拌制后，用成桩机械制作而成。 水泥、碎石、石屑属于CFG 桩的主体骨料， 调整水泥用量可制备不同强度等级的混合料，CFG 桩的强度等级普遍在C15～C25，属于介于刚性桩与柔性桩之间的桩体。 在建筑地基处理中施作CFG 桩后，桩体连同桩间土组成复合地基，将荷载传递至深层地基中，维持地基和上方建筑的稳定性。CFG 桩的适用性良好，在自重固结的素填土、粉土、黏性土、砂土的加固中均具有可行性。

3 工程概况

某商住楼为16 层的高层建筑， 上部结构采用剪力墙结构，设置2 层地下室，采用厚度为700 mm 的筏形基础。施工现场的天然地基缺乏足够的承载性能，需妥善处理。 建设单位兼顾地基处理质量、施工效率、成本等多项要求，选择CFG 桩复合地基处理方案。

4 CFG桩复合地基设计

4.1 选取验算点

根据现场地质条件， 取相对不利钻孔2#、8#地层计算，仅有少部分桩顶标高为480.40 m， 绝大多数为481.80 m 和481.30 m。 最短桩长不小于9.00 m，桩端进入中风化泥岩的深度≥1.80 m。 各孔桩侧土的类型、厚度及侧阻力特征值见表1。

表1 2#孔、8#孔钻孔桩侧土层一览表

4.2 计算单桩承载力

桩径d 为1.00 m， 桩端天然地基土的承载力特征值qp为2 000 kPa，桩端端阻力发挥系数为1.0，桩截面积Ap为0.785 m2各孔的单桩承载力特征值Ra的计算公式见式（1）和式（2）。

2#孔：

代入相关数据得：

式（1）、式（2）中，d 为桩径，取1.00 m；li为桩周第i 层土的厚度，m；qsi为桩周第i 层土的侧阻力。

4.3 计算面积置换率

复合地基的承载力计算公式见式（3），经转换，则有面积置换率的计算公式见式（4）：

式（3）、式（4）中，fspk为复合地基承载力特征值；λ 为单桩承载力发挥系数，取0.9；m 为面积置换率；Ra为单桩竖向承载力特征值，kN；Ap为CFG 桩截面积， 取0.785 m2；β 为桩间天然地基土承载力折减系数， 取1.0；fspk为处理后桩间地基土承载力特征值，取450 kPa。 代入数据计算得m=0.069。

4.4 计算桩距

面积置换率公式见式（5），对其进行置换，则有式（6）[2]：

式中，d 为桩径，取1.00 m；de为等效圆影响直径，m。 代入数据据计算得m=3.80 m

CFG 桩按等边三角形布置时，桩间距S≤de/1.05=3.62 m。

CFG 桩按正方形布置时，桩间距S≤de/1.13=3.36 m。

根据计算结果，确定本工程的CFG 桩布置方式：以正方形的布桩方式为主， 边角区域由于边界形状的特殊性无法以正方形的方式布桩，调整为三角形布桩，按照此方案布桩时，面积置换率为0.084。

综合考虑设计单位提供的基础尺寸， 确定详细的桩间距与置换率参数，即商住楼区域采用筏板基础形式，基础面积为1 255.62 m2，采用正方形布桩时，桩间距为3.20 m×3.20 m，采用三角形布桩时， 桩间距为3.50 m×3.50 m， 实际桩数共135根。 本设计方案的实际面积置换率m≥0.069， 达到工程对CFG 桩复合地基的设计要求。 鉴于施工现场地质条件的复杂性，必要时可根据地层特性灵活调整参数。

4.5 估算CFG桩复合地基承载力特征值

根据上述确定的参数， 可知fspk=874.46 kPa＞500.00 kPa。根据估算结果可知， 复合地基承载力特征值达到设计要求，具体需通过实地检测的方式确定真实的复合地基承载力特征值。

5 CFG桩施工工艺

5.1 钻机就位

对桩点做十字定位，设定位桩，以便在CFG 桩施工过程中及时检查孔位偏差。 机架高度根据设计桩长而定，在钻机表面设置深度标记，钻杆保持垂直且稳定的状态，钻头对准桩中心，误差控制在100 mm 内。 钻机就位后，通过钻机塔身的垂直标杆检查塔身导杆，及时调整偏差，确保钻机各装置均保持良好的作业姿态，使成型CFG 桩的垂直度容许偏差不超过1%。

5.2 拌制混合料

根据试验结果确定CFG 桩混合料的配合比，即水泥∶粉煤灰∶粗骨料∶细骨料∶外加剂∶水=1∶0.43∶3.87∶2.69∶0.014∶0.57。 根据现场用料要求，在3#拌和站集中拌制CFG 桩的混合料，工作人员严格根据配合比称量原材料， 每盘搅拌时间以120 s 为宜，用电脑控制和记录拌制信息。 拌制后，混合料的坍落度为160～200 mm 且原材料均匀分布时， 可用混凝土罐车装载运输至施工现场，尽快用于CFG 桩的灌注施工。

5.3 试桩

在施工现场取地质条件具有代表性的部位试桩， 试桩数量不少于总桩数的0.5%，根据试桩结果确定合适的成桩工艺及作业参数。取芯检测，混合料的28 d 无侧限抗压强度不低于10 MPa 时，铺设褥垫层，做标准贯入试验和荷载试验，要求CFG 桩和桩间土组成的复合地基的承载力超过500 kPa。若试桩时28 d 无侧限抗压强度、承载力各项指标均达到以上要求，总结CFG 桩施工工艺， 不达标时调整施工工艺及相关参数，最终制订一套具有指导性意义的CFG 桩施工方案[3]。

5.4 钻进成孔

钻孔初期，关闭钻头阀门，钻头触及地面时开始钻孔。 前期慢速钻孔，后续加快，便于检查和纠正钻孔的偏差，减少钻杆摇晃现象。 钻进过程中进尺未见明显增加或钻杆摇晃时，放慢进尺，避免桩孔偏斜、钻具受损等问题。 钻头到达设计桩长指定标高后，设置标记，作为控制孔深的依据。 场地局部缺乏平整性，钻进过程中需及时检测工作面的标高，根据标高差异适当调整钻进参数。 钻进时，记录每米的电流变化值，若有电流突变，确定发生突变的位置及具体数据，将钻进数据作为复核地质条件时的参考依据。

5.5 灌注混合料及拔管

CFG 桩成孔至设计标高后，检验桩孔的孔位、孔深、孔径、孔壁成型状态，若无误可泵送混合料。 待混合料充满钻杆芯后，以合适的提升速度和旋转速度平稳地反向旋转提升钻杆。CFG 桩成桩时拔管速度以1～2 m/min 为宜，连续成桩，尽可能避免因供料中断或设备故障等原因暂停成桩。 因故无法连续灌注成桩时，根据施工现场的地质勘察资料和桩孔施工时的实际地质信息规划停机位置，避开饱和砂土、粉土层。 CFG 桩灌注成桩结束后，向桩头覆盖水泥袋，防护桩头。 考虑到桩头质量控制要求，实际桩顶高程比设计值略高50 cm，CFG 桩成型后用湿挖法精准挖除多余的桩头，覆盖薄膜进行防护。

5.6 整机移位

前一根CFG 桩施工成型后，钻机移位，施工下一根桩，以此类推。 钻机支撑脚压在桩位旁，导致原本测放的桩位标记发生偏移，或由于CFG 桩开挖产生的土方覆盖桩位，无法正常施工，因此，在施工下一根桩前需复核周围桩和轴线，将桩位偏差控制在10 cm 内。 全程施工均遵循循序渐进的原则，任何一根桩的施工质量不达标时，均要及时处理。

6 CFG桩复合地基质量检验

CFG 桩复合地基的设计强度达标后，在＞500 kPa 的区域取33#、264#共2 组桩试点， 在＞560 kPa 的区域取121#、307#、375#共3 组试桩点，分别检测各组试桩点的承载力特征值。

单桩复合地基静载荷试验采用的是半无限空间弹性理论， 方法是用刚性承压板向CFG 桩复合地基施加垂直荷载，检验地基在荷载作用时的变形程度， 再根据检验数据计算地基承载力和变形参数。

试验采用的反力装置为反力架和堆重物，33#、264#桩试点和121#、307#、375#桩试点均采用方形刚性承压板，宽度分别为1 500 mm、1 600 mm。

本试验为CFG 桩复合地基的验证性检测，试验加载量达到最大加载值时结束。33#、121#、264#、307#、375#桩试点的最大加载值分别为1 060 kPa、1 180 kPa、1 080 kPa、1 180 kPa、1 180 kPa。根据试验加载数据绘制单桩复合地基静荷载压力-沉降（p-s）曲线，结果表明各试桩点的曲线均为缓变型曲线，若压力-沉降曲线具有平缓、光滑的特征，则复合地基承载力特征值可根据变形值确定，进一步考虑“按相对变形值确定的承载力特征值不超过最大加载压力的1/2”的要求，最终确定本建筑各试桩点的承载力特征值，结果如表2 所示。

表2 CFG桩复合地基承载力特征值取值表

根据5 处试桩点的复合地基承载力特征值检验结果可知，最低为530 kPa，最高为590 kPa，均超过设计要求的500 kPa，表明CFG 桩复合地基的承载力特征值达标，也验证了CFG 桩复合地基设计方案与施工工艺在本工程中具有可行性。

7 结语

综上所述，CFG 桩复合地基施工工艺是建筑地基处理中的常用工艺，CFG 桩和桩间土组成的复合地基具有承载力强、沉降量小的特点，CFG 桩施工简单，取材便捷，综合应用效果良好。经过本文的分析，提出某建筑工程的CFG 桩复合地基设计方案和施工工艺，并选取5 处试桩点，检验CFG 桩复合地基的承载力特征值。 结果表明，此项指标均达到500 kPa 的设计要求，CFG 桩有效改善了地基承载力不足的问题，有利于建筑工程的后续建设和安全使用。