談CFG樁施工工藝及常見問題處理

劉利民

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì)，新疆烏魯木齊 830000)

0 引言

CFG樁，又稱為水泥粉煤灰碎石樁，是一種由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。通過調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)在C15～C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基共同工作。

CFG樁的適用范圍很廣。在砂土、粉土、粘土、淤泥質(zhì)土、雜填土等地基均有大量成功的實(shí)例。CFG樁對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏基都適用。

目前，CFG樁復(fù)合地基技術(shù)在全國一些地區(qū)的工業(yè)與民用工程中都得到了應(yīng)用。工程實(shí)踐證明，CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力不會(huì)有太大問題，可能出現(xiàn)的問題是CFG樁的施工。因此，了解CFG樁施工工藝及施工技術(shù)的特點(diǎn)，熟悉CFG樁施工中的常見問題的成因及處理方法，對(duì)于不同地質(zhì)條件工程中CFG樁的施工工藝選擇、順利施工以及成樁質(zhì)量控制有著很重要的意義。另外，設(shè)計(jì)人員對(duì)CFG樁施工工藝的全面認(rèn)識(shí)，也可以在方案選擇、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定以及施工措施上考慮得更加全面。

1 CFG樁的成孔施工工藝

水泥粉煤灰碎石樁的施工，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)地基土的性質(zhì)、地下水埋深、場(chǎng)地周邊是否有居民、有無對(duì)振動(dòng)反應(yīng)敏感設(shè)備等多種因素選擇施工工藝。常見的CFG樁成孔施工工藝包括長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁，長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁，振動(dòng)沉管灌注成樁，人工挖孔灌注成樁等［1］。不同成孔方法有著不同的特點(diǎn)及適用土層。

1．1 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁工藝

長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁工藝采用螺旋鉆機(jī)成孔，施工時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉆頭上的螺旋葉片旋轉(zhuǎn)來切削土層，削下的土屑靠與土壁的摩擦力沿葉片上升排出孔外。其成孔不用泥漿或套管護(hù)壁，施工無噪聲，無振動(dòng)，對(duì)環(huán)境影響較小，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，施工速度快。長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的砂土，和粒徑不大的礫砂層，要求樁長(zhǎng)范圍內(nèi)無地下水，以保證成孔時(shí)不塌孔。

1．2 長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁工藝

長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁工藝，是由長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、混凝土泵和強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)組成的施工體系，是國內(nèi)近幾年來使用比較廣泛的一種新工藝，屬非擠土成樁工藝，具有穿透能力強(qiáng)、低噪聲、無振動(dòng)、無泥漿污染、施工效率高及質(zhì)量容易控制等特點(diǎn)，對(duì)周圍居民和環(huán)境的不良影響較小。

1．3 振動(dòng)沉管灌注成樁工藝

振動(dòng)沉管是利用振動(dòng)樁錘將樁管沉入土中成孔，振動(dòng)沉管成孔適用于在一般粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、稍密及松散的砂土及填土中使用。它具有施工操作簡(jiǎn)便、施工費(fèi)用較低、對(duì)樁間土的擠密效應(yīng)顯著等優(yōu)點(diǎn)。但振動(dòng)沉管灌注成樁工藝難以穿透厚的硬土層、砂層和卵石層等。在飽和粘性土中成樁，會(huì)造成地表隆起，擠斷已打樁，且振動(dòng)和噪聲污染嚴(yán)重，在城市居民區(qū)施工受到限制。

1．4 柱錘沖孔灌注成樁工藝

干作業(yè)柱錘沖孔就是利用柱錘沖擴(kuò)鉆機(jī)或沖擊錘對(duì)地基土沖擊成孔，一般孔深較淺，所以不用護(hù)壁。該法適用于地下水位以上的殘坡積或回填土碎石土地基、黃土粘土地基短樁施工。

1．5 人工挖孔灌注成樁工藝

人工挖孔是用人工挖土成孔，不需要大型機(jī)具設(shè)備，施工操作工藝簡(jiǎn)單，人工挖孔樁適用于無地下水或地下水較少的粘土、粉質(zhì)粘土、含少量的砂、砂卵石的粘性土層，也可用于膨脹土、凍土中施工，特別適于在黃土中使用，對(duì)有流砂、地下水位較高、涌水量大的沖積地帶及近代沉積的含水量較高的淤泥及淤泥質(zhì)土層中，以及松砂層、連續(xù)的極軟弱土層中不宜采用。對(duì)于孔中氧氣缺乏或有毒氣發(fā)生的土層也應(yīng)該慎用。

2 CFG樁施工中的常見問題分析

水泥粉煤灰碎石樁的施工中由于各種施工方法特點(diǎn)不同，在施工中可能會(huì)出現(xiàn)各種問題，常見的問題包括縮頸、斷樁、樁偏位、斜孔、孔底虛土、樁頭夾泥、樁身質(zhì)量不合格、樁長(zhǎng)不足、灌料堵管等。

2．1 縮頸和斷樁

縮頸是樁身某個(gè)位置出現(xiàn)樁徑突然變細(xì)的現(xiàn)象，縮頸和斷樁是CFG樁施工中可能會(huì)出現(xiàn)的問題，其主要發(fā)生原因可能有以下幾個(gè)方面:

1)在飽和軟土中成樁，樁機(jī)的振動(dòng)力較小，當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí)，新打樁對(duì)已打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓，使得已打樁擠壓成不規(guī)則形狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生縮頸和斷樁。

2)在上部有較硬的土層或中間夾有較硬土層的土中成樁，樁機(jī)的振動(dòng)力大，對(duì)已打樁的影響主要是振動(dòng)破壞，采用隔樁跳打工藝，若已打樁結(jié)硬強(qiáng)度又不太高，在中間補(bǔ)打新樁時(shí)，已打樁有時(shí)被振裂。

3)軟土中拔管速度過快，軟土結(jié)構(gòu)破壞。

4)淤質(zhì)地層護(hù)壁不夠，待孔時(shí)間長(zhǎng)使孔壁收縮。

5)在飽和軟土中成樁時(shí)，由于已打樁尚未成型，新打樁對(duì)已打樁進(jìn)行擠壓導(dǎo)致已打樁變形，造成縮頸。

6)灌注混合料時(shí)拔管太快或振搗不到位，在樁身某個(gè)位置出現(xiàn)樁徑突然變細(xì)的現(xiàn)象。

7)由于開挖基坑時(shí)方法不當(dāng)導(dǎo)致淺層斷樁。

2．2 樁體強(qiáng)度不均勻

在施工過程中，工藝操作不當(dāng)可能會(huì)產(chǎn)生所成樁的樁體強(qiáng)度不均勻的現(xiàn)象，其主要發(fā)生原因可能有以下幾個(gè)方面:

1)出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于混合料和易性不好或振搗不到位所致。

2)由于配合比不合理或攪拌不均勻在下料時(shí)輸送管中的混合料發(fā)生離析比重小的水和粉煤灰被其他粒料擠至樁體四周，使得樁體的某個(gè)部位偏向四周的區(qū)域沒有骨料而是充滿了水和粉煤灰，隨著時(shí)間推移粉煤灰沉積于空樁下部。

3)灌注混合料時(shí)拔管太慢或振搗時(shí)間過長(zhǎng)，使得樁端部樁體水泥含量太少，樁頂浮漿較多，而且混合料也容易產(chǎn)生離析，造成樁身強(qiáng)度不均。

2．3 樁偏位及斜孔

在成孔施工中可能會(huì)發(fā)生孔的傾斜而造成樁的傾斜，從而影響樁的豎向承載力，或者發(fā)生成樁樁位偏離原設(shè)計(jì)位置的情況，一般樁偏位可能是由于打樁擠土或挖土不當(dāng)造成的，而斜孔則可能是鉆機(jī)不穩(wěn)或鉆桿垂直度不夠造成的。在飽和軟土中成樁，當(dāng)采用連打作業(yè)時(shí)，新打樁對(duì)已打樁的作用主要表現(xiàn)為擠壓，也可能導(dǎo)致樁的偏位。

2．4 灌料堵管

CFG樁施工中，可能會(huì)發(fā)生灌料堵管的現(xiàn)象，它直接影響樁的施工效率，增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度，造成材料浪費(fèi)。特別是故障排除不暢時(shí)，使已攪拌的混合料失水或結(jié)硬，增加了再次堵管的幾率，給施工帶來很多困難。

造成灌料堵管可能有以下幾種原因:

1)混合料配合比不合理，碎石粒徑偏大，或水泥因存放時(shí)間過久或受潮而結(jié)塊。

2)混合料攪拌質(zhì)量有缺陷。

3)設(shè)備原因。

4)由于施工不當(dāng)使地下水涌入砂石回灌。

5)冬季施工時(shí)材料受潮結(jié)冰，經(jīng)拌和后仍不能將冰塊消除。

2．5 竄孔

在飽和粉土、粉細(xì)砂層中施工常遇到這個(gè)問題，鉆桿鉆進(jìn)過程中葉片剪切作用對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng);土體受剪切擾動(dòng)能量的積累，使土體發(fā)生液化。工程實(shí)踐證明，被加固的土層中雖有松散粉土、粉細(xì)砂，但沒有地下水，施工中沒發(fā)現(xiàn)有竄孔現(xiàn)象;被加固的土層中有松散粉土、粉細(xì)砂，有地下水，但樁距很大，每根樁成樁時(shí)間很短，也很少發(fā)生竄孔;只有在樁距較小，樁的長(zhǎng)度大，成樁時(shí)間長(zhǎng)，成樁時(shí)一次移機(jī)施打周圍樁數(shù)量過多時(shí)才發(fā)生竄孔。施工中根據(jù)不同情況采取相應(yīng)的措施。

3 CFG樁的質(zhì)量控制方法

1)合理選用成孔工藝。成樁的施工工藝對(duì)CFG樁成樁質(zhì)量非常重要，不同的地質(zhì)情況適合不同的成孔方法，所以，水泥粉煤灰碎石樁的施工，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)地基土的性質(zhì)、地下水埋深、場(chǎng)地周邊是否有居民、有無對(duì)振動(dòng)反應(yīng)敏感設(shè)備等多種因素選擇施工工藝，這是確保CFG樁復(fù)合地基施工質(zhì)量的有效途徑。

2)施工前配合比試驗(yàn)及坍落度控制。施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求由試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)，施工時(shí)按配合比配置混合料。長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工時(shí)每立方米混合料粉煤灰摻量宜為70 kg～90 kg，坍落度宜為160 mm～200 mm，振動(dòng)沉管灌注成樁施工的坍落度宜為30 mm～50 mm。這是因?yàn)樘涠忍?，易產(chǎn)生泌水、離析，坍落度太小，易造成堵管［1］。

3)控制施工拔管速度。長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，控制混合料泵送量與拔管速度相匹配，遇到飽和砂土或粉土層，不得停泵待料。應(yīng)嚴(yán)格控制拔管速率，沉管灌注成樁施工拔管速度應(yīng)按勻速控制，正常的拔管速率應(yīng)控制在1．2 m/min～1．5 m/min，如遇到淤泥或淤泥質(zhì)土，拔管速度應(yīng)適當(dāng)放慢［1］。

4)控制樁頂標(biāo)高。施工中樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，留有保護(hù)樁長(zhǎng)。每根樁在加料時(shí)，要比設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)多加0．5 m樁長(zhǎng)的混合料。用插入式振搗棒對(duì)樁頂混合料加振3 s～5 s，提高樁頂混合料密實(shí)度。振動(dòng)沉管灌注成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過200mm［1］。

5)采用正確的打樁順序。振動(dòng)沉管灌注成樁時(shí)，由于成樁時(shí)對(duì)土體的擠密作用，后打入樁將使先打入樁受水平推擠而造成偏移和變位，因此要采用正確的打樁順序:對(duì)于密集樁群，自中間向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱施打;當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時(shí)，由毗鄰建筑物處向另一方向施打;根據(jù)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，宜先深后淺;根據(jù)樁的規(guī)格，宜先大后小，先長(zhǎng)后短［2］。

6)施工偏差控制。施工中樁長(zhǎng)允許偏差為100 mm，樁徑允許偏差為20 mm，施工垂直度偏差不應(yīng)大于1%，對(duì)滿堂布樁基礎(chǔ)，樁位偏差不應(yīng)大于0．4倍樁徑，對(duì)條形基礎(chǔ)，樁位偏差不應(yīng)大于0．25倍樁徑，對(duì)單排布樁樁位偏差不應(yīng)大于60 mm［1］。

7)褥墊層設(shè)置。褥墊層在CFG復(fù)合地基中可以保證樁土共同承擔(dān)荷載，通過褥墊層厚度可以調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比例。褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級(jí)配砂石和碎石，碎石粒徑宜為8 mm～20 mm，不宜選用卵石。褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法，當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間上的含水量較小時(shí)，也可采用動(dòng)力壓實(shí)法，褥墊夯實(shí)后的厚度與虛鋪厚度的比值不得大于0．9。

4 CFG樁的質(zhì)量檢驗(yàn)

1)施工檢驗(yàn)記錄。

施工中應(yīng)對(duì)每一根樁成樁時(shí)間、投料量、樁長(zhǎng)、發(fā)生的特殊情況等進(jìn)行詳細(xì)記錄，施工質(zhì)量檢驗(yàn)主要應(yīng)檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數(shù)、樁位偏差、褥墊層厚度、夯填度和樁體試塊抗壓強(qiáng)度等。

2)承載力及樁身完整性檢測(cè)。

CFG樁復(fù)合地基竣工驗(yàn)收時(shí)，主要應(yīng)對(duì)其承載力以及單樁樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。檢測(cè)必須在樁體強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載條件時(shí)進(jìn)行，一般宜在施工結(jié)束28 d后進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，試驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的0．5%～1%。樁身完整性采用低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)，抽取總樁數(shù)的10%進(jìn)行檢測(cè)［3］。

5 結(jié)語

CFG樁復(fù)合地基技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，了解CFG樁施工工藝及施工技術(shù)的特點(diǎn)，熟悉CFG樁施工中的常見問題的成因及處理方法，對(duì)于不同地質(zhì)條件工程中CFG樁的施工工藝選擇、順利施工以及成樁質(zhì)量控制有著很重要的意義。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］張忠苗．樁基工程［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009．

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．

［4］馮國衛(wèi)．CFG樁施工工藝總結(jié)［J］．山西建筑，2011，37(3):65-66．