CFG樁在地基處理中的應用研究

寧華成

摘 要：CFG樁復合地基作為軟土處理的一種手段，具有沉降量小、承載力高、穩定快、工期短等特點，取得了較好的經濟效益和社會效益，相比所具有的獨有特點，介紹目前采用的CFG樁復合地基承載力計算、變形計算及其它相關的設計施工原理。

關鍵詞：CFG樁；復合地基；承載力

中圖分類號：TU433文獻標識碼： A

1、CFG樁簡介

CFG樁屬地基加固的一種方法，目前常采用振動沉管灌注樁法和長螺旋芯管泵送混合料灌注成樁兩種方法，CFG樁樁體材料采用碎石、砂或石屑、粉煤灰、水泥配合而成、材料按C15混凝土強度等級進行配比，長螺旋芯管泵送混合料成樁施工塌落度控制在160mm～200mm，振動沉管灌注成樁的塌落度控制在30mm～50mm。CFG樁徑一般為0.5m，呈正方形或三角形布置，樁長必須穿透軟土且深入硬質巖層不少于1.0m，加固區域表層為軟土或松軟土時，CFG樁采用擴大樁頭，樁間用細粒土或碎石土進行回填，CFG樁施工完成后及時進行樁身質量及完整性、處理后的復合地基承載力檢測。由于振動沉管在施工的過程中對周邊土體進行擠壓，致使原地面產生隆起，在樁體強度未達到設計值之前，容易產生斷樁，因此在工地上一般不經常采用。

2、地基處理的目的

當天然地基不滿足工程建設要求時就必須采取一定的措施對地基土進行加固，用以改良地基土的工程特性。主要包括以下方面：

1）提高地基的抗剪強度。地基的剪切破壞表現在：建筑物的地基承載力不足；由于偏心荷載及側向土壓力的作用使結構物失穩；由于填土或建筑物荷載，使鄰近地基產生隆起；土方開挖時邊坡失穩；基坑開挖時坑底隆起。地基的剪切破壞反映在地基土的抗剪強度不足，因此，為了防止剪切破壞，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪強度。

2）降低地基的壓縮性。地基的壓縮性表現在：建筑物的沉降和差異沉降大；由于有填土或建筑物荷載，使土基產生固結沉降；作用于建筑物基礎的負摩擦力引起建筑物的沉降；大范圍地基的沉降和不均勻沉降；基坑開挖引起鄰近地面沉降；由于降水地基產生固結沉降。地基的壓縮性反映在地基土的壓縮模量指標的大小。因此，需要采取措施以提高地基土的壓縮模量，借以減少地基的沉降或不均勻沉降。

3）改善特殊土的不良地基特性，主要是消除或減少黃土的濕陷性和膨脹土的脹縮性等。

4）改善地基的透水特性。地基的透水性表現在堤壩等基礎產生的地基滲漏和基坑開挖工程中，因土層內夾薄層粉砂或粉土而產生流砂和管涌。這些都是在地下水的運動中所出現的問題。為此，必須采取措施使地基土降低透水性或減少其水壓力。

3、CFG樁復合地基的設計

CFG 樁復合地基通過褥墊層把樁和承臺（基礎）斷開，改變了過分依賴樁承擔垂直荷載和水平荷載的傳統設計思想。前已述及，樁土剪應力比隨著褥墊層厚度的增大而減小，設計時可通過改變褥墊層厚度調整樁土水平荷分擔比。CFG樁復合地基通過褥墊層與基礎連接，無論樁端落在一般土層還是堅硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。因此垂直承載力設計首先是將土的承載能力充分利用，不足的部分由CFG 樁來承擔。由于 CFG 樁復合地基置換率不高，基礎下樁間土承受的荷載是一個不小的數值?？偟暮奢d扣除樁間土承擔的荷載，才是 CFG 樁應承擔的荷載。 CFG 樁不只是用來加固軟弱地基，對于較好的地基土，若建筑荷載較大，天然地基承載力不夠或變形不能滿足要求，也可以用 CFG 樁進行加固處理，在設計中，CFG 樁不僅可以采用同一樁長，也可以根據設計條件和地質條件采用不同樁長、不同樁間距，甚至CFG 樁與其它樁型組合，如 CFG 樁與夯實水混凝土樁、碎石樁等組合，形成多樁型復合地基。

4、加固區沉降計算

1）按復合模量計算變形

將復合地基加固區中增強體和土體視為一個統一的整體，采用復合地基壓縮模量來評價其壓縮性。采用分層總和法來計算其壓縮量。復合模量按Esp=fspk/fak.Es求得

2）按樁間土應力計算變形

該方法是考慮 CFG 樁復合地基一般置換率較低，忽略樁的存在，而根據樁間土實際分擔的荷載，求出附加應力，按照樁間土的壓縮模量來計算復合土層壓縮變形。 另一種方法是樁身壓縮量法，它假定在荷載作用下，樁體不發生上下刺入，通過樁身的壓縮量來計算加固區的變形。顯然，這種計算方法不適合高粘結強度樁復合地基。CFG 樁復合地基加固區變形計算方法通常采用上述兩種方法。

5、CFG樁的施工流程

1）測量放樣

在測量班將施工邊樁與施工基樁交底后，進行樁位布置，用白灰撒出兩側邊線，按樁位布置圖逐樁放樣。

2）樁機就位、對中

CFG樁定好位后，按照設計要求在樁中心點處插標桿，放好樁位后移動CFG樁機到達指定樁位，用鉆機塔身的前后和左右的垂直標桿檢查塔身垂直度，校正位置，使鉆桿垂直對準樁中心。

開鉆前量好鉆具的長度，并在機架上標明進尺深度標志，保證成孔深度和有效樁長，樁機就位必須鋪墊平穩，立柱垂直穩定牢固，鉆頭對準樁位，檢查鉆頭活門是否閉合，合格后進行鉆機就位。

3）鉆進成孔

鉆孔開始時必須確認樁位的編號、孔口標高、孔深，準確無誤后關閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，啟動鉆進，鉆進要先慢后快，如果發現鉆桿搖晃或卡鉆時應放慢進尺，鉆頭到達設計樁底標高時，于動力頭底面停留位置相應的鉆機塔身處作醒目的標記，作為施工時控制樁長的依據。鉆進過程中，平臺應保持平衡，未達到設計標高不得反轉或提升鉆桿，如因特殊情況要提升鉆桿或反轉，應將鉆桿提升至表面，對鉆頭活門重新沖洗、疏通、閉合。開始鉆進或穿越軟硬地層交界處時，應保持鉆桿垂直，控制鉆進速度。鉆進過程中，操作人員要密切注意鉆進情況，如卡鉆、鉆桿劇烈抖動，鉆機偏斜的異常情況，應當立即停鉆，查明原因后，采用相應的措施后繼續作業，鉆進至設計標高后停止。

4）灌注及拔管

CFG樁成孔到設計標高后，停止鉆進，壓灌前幾分鐘應開動混凝土輸送泵，提前將攪拌好的混凝土充滿輸送泵的料斗，同時備好一罐混凝土備用，壓灌時泵斗內要保持一定的混凝土容量，混凝土容量要高出進料口50mm以上，以防止吸進空氣，當泵斗混凝土低于進料口時，停止提升鉆桿，待混凝土攪拌好后再進行壓灌、提鉆。鉆具內無混凝土嚴禁提升。開始泵送混凝土，當鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管，嚴禁先提管后泵料，成樁的提拔速度宜控制在每分鐘2～3m，提升壓灌過程中，如發現支腿下沉立即停止提升，并調節鉆機水平后繼續壓灌。灌注成樁完成后，蓋好樁頭進行保護，施工樁頂高程宜高出設計樁頂標高不少于0.5m，保證樁頂混凝土破樁后強度達到設計的要求，鉆頭提升到孔口時，應防止樁周圍的土掉入孔內。

如遇堵管或其他故障時及時處理，若鉆頭提出原灌注混凝土的頂面，先將鉆頭蓋進行閉合處理，再將鉆頭插入混凝土面下1.0～2.0m深度后再對樁體進行灌注。

6、單樁承載力試驗

根據樁的使用環境、荷載條件及大量的工程實踐，樁基豎向抗壓承載力檢測方法主要有單樁豎向抗壓靜載試驗、循環荷載等變形速率及終極荷載等方法，其中單樁豎向抗壓靜載試驗是公認的檢測樁基豎向抗壓承載力最直觀、最可靠的方法。

1）檢測裝置

CFG樁單樁承載力檢測儀器有：油壓千斤頂、壓力傳感器或壓力表、位移器或百分表。另外還需要承壓鋼板、加載反力裝置、承重梁、油泵、油管等配套設施，當采用多臺千斤頂加載時應并聯同步工作，其型號、規格應相同，千斤頂的合力中心應與樁軸線重合。

2）加載過程及終止試驗條件

加載過程：

采用承重梁加配重反力裝置，用千斤頂配合高壓油泵施加反力，在試驗過程中，采用國際規定的慢速維持荷載法，試驗最大荷載為1200KN（不小于設計規定值的2倍）共分9級加載，第一級荷載為最大荷載的2/10，其余每級荷載為最大荷載1/10，每級加載后，每5分鐘、10分鐘、15分鐘讀記一次，累計1小時后，每隔半小時測讀一次，當承壓板在1小時內沉降量小于0.1mm，并連續出現兩次時，即可加下一級荷載。

終止試驗條件：

加載過程中，當出現下列現象之一時即終止試驗①某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍；②某及荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，并經過24小時尚未達到相對穩定標準；③已達到設計要求的最大加載量。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部、鐵道工程土工試驗規程

[2]地基處理手冊《地基處理手冊》編寫委員會.北京：中國建筑工業出版社