水泥粉煤灰碎石桩施工技术
关键词：水泥粉煤灰碎石桩；CFG桩；施工技术
1基本概况
1.1工程概况
某工程占地面积为48000m2，场地平坦。场地的原始地形：东西部为山丘，中部和北部为冲沟和水塘，从地面向下，0～20m内均为河流阶地第四系冲积物，主要为粘土、砂砾、圆砾等，在中部和北部杂填土的厚度较大，达8.20m。采用CFG桩对场内杂填土等软弱地基进行复合地基处理，提高地基承载力至设计要求。
1.2工程水文地质概况
1.2.1工程地质条件
根据钻探资料，场地自地面以下20m内主要为河流阶地第四系冲积物，自上而下分别为：
① 杂填土：主要由粘土、粉粘土等组成，含砖石碎块杂物等，稍湿，可塑。大部分为多年老填土，填筑时间大于20a。该层在场地内零散分布。
② 淤泥质粘土：以粘土为主，含少量腐植有机质及少量粉细砂，很湿，软塑～可塑，仅场区北部有分布，为原始水塘沉积物。
③ 粘土：以粘土为主，含少量粉粒，底部含粉粒稍多。稍湿，硬塑～坚硬，分布普遍。
④ 粉质粘土：以粉粒和粘粒为主，含少量细砂、粉砂，底部有粗砂和和少量小砾石。稍湿，可塑。场区中、东部分布较稳定，西部分布变化较大。
⑤ 含粘性土砾砂：由砾石、砂、粘性土组成。砾石含量25～48%，最大粒径30～40mm；砂含量25～35%，以中、粗砂为主；冲填物为粘性土，约20～30%。普遍分布。
⑥ 含砾粗砂：以粗砂为主，含砾石、中砂和粘土质。砾石最大粒径20～30mm，透水性中等，中密～密实，湿。普遍分布。
⑦ 中砂：以中砂为主，含细砂和粘土质，下部含少量粗砂，局部见小砾石。中密状态，饱和。仅西北角局部见。
⑧ 圆砾：以砾石为主，含量55～60%，大小不均，最大粒径40～50mm；含砂35～40%，以中砂和粗砂为主，含粘土质5～10%。中密～密实，饱和。普遍分布。
各层分布情况详见表1：
1.2.2水文地质条件 [Page]
场地范围内及临近无任何地表水体，湘江位于场地西侧约3公里以外。场地内砾粗砂、中砂、圆砾层属弱中等孔隙潜水，为场地主要含水层：上部杂填土、淤泥质粘土中含微弱上层滞水；粘土、粉质粘土、含粘性土砂砾层为相对隔水层。
1.3 水泥粉煤灰碎石桩简介
水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑和砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。它不同于简单的碎石桩，碎石桩是由松散的碎石组成，在荷载作用下将会产生鼓胀变形，当桩周土为强度较低的软粘土时，桩体易产生鼓胀破坏；而且碎石桩仅在上部约3倍桩径长度的范围内传递荷载，超过此长度，增加桩桩长承载力提高不显著。而CFG桩可充分利用桩间土的承载力，共同作用，并可传递荷载到深层地基中去，具有较好的技术性能和经济效果。
本工程采用振动沉管灌注桩机成孔，桩身混凝土强度等级为C20，设计桩复合承载力值为200KPa。CFG桩桩距为1.4m，排距为1.2m。
2施工技术
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，用于处理软弱地基时常采用振动沉管法施工，适用于多种地质条件和工程项目。
该技术具有施工速度快、工期短、质量容易控制，工程造价低廉等特点。
2.1 施工工艺流程
CFG桩（振动沉管法）施工工艺，单打法是最基本的工法。分为移机就位、沉管造孔、填料加密和成桩四道工序，其中分层填料加密是关键工序。其工艺流程如下图。
施工时，根据土质情况和荷载要求，分别选用单打法、复打法等。CFG桩目前一般是采用振动沉管灌注成桩。由于它是一项新兴发展起来的地基处理技术，工程施工经验尚不够成熟，施工前进行了试桩，数量为9根，经试验桩确定的有关技术参数后，再精心组织正常施工。
CFG桩工艺流程图（图1）：
2.2施工工艺
2.2.1施工顺序
桩位的施工流水顺序,依次向后退打，以有利于保护先施工的桩不被挤坏或挤歪。施工顺序考虑隔排桩跳打（即隔一根桩位），施工新桩时与已打桩间隔时间不少于7天。
2.2.2混合填料配制
严格选择原材料，水泥选用大厂生产优质32.5强度等级普通硅酸盐水泥，选择洁净的河砂、卵石、Ⅱ级粉煤灰等。施工前按设计要求由试验室进行了配合比试验，配合比（1m3）为：水186.0kg、水泥252.4kg、中砂452.0kg、粉煤灰175.0kg、砾石11350kg；施工时按配合比配制混合料，以保证混合料强度等同于C20混凝土。混合料中掺入的粉煤灰主要是改善拌和物的和易性，提高桩的施工质量。
混合料配比严格执行规范规定，碎石和中砂含杂质不大于5%。按设计配合比配制混合料，投入搅拌机加水拌和，加水量由混合料的坍落度控制，一般坍落度为30-50mm，成桩后浮浆厚度一般不超过200mm。混合料的搅拌须均匀，每盘搅拌时间不得少于60s 。后台设磅秤计量装置，保证砂、石、粉煤灰计量准确。
2.2.3 测量放线定桩位
在填土分层压实后，具备了处理条件时，根据施工图开始按照南北向间距1.20m，东西向间距1.40m，“梅花型”布设测放CFG桩位，并打入木桩与地面平齐。
2.2.4 移机就位
桩机就位须平整、稳固，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%。采用活瓣式桩尖和D325mm桩管，桩尖对准桩位。
2.2.5 沉管造孔
1）沉管过程中注意桩机的稳定，严禁倾斜和错位。沉管过程中做好记录，激振电流每沉1m记录本一次和沉管所耗的总时间，严格控制最后30s电机的电流电压值。并对土层变化处理应特别说明，直到沉管至设计标高。
2） 沉管过程中观察沉管的下沉速度是否正常，沉管是否有挤偏现象，若有异常情况应分析原因，及时采取措施。
3）当沉管到达设计深度或持力层时，应判定该深度或贯入度是否已达到规范规定和设计要求，或试桩时规定的并经设计认可的要求，满足了这些要求和规定，方可终止沉管。该工程控制贯入度标准为每30秒加压一次，最后30秒贯入度4-5cm。
2.2.6 填料加密
1）沉管达到要求深度后，立即填灌桩芯混合料，尽量减少间隔时间。填料前检查沉管内是否吞进桩尖或进水进泥。若存在则及时处理。
2）在沉管过程中可用料斗进行空中投料。待沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料面与钢管投料口平齐。如上料量不够，须在拔管过程中空中投料，以保证成桩桩顶、桩高满足设计要求。控制管内混合料面不低于自然地面。
3）填料量应按沉管外径和桩长计算出的体积再乘上充盈系数值（大于1.3）。
2.2.7 成桩 [Page]
1）当混合料填加至钢管投料口平齐后，先振动5～10s，再开始拔管，边振边拔，每拔0.5～1.0m，停拔留振5～10s，如此反复，直至沉管全部拔出。沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.2～1.5m/min。
2）沉管拔出地面后，若发现桩身填料超出桩的设计顶面甚多或溢出地面较多，应及时核实充盈系数，若充盈系数小于1，则可认为桩身可能存在缩径或断桩隐藏患，应及时研究补救措施。
3）若发现桩身填料面低于设计院标高，应立即补填填料使其顶面高于设计标高0.5m，并用振捣器振实。补填填料时，应将桩顶上的浮土清理干净，必要时可向孔内先插入钢模，再清理浮土。
4）确认成桩符合设计要求后用粒状材料或混粘土封顶，然后移机继续下一根桩施工。
3CFG桩复合地基在施工中的质量控制
为保证CFG桩复合地基的施工质量，应控制好以下几个问题：
1） 选用合理的施工机械设备。在施工准备阶段，必须详细了解地质情况，从而合理地选用施工机械。这是确保CFG桩复合地基质量的有效途径。
2） 深入了解地质情况，采用合理的施工工艺。在施工过程中，成桩的施工工艺对CFG桩复合地基的质量至关重要，不合理的施工工艺将造成重大的质量问题，甚至导致质量事故，而要选择确定合理的施工工艺必须深入了解地质情况。只有在深入了解地质情况的基础上，才能确定合理的施工工艺，并在施工过程中加强监测，根据具体情况，控制施工工艺，发现特殊情况，做出具体的改变。
① 在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，但当采用连打作业时，由于饱和软土的特性，新打桩将挤压已打桩，形成椭圆或不规则形态，产生严重的缩颈和断桩。此时，应采用隔桩跳打施工方案。而在饱和的松散粉土中施工，由于松散粉土振密效果好，先打桩施工完后，土体密度会有显著增加。而且，打的桩越多，土的密度越大。在补打新桩时，一是加大了沉管难度，二是非常容易造成已打桩断桩，此时，隔桩跳打亦不宜采用。
当满堂布桩时，不宜从四周转向内推进施工，宜从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工。
② 严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，桩项浮浆过多，桩身强度不足和形成混和料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在1.2～1.5m／分。
③ 控制好混合料的坍落度。大量工程实践表明，混合料坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在3～5cm，和易性好，当拔管速率为1.2～1.5m／分时，一般桩顶浮浆可控制在10cm左右，成桩质量容易控制。
④ 设置保护桩长。使桩在加料时，比设计桩长多加0.5m，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3～5秒，提高桩顶混合料密实度。上部用土封项，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。
⑤ 拔管过程避免反插。在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量，应避免反插。
3)加强施工过程中的监测。在施工过程中，应加强监测，及时发现问题，以便针对性地采取有效措施，有效控制成桩质量，重点应做好以下几方面的监测：
①施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，并注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中则要随时测量地面是否发生降起。因为断桩常和地表隆起相联系。
②已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高的变化，尤其要注意观测桩距最小部位的桩。因为在打新桩时，量测已打桩桩顶的上升量，可估算桩径缩小的数值，以判断是否产生缩径。
③对有怀疑的桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看，并做出必要的处理。
4结论与效果
经过工程质量检测中心进行桩土复合地基载荷试验，所测28个桩点，桩土复合地基承载力特征值fak=200 KPa，满足设计要求；对107根桩进行基桩低应变动力检测，桩身混凝土实测强度等级均满足设计要求的C20，除17根桩为Ⅱ类桩，其余90根均为Ⅰ类桩，桩身质量满足设计。
CFG桩复合地基是在碎石桩加固地基法的基础上发展起来的一种地基处理技术。由于CFG桩改善了碎石桩的刚性，使其不仅能很好地发挥全桩的侧阻作用，同时也能很好地发挥其端阻作用。CFG复合桩与桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力。工程造价一般为桩基的1/2-2/3，经济效益和社会效益非常显著。
参考文献：
[1] GB50204-2002“混凝土结构工程施工及验收规范”.北京：中国计划出版社，2002年.
[2] JGJ94-94“建筑桩基技术规范”北京：中国计划出版社，1994年.
[3] GB50202-2002“建筑基础工程施工质量验收规范”北京：中国计划出版社，2002年.
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