CFG桩在滨海淤泥质地基处理中的应用技术

CFG桩在滨海淤泥质地基处理中的应用技术

高永展

第五工程有限公司云南昆明650200

摘要：针对沿海地区淤泥质地基的特性，通过防城港环岛东路扩建工程中CFG桩的施工，从施工工艺、成桩质量、扩孔系数、钻进和提钻的速度控制施工，并进行深入的研究，探寻CFG桩在淤泥质土中地基处理的应用及工艺、质量控制的要点，为同类工程提供一定的借鉴。

关键词：CFG桩；淤泥；地基处理；质量控制；

1引言

CFG桩（CementFlyashGravelPile）复合地基是20实际90年代初出现的一种地基处理新技术。CFG桩是采用少量的水泥加粉煤灰，石屑或砂及碎石，加水搅拌，用各种成桩机械施工的具有高粘结强度的桩，CFG桩与桩间土和桩顶与基底间的褥垫层共同组成复合地基。属刚性复合地基。

CFG桩是一种低噪声、无泥浆污染、成孔穿透能力强、施工效率高的施工工艺，目前已成为复合地基施工的首选工艺，被广泛应用于地基加固、软土处理、改善承载力等工程中。[1]CFG桩质量控制主要从三个方面进行控制：一是成桩质量控制，即在施工过程中从混凝土拌和、运输、成孔、灌注等工序，找出施工生产中易产生Ⅱ、Ⅲ类桩的原因，分析原因并在施工中加以改进和克服；二是在施工工序、工艺上进行调整；三是控制钻进、提钻的速度，确保下料数量与提钻的协调性。在此基础上，根据现场淤泥质土的特性，对上述三个要点进行了更深入的研究，从地质勘探、过程施工以及最终的试验检测，探寻CFG桩在淤泥质土中的适应性及工艺、质量控制要点，为同类工程有一定的借鉴作用。

2工程概况及地基条件

2.1工程概况

环岛东路扩建工程位于西南沿海，地貌上属丘陵滨海地带，地质情况多为淤泥质土，由于地质情况较差，表层土质满足不了竖向承载力的要求，本着满足要求和经济的原则，设计在K4+400～K4+500段路基右侧采用CFG桩复合地基处理，设计强度等级为C15，桩径为φ400mm，呈1450mm的等边三角形布置，单桩承载力特征值为180kN，复合地基承载力特征值为160kpa。

2.2场地地质条件

K4+400～K4+500段岩土层分布从上到下大致分为：杂填土、素填土、耕土、淤泥、细砂、黏土、强风化砂岩、中风化砂岩，各岩层土特征描述如下：

⑴杂填土：杂色，稍湿，松散状态，土质不均匀，以黏性土为主要成分，含块状风化砂岩、生活垃圾和建筑垃圾，土质软弱，为新近回填土，属高压缩性土。场地内局部分布，层厚为0.40~5.40m。

⑵素填土：杂色，稍湿~湿，多呈松散状，以粘性土为主要成分，含少量砂岩碎屑、粉细砂，结构松散，堆填时间3~20年，属高压缩性土。局部为路基填土，呈中密状。场地内局部分布，层厚为0.40~8.40m。

⑶耕土：灰色、褐灰色，稍湿，松散状，以黏性土为主要成分，含少量有机质，可见植根系，局部含细砂较多，属高压缩性土。场地内局部分布，层厚为0.20~0.80m。

⑷淤泥：灰色、灰黑色，湿~饱和，松散。以粘性土为主要成分，局部含细砂较多，含少量腐值质、贝壳，具腥嗅味，属高压缩性土。场地内局部分布，层厚为0.30~10.90m。

⑸细砂：灰黄色、黄色、灰白色、灰黑色，湿~饱和，松散~稍密状，成分以石英为主，颗粒级配一般，局部地段含少量卵石、漂石，属高压缩性土。场地内局部分布，层厚为0.30~8.00m。

⑹黏土：黄色、褐黄色、棕红色，稍湿，硬塑状态为主，局部为坚硬状，切面较平整，无摇振反应，韧性一般，稍具砂感，干强度中等，该层取Ⅰ级土样19件，根据试验结果可知，压缩系数的平均值为0.19MPa-1，属中等偏低压缩性土。场地内局部分布，层厚为0.80~6.10m。

⑺强风化砂岩：灰黄色、褐黄色、棕红色，强风化状态，砂质结构，中~厚层状构造，节理裂隙发育，钻探扰动后呈散砂状，岩芯采取率低，大部分随返水带出，深度较大时，岩芯呈碎块状，块径1~6cm，局部相变为粉砂岩、泥质粉砂岩，岩芯采取率25~45%。该层取岩样172件，做岩石饱和抗压试验，抗压强度平均值=6.60MPa，属软岩，岩体极破碎~破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。场地内均有分布，未予揭穿，揭露最大层厚为0.70~27.90m。

⑻中风化砂岩：灰黄色、褐黄色、棕红色，中风化状态，砂质结构，中~厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯采取率较低，岩芯呈碎块、短柱状，局部相变为粉砂岩、泥质粉砂岩，岩芯采取率60~80%。该层取岩样88件，做岩石饱和抗压试验，抗压强度平均值=18.1MPa，属较软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层场地内钻孔均有分布，未予揭穿，揭露层厚为1.80~29.50m。

2.3场地水文条件

扩建道路K4+400～K4+500段临近海岸，在海水涨潮时，经常被海水淹没，低洼地段为常年积水。地表水体对道路施工的影响是重大的，地表水的存在将直接影响道路挖填及支护工程的施工。

地下水补给源主要来自地表水、河流侧向径流和大气降水，地下水位、水质、水量变化主要受潮水影响，动态相对稳定；场地地下水主要排泄方式为蒸发、下渗及侧向径流，与附近河流和海水呈互补关系。施工期间地下水初见水位与附近河流水位一致，稳定水位埋深为0.70～8.20m，相应标高为-0.77～4.19m，年地下水位变化幅度为3～5m。

3CFG桩复合地基处理施工工艺

施工前先进行成桩工艺性试验，根据现场地质条件选用KLB-75型步履式长螺旋孔-管内泵压混凝土灌注成桩的方法施工。长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土地基。[2]

3.1试桩方案

试桩桩径400mm，桩长以实际钻进桩长为准，成孔工艺长螺旋钻孔灌注成桩，本次试桩共12根，分两次进行，从施工工艺、配合比、后期检测等方面进行对比分析，从而确定最合适的工艺参数。试桩桩位布置平面图见图1。

⑵场地平整：清除场地内的障碍物，采用砂性土填筑0.5m厚施工平台，以便后续施工时调整钻机的水平，控制成桩的垂直度。

⑶测量放线，用白灰线标出试桩桩位的网格线，用钢筋头打入土中作为桩位点。

3.3试桩施工

3.3.1第一次试桩

⑴钻机就位

开钻前对主机上附带的垂直度刻度盘进行效验，将主机移到指定桩位，对中。当地面起伏不平时，应调整支腿或平台基座，使桩机底座保持水平、钻杆保持垂直。桩位误差不宜超过20mm，钻杆垂直度偏差不超过1.0%。

⑵成孔顺序

如图1，第一次试桩顺序为：1#→2#→5#→6#→9#→10#，即按顺序依次成孔。

⑶钻进成孔控制

钻孔开始时，关闭钻头阀门，启动卷扬机下放钻杆至钻头触及地面时，启动钻机锤头，将钻杆旋转下沉至桩底设计标高，并做好记录。桩长设计平均12m，桩尖要求进入黏土深度≥2m，且桩长不小于4m。施工中应检查桩身混合料的配合比、坍落度和提拔钻杆速度（或提拔套管速度）、成孔深度、混合料灌入量等。[3]

在成孔过程中，发现钻杆上下浮动时，放慢进尺，防止桩位偏斜、位移或钻杆、钻具损坏。进尺速率根据地层而定，一般淤泥质地层钻进速率控制为2～6m/min。同时根据钻塔上的标记控制钻进深度，钻穿淤泥层时记录钻进深度，确保钻进黏土层深度≥2m。在淤泥层钻进时，分别按照2m/min、4m/min、6m/min三种速率进行钻进施工。

⑷灌注及提钻

CFG桩所用混凝土采用拌合站集中搅拌。当钻机钻至桩持力层时，开动混凝土输送泵灌料，当输送管及钻杆芯管内充满混凝土后开始启动卷扬机匀速提升钻杆，边灌料、边提升，提升速度分别控制在2m/min、2.5m/min、3m/min。泵送和提钻过程相互配合，每根桩必须一次性灌注完毕，严禁先拔管后灌注，掌握好灌注与提钻的时间差，尽量避免提升灌注过程中停机待料现象。快到施工设计桩顶标高时，适当减慢提钻和泵送速度，比设计桩顶标高高出50cm后，同时停止提钻和泵送，然后移至下一个桩位。

3.3.2第二次试桩

第二次试桩编号及顺序为：3#→8#→11#→4#→7#→12#。

第二次试桩与第一次试桩相比，主要区别有两方面：

⑴施工顺序：施工顺序由第一次的顺序依次成孔施工，改为间隔跳打的顺序施工。

⑵混凝土坍落度：混凝土坍落度由第一次的180～200mm，调整为160～180mm。

3.4试桩分析

3.4.1施工过程分析

⑴扩孔系数大

在提钻过程中，当钻头提至淤泥层时，会存在很明显的扩孔，扩孔系数最大的达到1.45。分析主要原因为，施工区域临近海边，地下水位很高，长时间的渗透使得原先淤泥层由原来的软塑变成流塑状，流塑状淤泥无法承受混凝土的侧压力，导致孔径扩大。

⑵两种不同的施工顺序（顺序依次成孔，间隔跳打），对扩孔系数影响较大。由于地下水影响，部分淤泥层由原来的软塑状变成流塑状，顺序依次成孔时灌注过程中容易出现串孔现象，导致扩孔系数变大。

⑶提钻速度和坍落度之间的平衡。防止混凝土坍落度过大，提钻速度过慢会造成混凝土石料下沉而堵管。

3.4.2检测报告分析

⑴复合地基承载力

抽取1#、6#、8#、11#桩位，做复合地基承载力检测，检测结果如表2。

表2复合地基承载力检测

各试验检测点的荷载-沉降（Q-S）见图6、图7、图8、图9。

Q－s曲线均未出现明显陡降起始点（即第二拐点），各试桩的曲线属于缓变型曲线。经综合分析，本次检测的3#、5#、9#、12#桩的复合地基增强体单桩竖向极限承载力均为360kN。满足设计要求。

⑶低应变法检测

低应变检测抽查2#、4#、7#、10#桩，根据“反射波”法采集的反射波形分析，桩身完整性均评定为Ⅰ类桩。

桩身完整性检测的实测信号曲线见表4。

表4桩身完整性检测的实测信号曲线

4结束语

通过对试桩进行各项性能检测，总结施工中发生的问题，对CFG桩在淤泥层采用长螺旋孔-管内泵压混凝土灌注成桩的方法施工各项施工工艺参数总结如下。

⑴坍落度控制在160～180mm是比较合理的，即可减少扩孔率，又可提高桩身成孔质量。

⑵钻进速率：在淤泥地层，钻进速度不能随机器自由进尺，一般宜控制在6m/min左右。进尺过快容易造成斜孔，甚至对周围桩体产生不利影响。

⑶提钻速率。在淤泥质地层，拔管速度应适当快些，控制在3m/min左右。

⑷施工顺序。长螺旋钻施工一般成孔顺序为依次顺序成孔，遇到淤泥层成流塑状时，为避免串孔，宜采用间隔跳打的顺序施工。

参考文献

[1]曹瑞娟.CFG桩施工及质量控制探讨[J].山西建筑，2012（12）：232

[2]建筑地基处理技术规范（JGJ79—2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：65

[3]建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202—2002）[S].北京：中国计划出版社，2002：15