建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）指出：CFG桩复合地基适用于处理一般性土，对淤泥和淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。混凝土灌注桩复合地基可参照规范使用【1】。该规范中安全系数的选用为技术人员进行CFG桩复合地基设计提供了技术依据。但实际工作中，复合地基承载力的确定和复合地基检测方面，在不同地区基于某些地区性经验，特别是在我国沿海软土地基中的应用存在一些差异【2】。还有一些人认为，CFG桩在饱和软土中形成的复合地基承载力提高有限，不易满足建筑物使用要求，故在饱和软土中应用的工程实例较少【3】。

 

　　用CFG桩处理深厚软土地基，其原理是：高粘结强度CFG桩与桩顶上铺设的土工格栅和褥垫层形成“桩——网”结构，让上部荷载均匀地传递到持力层，并且桩间土参与工作，提高地基承载力，以满足地基承载力要求，有效控制工后沉降。

 

　　在工艺上，常用的方法有长螺旋钻孔管内泵压、干成孔和振动沉管法。但由于我国沿海软土地基具有含水量高、地下水位浅、土质不可压缩性等特点，长螺旋钻孔管内泵压工艺就成为常见的一种施工工法，而且水下泵送混凝土，边压混凝土边拔管，采用置换加固，穿透力强，承载力高，对桩的质量有保证。

 

　　二、工程概况

 

　　黄骅港中学建设项目位于沿海黄骅港滨海开发区，为河北沧州市重点建设工程，拟建建筑物为砖混剪力墙结构综合教学楼。其中多栋教学楼采用CFG桩进行地基处理，设计要求单桩竖向承载力极限值为850KN，处理后地基承载力特征值不小于230kpa。

 

　　三、地层条件

 

　　根据勘察报告，地基处理范围的地层为①素填土、②粉质粘土、③粉砂、④粉质粘土、⑤粘土、⑥粉砂、⑦粉质粘土、⑧粉砂夹粉质粘土、⑨粉质粘土，并给出各层的土工试验指标标准值。

 

　　该场地较为平坦，地面标高在6.25m-10.10m之间，最大高差3.85m。稳定水位埋深0.05-1.95m，水位标高5.61-9.70m，主要含水层为③、⑥、⑧层粉砂，②、④、⑤、⑦、⑨层粘土、粉质粘土为相对隔水层。无液化土层。

 

　　四、CFG桩复合地基设计

 

　　1.桩径，

 

　　桩径取决于所选的施工设备，本工程采用长螺旋钻成孔管内压灌混凝土成桩施工工艺，目前采用的长螺旋钻具直径以400mm、500mm、600mm居多，桩径初步选取500mm或600mm。为了避免桩端虚土过多，造成无端阻的可能性，不采用常规侧开门钻头，而使用正开门特制钻头进行施工。施工操作时必须掌握好孔底开启的位置。

 

　　2.桩长

 

　　先初步考虑满足单桩竖向承载力极限值为850KN的设计要求。可按下式估算单桩竖向承载力极限值：

 

　　Qu＝

 

　　式中：—桩的周长，m；

 

　　—桩周第i层土的侧阻力、桩端阻力极限值，kpa；

 

　　—第i层土厚度，m；

 

　　—单桩截面积，m2；

 

　　根据勘察报告中提供的桩极限侧阻力标准值、极限端阻力标准值按照上式进行估算，得出计算结果：选取桩径0.5m，桩长19-20m的桩或者是桩径0.6m，桩长18m的桩。

 

　　3.布桩形式及桩间距

 

　　CFG桩的设计应根据建筑物荷载分布、基础形式、地基土性状，只在基础内进行布桩。综合上述因素并考虑便于施工，可将布桩形式定为正方形布置。现根据复合地基的设计要求及单桩承载力计算桩体的置换率和桩间距。CFG桩间距一般为3-5倍桩径之间。由《建筑地基处理技术规范》（修订版）可知，CFG桩复合地基承载力特征值可按下式估算：

 

　　式中：-复合地基承载力特征值，kpa；

 

　　-单桩承载力发挥系数。宜按当地经验取值，无经验时可取0.7~0.9；；

 

　　-面积置换率；

 

　　-单桩竖向承载力特征值，当采用单桩静载荷试验时，应取单桩竖向承载力除以安全系数2；

 

　　-单桩截面积，m2；

 

　　-桩间土承载力发挥系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.9~1.0，天然地基承载力较高时取大值；本工程取0.9；

 

　　-处理后桩间土承载力特征值（kpa），应按静载荷试验确定；无试验资料时，可取天然地基承载力特征值；本工程取60kpa。

 

　　根据上式，可求得：

 

　　桩径d=0.5m时，置换率m=0.098

 

　　桩径d=0.6m时，置换率m=0.150

 

　　再根据式：

 

　　式中：d-桩身平均直径；

 

　　de-一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；正方形布桩时de1.13s(s为桩间距)

 

　　可以求得：

 

　　桩径d=0.5m时，s=2.0m

 

　　桩径d=0.6m时，s=1.80m

 

　　由上可知，桩径0.5m的桩比桩径0.6m的桩桩间距更大，说明桩径d=0.5m的桩更能发挥桩间土的承载力，使用的混凝土方量更少，造价更低。

 

　　桩长、桩径、桩间距可初步定为：桩长19-20m（以第7层为桩端持力层）、桩径0.5m、正方形布桩，桩间距2.0m，即满足复合地基承载力要求。

 

　　此时，需按下式进行验算这三个参数是否满足复合地基变形的要求。

 

　　式中：n1-加固区范围土层分层数；

 

　　n2-沉降计算深度范围内土层总的分层数；

 

　　P0-对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力，kpa；

 

　　Esi-基础底面下的第i层土的压缩模量，Mpa；应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；

 

　　zi，zi-1-基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离，m；

 

　　ai，ai-1-基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内的平均附加应力系数，可查表。

 

　　-加固区土的模量提高系数，

 

　　-沉降计算修正系数。

 

　　本工程对于地基沉降没有要求，本次未计算沉降量。根据本人施工设计经验，对于一般的CFG桩复合地基沉降量在15-80mm范围内是可行的。

 

　　这里需要指出的是，CFG桩复合地基变形计算，是按《地基处理规范》确定复合土层的复合模量，再按《地基规范》有关规定计算复合地基变形，其中规定用于计算变形的荷载为相应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力P0，它是使地基产生变形的有效应力，数值上等于相应于荷载效应准永久组合时的基础底面平均压力P产生的有效应力（若有地下水须扣除地下水对建筑物的浮力）与基础底面处原有土的自重应力（自重应力是有效应力）之差，要计算P0必须知道相应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的压力P、地下水类型及标高、基础埋深d、和基底以上各层土的重度γ。

 

　　显然，若不提供荷载就无法计算变形；或者只提供基底压力标准值，让地基处理设计人员用基底压力标准值计算变形是不规范的；甚至什么荷载都不提供，让地基处理设计人员用设计要求的复合地基承载力特征值去计算变形，无论在规范上还是在概念上就更不合理了。

 

　　4.桩身强度

 

　　桩顶应力为，桩体标号为，考虑施工影响因素，取CFG桩桩体强度等级为C20。

 

　　5.褥垫层厚度

 

　　合理设置褥垫层厚度至关重要【4】，褥垫层厚度过小，桩间土的承载力不容易发挥；褥垫层厚度过大，桩土应力比偏小，桩不能分担更多的荷载。根据《地基处理技术规范》（修订版）规定，褥垫层厚度宜取150-300mm。本工程褥垫层厚度取250mm。碎石粒径为5-20mm，夯实度为0.9，施工时先虚铺厚度为270mm，虚铺完成后采用静压法压实至设计厚度，对较干的碎石材料，虚铺后可适当洒水再进行压实。

 

　　6.CFG桩复合地基设计参数

 

　　经过上述计算分析，确定CFG桩复合地基设计参数。共布设1420根桩。本工程采用长螺旋钻机压灌成桩法，桩体塌落度为18020mm。

 

　　五、质量控制与检测

 

　　施工前对水泥、粉煤灰、碎石等原材料进行了试验。施工中检查桩身混凝土配合比、坍落度、提拔杆速度、成孔深度、混合料灌入量等。施工结束后对桩顶标高、桩位、桩身强度及完整性、复合地基承载力、桩间土承载力提高程度和褥垫层质量进行了检查与检测。

 

　　抽取不少于总桩、数的10%的桩进行了低应变动力试验，检测桩身的完整性。CFG桩施工结束后28天，进行了复合地基静载荷试验；载荷试验数量宜为总桩数的0.5%-1%，且每个单体工程不少于3点。对桩身质量有疑问的桩再次进行了低应变动力检测。

 

　　1.桩体强度

 

　　本工程混凝土28d标养试块抗压强度总平均值18.1Mpa＞3Ra/Ap=13.0Mpa，桩体强度满足设计要求。

 

　　2.低应变动测检测试验

 

　　低应变反射波法的基本原理是：用一维杆件的波动理论，通过在桩顶施加激振信号应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、离析、断裂等缺陷）和桩底面时，将产生反射波。低应变检测就是通过分析反射波的传播时间、幅值、波形特征和频谱等信息来分析基桩的完整性和造成缺陷的程度和位置。

 

　　对CFG桩进行了低应变动测试验，共检测桩体737根，占总桩体的51.9%。Ⅰ类桩：682根，占检测数量的92.5%，Ⅱ类桩：51根，占检测数量的6.9%，Ⅲ类桩：4根，占检测数量的0.6%。后抽取1根Ⅲ类桩进行静载荷试验，从检测结果看，施工质量已完全满足设计要求。经过多年设计和施工经验，需要指出的是：为了克服因设计或施工的某些失误，致使复合地基承载力可能达不到设计要求，应在复合地基静载试验前后，对桩做低应变检测以了解桩身有无缺陷至关重要【5】。

 

　　3.复合地基静载荷试验

 

　　根据第三方检测单位提供的复合地基检测报告，选取部分试验桩最终沉降量分别为36#：20.73mm；188#：37.82mm；589#：13.49mm。其中589#桩为三类桩，在低应变试验后进行了检测试验。

 

　　需要说明的是，试验前做低应变判定桩身完整性，试验后做低应变检测发现桩头或桩身破环，说明桩体强度不够导致承载力偏低。但如果静载荷试验前未做低应变检测，一旦发现承载力有问题，需要了解试验桩或工程桩是否有缺陷时，由于试验桩的初始状态已经发生改变，桩是否存在固有缺陷已无法判断，对分析事故原因带来较大困难。当低应变检测桩身有缺陷时，如果静载荷试验结果能够满足设计要求，这类桩身缺陷不影响复合地基承载能力的使用【5】；但当静载荷试验不能满足设计要求时，做一定比例的低应变检测，会为工程设计人员提供如何使用这类缺陷桩、采取怎样的补强措施提供依据。

 

　　4.钻芯法检测试验

 

　　钻芯法采用钻机在桩身位置进行钻孔取芯。该工法适用于桩长和桩身的混凝土强度、桩的沉渣厚度和桩身完整性，制定和鉴别桩端持力层岩土性状。

 

　　5.桩间土静力触探试验

 

　　加固后的静力触探试验是在成桩28d后测试的。从试验结果看（如下图），沿深度锥入阻力仅在砂、粉土层处略微有变化，其余深度处几乎无变化。故，加固后桩间土的承载力没有增加，CFG桩对饱和软土无挤密作用。这种现象与饱和软土自身的性质和较低的置换率有一定的关系。

 

　　六、CFG桩施工工艺探讨

 

　　目前，CFG桩复合地基的施工工艺主要有三种：振动沉管法、干成孔和长螺旋钻孔管内压灌成桩法。振动沉管法为不排土成桩，对桩间土的挤密效果尤为显著，但是由于振动对于周围环境影响较大，难以穿透厚的硬土层如砂层、卵石层等，且对淤泥质土类不可挤密土效果不佳，其应用受到很大限制；干成孔具有无噪音、成本低等优点，但不是用于水位浅的地层；长螺旋成孔压灌成桩，是通过钻杆中心压灌超流态混凝土成桩，该工艺有不受地下水影响，低噪音，无泥浆污染，成孔制桩时不产生振动，避免了新打桩对已打桩产生不良影响，成孔穿透力强，可穿透硬土层，施工效率等优点，但施工时容易发生窜孔（措施：可采用大桩距或隔孔跳打措施）。

 

　　本工程采用长螺旋钻机压灌成桩法。

 

　　1.钻孔施工

 

　　（1）成孔前严格复核测量基线、水准点及桩位，由桩中心向四边引出四个桩心控制点。（2）调整钻机垂直度。成孔设备就位时必须平正、稳固，以免造成孔的偏斜。（3）测量定位。利用S3型水准仪施放地面标高，确定成孔深度，测量误差控制在10mm之内；（4）钻进成孔。开动钻机，并在不同地层中控制钻速，钻进过程中注意钻机主钻杆的垂直度，达到设计要求后进行清孔。

 

　　2.压灌混凝土

 

　　混凝土通过混凝土泵泵送到孔内，边泵送边提钻，控制提钻速度与泵送量相匹配，保证钻头始终埋在混凝土面以下不少于100cm。

 

　　3.土方开挖

 

　　CFG桩施工完毕后，在其混合料初凝后，用铲斗为0.5m2小挖掘机及时将桩间土挖除，以便减少在施工中找桩位和设备就位的时间，提高工作效率。挖掘机工作时，须严格控制标高，防止挖断工程桩和扰动打桩工作面以下的保护土层。

 

　　4.凿桩头

 

　　保护土层清除后，将桩顶设计标高以上桩头截断。截桩具体方法如下：1）用水准仪精确标出桩顶标高位置。在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时打击，将桩头截断。严格禁止用钢钎向斜下方击打或用一个钢钎单向击打桩身，或虽双向击打但不同时，以致桩头承受一定的弯矩，造成桩身断裂。2）桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高（桩顶标高允许偏差0-+20mm）。3）如果在清土和剔除桩头时造成桩体断至设计桩顶标高以下，必须采取补救措施。同时注意在接桩头过程中保护好桩间土。

 

　　5.褥垫层施工

 

　　凿除桩头至设计标高后、基础垫层施工前，基础垫层与复合地基之间铺设250mm厚的碎石褥垫层。碎石粒径宜为5-20mm，夯实度为0.9，施工时先虚铺厚度为270mm，虚铺完成后采用静压法压实至设计厚度，对较干的碎石材料，虚铺后可适当洒水再进行压实。

 

　　七、结语

 

　　1.CFG桩复合地基的设计必须了解建筑物的特性（如不同状态下荷载的组合情况、变形限制等方面的要求）、场地的岩土工程条件等，特别是施工前应进行成桩工艺性试验、为设计、施工提供可靠的依据及施工参数。施工后要进行多种方法进行试验和检验，并进行分析探讨。

 

　　2.截取保护桩长及褥垫层的施工应尽量避免采用机械，机械施工极易造成桩身上部破裂或断桩，影响桩体的完整性。

 

　　参考文献：

 

　　[1]JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S].

 

　　[2].阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M]，北京：中国水利水电出版社，2001.

 

　　[3]郭忠贤、王斐、刘骏.CFG桩复合地基在深厚软土地基中的应用[J]，建筑技术，2000，31（3），168-169.

 

　　[4]黄文龙.沉管CFG桩复合地基在廊坊地区地基处理中的应用[J]，化工矿产地质，2004，（3）.

 

　　[5]陈磊.廊坊市吉祥小区CFG桩施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2005，32（5）