谈CFG桩施工工艺及常见问题处理

刘利民

(中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队，新疆乌鲁木齐 830000)

0 引言

CFG桩，又称为水泥粉煤灰碎石桩，是一种由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15～C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作。

CFG桩的适用范围很广。在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。

目前，CFG桩复合地基技术在全国一些地区的工业与民用工程中都得到了应用。工程实践证明，CFG桩复合地基设计承载力不会有太大问题，可能出现的问题是CFG桩的施工。因此，了解CFG桩施工工艺及施工技术的特点，熟悉CFG桩施工中的常见问题的成因及处理方法，对于不同地质条件工程中CFG桩的施工工艺选择、顺利施工以及成桩质量控制有着很重要的意义。另外，设计人员对CFG桩施工工艺的全面认识，也可以在方案选择、设计参数的确定以及施工措施上考虑得更加全面。

1 CFG桩的成孔施工工艺

水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据设计要求和现场地基土的性质、地下水埋深、场地周边是否有居民、有无对振动反应敏感设备等多种因素选择施工工艺。常见的CFG桩成孔施工工艺包括长螺旋钻孔灌注成桩，长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩，振动沉管灌注成桩，人工挖孔灌注成桩等［1］。不同成孔方法有着不同的特点及适用土层。

1．1 长螺旋钻孔灌注成桩工艺

长螺旋钻孔灌注成桩工艺采用螺旋钻机成孔，施工时电动机带动钻杆转动，使钻头上的螺旋叶片旋转来切削土层，削下的土屑靠与土壁的摩擦力沿叶片上升排出孔外。其成孔不用泥浆或套管护壁，施工无噪声，无振动，对环境影响较小，设备简单，操作方便，施工速度快。长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土，和粒径不大的砾砂层，要求桩长范围内无地下水，以保证成孔时不塌孔。

1．2 长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩工艺

长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺，是由长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的施工体系，是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺，属非挤土成桩工艺，具有穿透能力强、低噪声、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点，对周围居民和环境的不良影响较小。

1．3 振动沉管灌注成桩工艺

振动沉管是利用振动桩锤将桩管沉入土中成孔，振动沉管成孔适用于在一般粘性土、淤泥、淤泥质土、粉土、稍密及松散的砂土及填土中使用。它具有施工操作简便、施工费用较低、对桩间土的挤密效应显著等优点。但振动沉管灌注成桩工艺难以穿透厚的硬土层、砂层和卵石层等。在饱和粘性土中成桩，会造成地表隆起，挤断已打桩，且振动和噪声污染严重，在城市居民区施工受到限制。

1．4 柱锤冲孔灌注成桩工艺

干作业柱锤冲孔就是利用柱锤冲扩钻机或冲击锤对地基土冲击成孔，一般孔深较浅，所以不用护壁。该法适用于地下水位以上的残坡积或回填土碎石土地基、黄土粘土地基短桩施工。

1．5 人工挖孔灌注成桩工艺

人工挖孔是用人工挖土成孔，不需要大型机具设备，施工操作工艺简单，人工挖孔桩适用于无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土、含少量的砂、砂卵石的粘性土层，也可用于膨胀土、冻土中施工，特别适于在黄土中使用，对有流砂、地下水位较高、涌水量大的冲积地带及近代沉积的含水量较高的淤泥及淤泥质土层中，以及松砂层、连续的极软弱土层中不宜采用。对于孔中氧气缺乏或有毒气发生的土层也应该慎用。

2 CFG桩施工中的常见问题分析

水泥粉煤灰碎石桩的施工中由于各种施工方法特点不同，在施工中可能会出现各种问题，常见的问题包括缩颈、断桩、桩偏位、斜孔、孔底虚土、桩头夹泥、桩身质量不合格、桩长不足、灌料堵管等。

2．1 缩颈和断桩

缩颈是桩身某个位置出现桩径突然变细的现象，缩颈和断桩是CFG桩施工中可能会出现的问题，其主要发生原因可能有以下几个方面:

1)在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，当采用连打作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压，使得已打桩挤压成不规则形状，严重时会产生缩颈和断桩。

2)在上部有较硬的土层或中间夹有较硬土层的土中成桩，桩机的振动力大，对已打桩的影响主要是振动破坏，采用隔桩跳打工艺，若已打桩结硬强度又不太高，在中间补打新桩时，已打桩有时被振裂。

3)软土中拔管速度过快，软土结构破坏。

4)淤质地层护壁不够，待孔时间长使孔壁收缩。

5)在饱和软土中成桩时，由于已打桩尚未成型，新打桩对已打桩进行挤压导致已打桩变形，造成缩颈。

6)灌注混合料时拔管太快或振捣不到位，在桩身某个位置出现桩径突然变细的现象。

7)由于开挖基坑时方法不当导致浅层断桩。

2．2 桩体强度不均匀

在施工过程中，工艺操作不当可能会产生所成桩的桩体强度不均匀的现象，其主要发生原因可能有以下几个方面:

1)出现这种现象是由于混合料和易性不好或振捣不到位所致。

2)由于配合比不合理或搅拌不均匀在下料时输送管中的混合料发生离析比重小的水和粉煤灰被其他粒料挤至桩体四周，使得桩体的某个部位偏向四周的区域没有骨料而是充满了水和粉煤灰，随着时间推移粉煤灰沉积于空桩下部。

3)灌注混合料时拔管太慢或振捣时间过长，使得桩端部桩体水泥含量太少，桩顶浮浆较多，而且混合料也容易产生离析，造成桩身强度不均。

2．3 桩偏位及斜孔

在成孔施工中可能会发生孔的倾斜而造成桩的倾斜，从而影响桩的竖向承载力，或者发生成桩桩位偏离原设计位置的情况，一般桩偏位可能是由于打桩挤土或挖土不当造成的，而斜孔则可能是钻机不稳或钻杆垂直度不够造成的。在饱和软土中成桩，当采用连打作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压，也可能导致桩的偏位。

2．4 灌料堵管

CFG桩施工中，可能会发生灌料堵管的现象，它直接影响桩的施工效率，增加工人劳动强度，造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的混合料失水或结硬，增加了再次堵管的几率，给施工带来很多困难。

造成灌料堵管可能有以下几种原因:

1)混合料配合比不合理，碎石粒径偏大，或水泥因存放时间过久或受潮而结块。

2)混合料搅拌质量有缺陷。

3)设备原因。

4)由于施工不当使地下水涌入砂石回灌。

5)冬季施工时材料受潮结冰，经拌和后仍不能将冰块消除。

2．5 窜孔

在饱和粉土、粉细砂层中施工常遇到这个问题，钻杆钻进过程中叶片剪切作用对土体产生扰动;土体受剪切扰动能量的积累，使土体发生液化。工程实践证明，被加固的土层中虽有松散粉土、粉细砂，但没有地下水，施工中没发现有窜孔现象;被加固的土层中有松散粉土、粉细砂，有地下水，但桩距很大，每根桩成桩时间很短，也很少发生窜孔;只有在桩距较小，桩的长度大，成桩时间长，成桩时一次移机施打周围桩数量过多时才发生窜孔。施工中根据不同情况采取相应的措施。

3 CFG桩的质量控制方法

1)合理选用成孔工艺。成桩的施工工艺对CFG桩成桩质量非常重要，不同的地质情况适合不同的成孔方法，所以，水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据设计要求和现场地基土的性质、地下水埋深、场地周边是否有居民、有无对振动反应敏感设备等多种因素选择施工工艺，这是确保CFG桩复合地基施工质量的有效途径。

2)施工前配合比试验及坍落度控制。施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比配置混合料。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工时每立方米混合料粉煤灰掺量宜为70 kg～90 kg，坍落度宜为160 mm～200 mm，振动沉管灌注成桩施工的坍落度宜为30 mm～50 mm。这是因为坍落度太大，易产生泌水、离析，坍落度太小，易造成堵管［1］。

3)控制施工拔管速度。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，控制混合料泵送量与拔管速度相匹配，遇到饱和砂土或粉土层，不得停泵待料。应严格控制拔管速率，沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，正常的拔管速率应控制在1．2 m/min～1．5 m/min，如遇到淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢［1］。

4)控制桩顶标高。施工中桩顶标高应高出设计桩顶标高，留有保护桩长。每根桩在加料时，要比设计桩长多加0．5 m桩长的混合料。用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3 s～5 s，提高桩顶混合料密实度。振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm［1］。

5)采用正确的打桩顺序。振动沉管灌注成桩时，由于成桩时对土体的挤密作用，后打入桩将使先打入桩受水平推挤而造成偏移和变位，因此要采用正确的打桩顺序:对于密集桩群，自中间向两个方向或四周对称施打;当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打;根据基础的设计标高，宜先深后浅;根据桩的规格，宜先大后小，先长后短［2］。

6)施工偏差控制。施工中桩长允许偏差为100 mm，桩径允许偏差为20 mm，施工垂直度偏差不应大于1%，对满堂布桩基础，桩位偏差不应大于0．4倍桩径，对条形基础，桩位偏差不应大于0．25倍桩径，对单排布桩桩位偏差不应大于60 mm［1］。

7)褥垫层设置。褥垫层在CFG复合地基中可以保证桩土共同承担荷载，通过褥垫层厚度可以调整桩土荷载分担比例。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石和碎石，碎石粒径宜为8 mm～20 mm，不宜选用卵石。褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间上的含水量较小时，也可采用动力压实法，褥垫夯实后的厚度与虚铺厚度的比值不得大于0．9。

4 CFG桩的质量检验

1)施工检验记录。

施工中应对每一根桩成桩时间、投料量、桩长、发生的特殊情况等进行详细记录，施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。

2)承载力及桩身完整性检测。

CFG桩复合地基竣工验收时，主要应对其承载力以及单桩桩身完整性进行检测，承载力检验应采用复合地基载荷试验。检测必须在桩体强度满足试验荷载条件时进行，一般宜在施工结束28 d后进行。实验数量不应少于3个试验点，试验数量为总桩数的0．5%～1%。桩身完整性采用低应变动力试验，抽取总桩数的10%进行检测［3］。

5 结语

CFG桩复合地基技术应用较为广泛，了解CFG桩施工工艺及施工技术的特点，熟悉CFG桩施工中的常见问题的成因及处理方法，对于不同地质条件工程中CFG桩的施工工艺选择、顺利施工以及成桩质量控制有着很重要的意义。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］．

［2］张忠苗．桩基工程［M］．北京:中国建筑工业出版社，2009．

［3］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］．

［4］冯国卫．CFG桩施工工艺总结［J］．山西建筑，2011，37(3):65-66．