滇池湖相沉积层CFG桩加固施工技术

王巍

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100)

0 引言

CFG桩是粉煤灰碎石水泥桩的统称，由水泥、砂砾石、粉煤灰加水混合搅拌而产生的高强度粘合桩体，它与褥垫层一起经受上方载荷，组成复合地基[1]。软土地基经CFG桩施工后，承载作用可以取得有效的改进，适用于处理以昆明滇池区域为代表泥炭质土及淤泥质软土地层。

CFG桩与其他地基处理的施工方法相比，由于其施工周期短、选用工业生产的废渣粉煤灰为原材，不需要配筋，在减少工程造价的同时，又可以确保桩基础的荷载能力，所以被我国的软土地区大量采用。

滇池湖相沉积层形成环境复杂，发育深度大，规律性不强，尤其以淤泥质土及泥炭质土为代表软弱土层压缩、孔隙比大、强度低、含水率较高，工程性能低。

文章以昆明地铁3号线石嘴车辆段工程为例，通过试桩、桩身完整性检测、单桩复合地基载荷等一系列试验，对CFG桩在湖湘沉积层中的施工技术进行分析，明确提出了质量管控的对策，对相似地质条件下的施工有着借鉴价值。

1 工程简介

因湖相沉积的各土层属软弱土，抗剪强度指标采用快剪指标，各土层的物理力学指标如表1所示。

表1 地基土物理力学性质

2 作用机理

CFG桩是粉煤灰碎石水泥桩的统称，由水泥、砂砾石、粉煤灰兑水混合而产生的高强度粘合桩体，CFG桩与周围土一起形成复合地基土共同承受上部荷载，其上设置褥垫层。因为在CFG桩扩大桩头上部铺设碎石垫层，由于摩擦力的作用效果，在完成施工，并且强度满足设计要求后，桩周围的土体会因上方载荷作用从而发生沉降趋势，同时对CFG桩产生负摩擦作用，如此一来CFG桩本身的承载力得到了提高。此外，CFG桩体中的粉煤灰可增加整体的黏合强度，进而增强负荷地基的置换作用，由于桩体承受了较大部分的荷载，使得桩体之间土的应力有所减小，避免桩周边土体出现下沉现象，同时也可以使土体的承载能力得以实现提升[2]。

如此一来促使CFG桩和土体便可以形成了一个共同的受力结构，从而构成复合地基，使软土地层的承载能力得以有效的提高。

3 CFG桩设计要求

按照图纸的相关要求，为了保证CFG桩的工程质量、荷载要求，以及有碴轨道工后沉降的相关标准，在正式施工之前，第一步要对CFG桩的桩体原材料进行标准条件下的配合比试验。施工图中规定桩体水泥选用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，其掺量不应少于200 kg/m3，粉煤灰掺入量为70～95 kg/m3，粗骨料必须达到配比要求，松散堆积密度需大于1 500 kg/m3。经过计算得出

（1）适配强度：

（2）水胶比：

（3）根据普通混凝土配合比设计规程（JGJ55—2011）中混凝土坍落度要求，单位用水量mw0取值为205 kg/m3。

（4）单位混合料用量：

（5）单位水泥及掺合料用量：根据施工图纸要求，粉煤灰掺量取30.0%，因此粉煤灰用量为：

成桩工艺试验：根据现场实际情况，最终确定混合料拌和时间:60～70 s；CFG桩拔管速度控制在1.5～2 m/min；钻机电流控制在120～230 A。

4 CFG桩施工质量缺陷及解决方法

4.1 产生原因

通过工程试桩发现，现有工艺条件下CFG桩成桩效果不理想，施工过程中常见堵管现象，部分桩体存在桩身不连续、断桩、缩径问题，窜孔现象时有发生。

经过调查分析，造成CFG桩施工质量缺陷的原因主要有：

（1）受CFG桩体材料拌合质量和配合比不当因素影响，使得混合料工作性能较差，从而引起堵管问题。当桩体材料中的粉煤灰用量较少或者混合料的坍落度太小时，其流动性较差是堵管的重要原因之一;其次当混合料坍落度较大，极易产生骨料和砂浆分离析现象。另外，在施工过程中由于操作不当，未能及时进行提钻，使得CFG钻头处的浆液溢出从而形成堵管。

（2）在混合料的灌入过程中，长螺旋钻杆提升速率较快是断引起断缩颈、桩桩的主要原因；此外，预留空桩较长，后期开挖时土体受外力扰动破坏较大，也是引起断桩的原因之一。

（3）窜孔问题。由于被加固土层中含有松散状的粉质土及粉砂，在CFG桩钻进过程中，土体在CFG桩桩机叶片剪切扰动的影响下，容易引起液化现象，从而发生窜孔现象。

4.2 解决方法

（1）严格控制CFG桩体材料的施工配合比，保证其良好的施工性能，尤其要控制粉煤灰、水泥的掺量和拌合料的坍落度，并根据混凝土坍落度要求重新对配合比进行调整计算。

单位用水量mw0=215 kg/m3。

胶 凝 材 料 用 量：mb0=mw0（W/B）=215/0.69=311.59 kg/m3；粉 煤 灰 用 量：mf0=311.59×30.0%=93.48 kg/m3；故 水 泥 用 量：mc0=mb0-mf0=311.59-93.48=218.11 kg/m3。

（2）由于施工场地内泥炭质土分布广泛，为防止断桩和缩颈现象发生，根据实际情况适当降低提钻和拔管的速度，将其CFG桩拔管速率控制在2～2.5 m/min。与此同时在打桩前，对场地进行开挖平整，将空桩长度控制在50 cm左右，以此减少后期开挖时桩体受外力作用而引起的破坏。

（3）在桩底适当座浆。当CFG桩到达桩底时，应继续搅拌15 s，用来钻进桩底松土。在钻入的过程中，需要对桩机的电流表进行观察，如果发现电流出现转动时，那么表明地层发生了变化，此刻需要调整钻进速度。通过计算钻机电流宜控制在120～230 A。

（4）采取隔桩、隔排的跳打方法进行CFG桩施工，同时尽可能地避免在发生窜孔问题的范围内施工推进排数，最大限度地将已施工的桩体扰动能量的积累降至最低；如遇特殊情况，根据现场实际情况，联系设计单位对桩距进行调整。

5 成桩质量与承载力检验

5.1 成桩质量

在试车线CFG桩完工后28 d，于每根检测桩桩径方向1/4处，取不同深度的试样做无侧限抗压强度试验。

根据施工图纸要求，检测频率应为施工总桩数0.2%,由于试车线CFG桩加固施工总数为2 982根，因此选取9根CFG桩强度进行检测，结果全部满足要求。

取样结果显示CFG桩芯样连续、完整、胶结好、芯样侧表面光滑、骨料分布均匀，芯样呈长柱状，成桩效果较好，成桩质量满足设计强度与施工要求。

5.2 CFG桩承载力检验

根据设计要求试车线CFG桩单桩复合地基承载力不小于200 KPa。

5.3 桩身完整性检测

根据施工图纸要求对试车线CFG桩进行低应变桩桩身完整性检测，在所检测的457根工程桩中，一类桩为421根，占受检桩数的92.1%，二类桩为36根，占受检桩数的7.9%，成桩效果良好。

5.4 工后沉降

根据《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）及《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T 50308—2017）和设计图纸要求，本项目共计布设18个点位，CFG桩加固地基监测于2015年10月3日开始，截止到2016年12月6日，实际监测天数为429 d，累计最小沉降量为-9.5 mm，累计最大沉降量为-11.7 mm，满足工后沉降不得大于-20 mm技术要求。

6 结论

（1）滇池湖相沉积层CFG桩在施工过程中存在的典型质量的缺陷为常有堵管现象发生，部分桩体存在桩身不连续、断桩、缩径问题，窜孔现象时有发生。

（2）按照施工图纸的相关要求，根据试桩质量缺陷进行研究分析，最终确定单位用水量为215 kg/m3，粉煤灰用量为93.48 kg/m3，水泥用量为218.11 kg/m3。

（3）CFG桩拔管速率控制在2～2.5 m/min。钻机电流控制在120～230 A。与此同时在打桩前，对场地进行开挖平整，将空桩长度控制在50 cm左右，以此减少后期开挖时桩体受外力作用而引起的破坏。

（4）软土地层在CFG桩施工加固后，土体强度显著提高，满足了地基承载力设计要求，有效地解决了软土地层的工后不均匀沉降这一难题，根据实践总结，基本掌握了CFG桩在昆明滇池湖相沉积层软土地基中的施工工艺。对相似地质条件下的施工有着借鉴价值。