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摘要：本文结合CFG桩施工主体材料及机械设备、施工工艺、施工方法、施工质量控制、施工质量检验和现场施工过程中常见的问题及预防措施，论述CFG桩在复合地基处理中的应用。
Abstract: in this paper, the CFG pile construction of main materials and mechanical equipment, construction technology, quality control, construction quality inspection and construction process in the common problems and its prevention measures, discusses the CFG pile in composite ground processing application
關键词： 复合地基 CFG桩施工技术地基处理应用
Key words: composite foundation construction technique of CFG pile foundation treatment application
中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1、工程概况
南水北调中线一期工程新乡～卫辉段第三施工标段香泉河倒虹吸和路州屯左排倒虹吸基础设计采用CFG桩复合地基处理。
1.1地质情况
施工场区地层均为第四系冲洪积物，岩性自上而下依次为:①黄土状重粉质壤土（alplQ），层厚1.5～5.0m，分布于两岸地表；②重粉质壤土（alplQ2），层厚7～13.5m，含钙结核较多，部分富集成层，夹较多卵石透镜体或薄层；③粉质粘土（alplQ2），层厚1.2～13.6m，钙结核含量较多，零星有卵石，层厚变化较大，局部缺失；本场地土类型为中软场地土，建筑场地类别属II类。
1.2工程量
香泉河倒虹吸进口处理范围为25m，桩根数196根，总长度1078m；路州屯左排倒虹吸的处理范围，进口段长度为59.26m,出口水平管身段长度为27.0m；桩总根数360根，总长度2943m。
2、原材料
CFG桩的桩体材料包括水泥、碎石、砂、粉煤灰以及褥垫层材料。
（1）水泥：采用42.5号普通硅酸盐水泥；
（2）碎石：（粗骨料）粒径20～50mm的级配碎石，杂质含量小于5%；
（3）砂：含泥量不超过5%；
（4）粉煤灰：袋装Ⅱ级；
（5）垫层材料：采用级配碎石料，最大粒径不大于20mm；
3、施工设备及机具
选用长螺旋钻机的原则是：设备型号符合设计桩径、设计加固深度的要求。
施工中采用的主要设备：GLZ-26型长螺旋钻机、HBT60C混凝土输送泵以及及混凝土罐车各2台。
4、CFG桩施工工艺试验及工艺流程
倒虹吸复合地基施工前平整施工场地，清除障碍物，进行成桩生产性工艺试验，以复核地质资料及机械设备性能，验证和初拟施工工艺方法是否满足设计桩径和规范要求，根据工艺试验检测成果数据分析最终确定混合料施工配合比、坍落度，搅拌时间、拔管速度等主要施工参数，根据试桩中发现的问题修订施工工艺。
4.1试验方法
4.1.1钻机就位
钻机铺垫平稳，确保机身稳定，钻杆垂直稳牢，钻头对准桩位。钻尖与桩点偏移不得大于10mm。确保垂直度偏差不大于1%。
4.1.2成孔
成孔过程中，为保证桩身质量，依据钻臂上刻划标记线严格控制钻孔深度，一般不得反转和提升钻杆，如需提升钻杆或反转应将钻杆提升至地面，对钻尖开启门须重新清洗、调试、封口。
进入软硬层交界时，保证钻杆垂直，缓慢进入，在杂填土层或含水量较大的软塑性土层钻进时，尽量减少钻杆晃动，以免孔径变化异常，钻进时注意电流变化状态，电流值超越操作规程时，及时提升排土，直至电流变化为正常状态，钻出的土应随钻随清，钻至设计标高时，将钻杆周围土方清除干净，钻进过程中应随时检查钻杆垂直度，确保钻杆垂直，并作好记录。新打桩与已打桩间隔时间不小于7天。成孔过程中所有的废弃物沿工作面挖一条排水沟排出。
钻到设计标高后，由质检人员进行终孔验收，经验收合格并作好记录后，报监理批准，然后进行压灌混凝土作业。
4.1.3投料及拔管
成孔至设计深度后开启定心钻尖，接着压入制备好的混凝土，混凝土配合比严格按照设计文件规定执行，碎石和石屑含杂质不大于5%。混凝土塌落度为160-200mm。严格按照有关规程操作，搅拌时间不小于1min，重量偏差，水泥+2%。成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过200mm。
压灌与钻杆提升配合好坏，将严重影响桩的质量，如钻杆提升晚将造成活门难以打开，致使泵压过大，憋破胶管，如钻杆提升快，将使孔内产生负压，流砂涌入产生沉渣而削弱桩的承载力，因此要求压灌与提升的配合要恰到好处。如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率可适当放慢。
4.1.4钻机移位
灌注时采用静止提拔钻杆（不能边行走边提拔钻杆），提管速度控制在1.2－1.5米／分钟，灌注达到控制标高后进行至下一根桩的施工。
4.1.5试块制做与养护
按照设计要求，一台班做一组（3件）试块，养护至28天，送工地实验室做抗压强度试验，然后整理成册报监理审批。
4.2施工工艺流程
施工工艺流程：桩位测量放样 放置桩尖 桩机就位 振动沉管
成孔检验 灌注搅拌桩 振动拔管 成桩检验 铺设褥垫层
关键工序控制如下：压灌时必须连续进行，泵斗内要有一定的混凝土容量，混凝土容量要高出进料口40cm以上，以防吸进空气，当泵口混凝土低于进料口时应即时通过口哨通知钻机停止提升钻杆，待混凝土搅拌好时再进行压灌。在压灌过程中，孔底1~2m段提钻速度放慢，中段可快些，上部3m放慢。直至达到设计标高，并超出设计标高1.0m停止压灌。压灌前计算混凝土用量，成桩后检查每充盈系数不小于1.0。
打桩顺序：根据地质条件本工程采用CFG桩施工技术。如属于在软土地基，桩距较大采用隔桩跳打；在饱和的松散粉土地基中，桩距较小采用满堂布桩；相邻桩施工时间间隔大于7d。采用从中心向外推进的方案。
5、施工方法
5.1沉管
根据设计桩长，沉管入土深度机架高度和沉管长度，并进行设备组装。桩机就位，确保桩管垂直，垂直度偏差不大于1%。
5.2投料
在沉管过程中，边沉管边投料，待沉管至设计标高且停机后须尽快结束投料，直至管内混凝土与钢管料口平齐。
5.3拔管
启动电动机，首次投料留振8s～10s开始拔管。拔管速率按工艺性试验并经监理工程师批准的试验参数进行控制，控制在1.2～1.5m/min左右。拔管过快易造成局部缩颈或断桩；拔管太慢振动时间过长，会使桩顶浮浆增厚。拔管过程中不宜反插留振。如上料不足，须在拔管过程中投料，确保成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高应高出设计桩长50cm，且浮浆厚度不超过20cm。
5.4封顶
当沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料封顶后移动钻机。
5.5移机
钻机移位进行下一根桩的施工。
6、施工质量控制
（1）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，混合料泵送量应与提拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料。
（2）成樁过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块试块边长150mm的立方体）标准养护，测定其立方体抗压强度。
（3）长螺旋钻孔CFG桩施工时应配制水泥砂浆，在每班开始施工前，先泵送水泥砂浆，润滑砼输送系统，防止堵管事故的发生。
（4）清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
（5）褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯填后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。
（6）施工垂直度偏差不应大于1.5％；桩位偏差允许偏差为50mm。
7、施工质量检验
水泥粉煤灰碎石桩施工完毕，28d 后对水泥粉煤灰碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩复合地基进行检测，检测包括低应变对桩身质量的检测和静载试验对承载力的检测。检测数量：静载荷试验分部位进行，检测数量取水泥粉煤灰碎石桩总桩数的1％， 且每个单元工程的试验数量不应少于3点；低应变检验数量取水泥粉煤灰碎石桩总桩数的10％。检查项目见CFG桩施工允许偏差见下表1。
表1 CFG桩的施工质量检测
施工质量检验应检查施工记录、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，并根据低应变检测对桩身质量进行评价。
8、施工中常见的问题及预防措施
8.1断桩处理
施工过程中应观测现打桩对已打桩的影响，当发现桩断并脱开时，必须对工程桩逐桩静压，静压时间一般为3min。
8.2堵管
堵管是长螺旋钻机管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率，增加工人劳动强度，还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的机率，给施工带来很多困难。产生堵管的原因主要有以下几点：
（1）混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时，混合料和易性不好，常发生堵管。因此，在施工中要注意混合料的配合比，塌落度应控制在160-200mm之间。
（2）混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中，混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。塌落度太大的混合料，易产生泌水、离析，泵压作用下，骨料与砂浆分离，摩擦力加剧，导致堵管。塌落度太小，混合料在输送管路内流动性差，也容易造成堵管。
（3）施工操作不当。钻机进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出，容易造成管路堵塞。因此，在灌注混合料时各机械操作一定要统一协调指挥。
8.3桩头空芯
桩头空芯主要是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时，管内充满空气，泵送混合料时，排气阀将空气排出，若排气阀堵塞不能将管内空气排出，就会导致桩体存气，形成空芯。为避免桩头空芯，施工中应经常检查排气阀的工作状态，发现堵塞及时清理。
8.4桩端不饱满
桩端不饱满主要是因为施工中为了方便阀门的打开，先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水侵入桩孔，影响CFG桩的桩端承载力。为杜绝这种情况，施工中前、后台工作人员应密切配合，保证提钻和泵料的一致性。
9、结束语
南水北调中线一期工程新乡～卫辉段第三施工标段CFG桩施工已经结束，观测结果表明CFG桩现场施工运行良好，各种指标满足设计和技术规范要求。实践证明CFG桩主体材料和机械设备；分析了施工工艺和施工方法；并提出了CFG桩施工质量控制、施工质量检验及在现场施工过程中常见的问题及预防措施，使其达到了良好的效果。
参考文献
[1]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）；
[2]《建筑工程质量验收统一标准》（GB50300—2001）
[3]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）
[4]《CFG桩复合地基技术规定》（Q/JY 06—1997）
[5]《新乡段水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）基础施工技术要求》
Abstract: in this paper, the CFG pile construction of main materials and mechanical equipment, construction technology, quality control, construction quality inspection and construction process in the common problems and its prevention measures, discusses the CFG pile in composite ground processing application
關键词： 复合地基 CFG桩施工技术地基处理应用
Key words: composite foundation construction technique of CFG pile foundation treatment application
中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1、工程概况
南水北调中线一期工程新乡～卫辉段第三施工标段香泉河倒虹吸和路州屯左排倒虹吸基础设计采用CFG桩复合地基处理。
1.1地质情况
施工场区地层均为第四系冲洪积物，岩性自上而下依次为:①黄土状重粉质壤土（alplQ），层厚1.5～5.0m，分布于两岸地表；②重粉质壤土（alplQ2），层厚7～13.5m，含钙结核较多，部分富集成层，夹较多卵石透镜体或薄层；③粉质粘土（alplQ2），层厚1.2～13.6m，钙结核含量较多，零星有卵石，层厚变化较大，局部缺失；本场地土类型为中软场地土，建筑场地类别属II类。
1.2工程量
香泉河倒虹吸进口处理范围为25m，桩根数196根，总长度1078m；路州屯左排倒虹吸的处理范围，进口段长度为59.26m,出口水平管身段长度为27.0m；桩总根数360根，总长度2943m。
2、原材料
CFG桩的桩体材料包括水泥、碎石、砂、粉煤灰以及褥垫层材料。
（1）水泥：采用42.5号普通硅酸盐水泥；
（2）碎石：（粗骨料）粒径20～50mm的级配碎石，杂质含量小于5%；
（3）砂：含泥量不超过5%；
（4）粉煤灰：袋装Ⅱ级；
（5）垫层材料：采用级配碎石料，最大粒径不大于20mm；
3、施工设备及机具
选用长螺旋钻机的原则是：设备型号符合设计桩径、设计加固深度的要求。
施工中采用的主要设备：GLZ-26型长螺旋钻机、HBT60C混凝土输送泵以及及混凝土罐车各2台。
4、CFG桩施工工艺试验及工艺流程
倒虹吸复合地基施工前平整施工场地，清除障碍物，进行成桩生产性工艺试验，以复核地质资料及机械设备性能，验证和初拟施工工艺方法是否满足设计桩径和规范要求，根据工艺试验检测成果数据分析最终确定混合料施工配合比、坍落度，搅拌时间、拔管速度等主要施工参数，根据试桩中发现的问题修订施工工艺。
4.1试验方法
4.1.1钻机就位
钻机铺垫平稳，确保机身稳定，钻杆垂直稳牢，钻头对准桩位。钻尖与桩点偏移不得大于10mm。确保垂直度偏差不大于1%。
4.1.2成孔
成孔过程中，为保证桩身质量，依据钻臂上刻划标记线严格控制钻孔深度，一般不得反转和提升钻杆，如需提升钻杆或反转应将钻杆提升至地面，对钻尖开启门须重新清洗、调试、封口。
进入软硬层交界时，保证钻杆垂直，缓慢进入，在杂填土层或含水量较大的软塑性土层钻进时，尽量减少钻杆晃动，以免孔径变化异常，钻进时注意电流变化状态，电流值超越操作规程时，及时提升排土，直至电流变化为正常状态，钻出的土应随钻随清，钻至设计标高时，将钻杆周围土方清除干净，钻进过程中应随时检查钻杆垂直度，确保钻杆垂直，并作好记录。新打桩与已打桩间隔时间不小于7天。成孔过程中所有的废弃物沿工作面挖一条排水沟排出。
钻到设计标高后，由质检人员进行终孔验收，经验收合格并作好记录后，报监理批准，然后进行压灌混凝土作业。
4.1.3投料及拔管
成孔至设计深度后开启定心钻尖，接着压入制备好的混凝土，混凝土配合比严格按照设计文件规定执行，碎石和石屑含杂质不大于5%。混凝土塌落度为160-200mm。严格按照有关规程操作，搅拌时间不小于1min，重量偏差，水泥+2%。成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过200mm。
压灌与钻杆提升配合好坏，将严重影响桩的质量，如钻杆提升晚将造成活门难以打开，致使泵压过大，憋破胶管，如钻杆提升快，将使孔内产生负压，流砂涌入产生沉渣而削弱桩的承载力，因此要求压灌与提升的配合要恰到好处。如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率可适当放慢。
4.1.4钻机移位
灌注时采用静止提拔钻杆（不能边行走边提拔钻杆），提管速度控制在1.2－1.5米／分钟，灌注达到控制标高后进行至下一根桩的施工。
4.1.5试块制做与养护
按照设计要求，一台班做一组（3件）试块，养护至28天，送工地实验室做抗压强度试验，然后整理成册报监理审批。
4.2施工工艺流程
施工工艺流程：桩位测量放样 放置桩尖 桩机就位 振动沉管
成孔检验 灌注搅拌桩 振动拔管 成桩检验 铺设褥垫层
关键工序控制如下：压灌时必须连续进行，泵斗内要有一定的混凝土容量，混凝土容量要高出进料口40cm以上，以防吸进空气，当泵口混凝土低于进料口时应即时通过口哨通知钻机停止提升钻杆，待混凝土搅拌好时再进行压灌。在压灌过程中，孔底1~2m段提钻速度放慢，中段可快些，上部3m放慢。直至达到设计标高，并超出设计标高1.0m停止压灌。压灌前计算混凝土用量，成桩后检查每充盈系数不小于1.0。
打桩顺序：根据地质条件本工程采用CFG桩施工技术。如属于在软土地基，桩距较大采用隔桩跳打；在饱和的松散粉土地基中，桩距较小采用满堂布桩；相邻桩施工时间间隔大于7d。采用从中心向外推进的方案。
5、施工方法
5.1沉管
根据设计桩长，沉管入土深度机架高度和沉管长度，并进行设备组装。桩机就位，确保桩管垂直，垂直度偏差不大于1%。
5.2投料
在沉管过程中，边沉管边投料，待沉管至设计标高且停机后须尽快结束投料，直至管内混凝土与钢管料口平齐。
5.3拔管
启动电动机，首次投料留振8s～10s开始拔管。拔管速率按工艺性试验并经监理工程师批准的试验参数进行控制，控制在1.2～1.5m/min左右。拔管过快易造成局部缩颈或断桩；拔管太慢振动时间过长，会使桩顶浮浆增厚。拔管过程中不宜反插留振。如上料不足，须在拔管过程中投料，确保成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高应高出设计桩长50cm，且浮浆厚度不超过20cm。
5.4封顶
当沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料封顶后移动钻机。
5.5移机
钻机移位进行下一根桩的施工。
6、施工质量控制
（1）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，混合料泵送量应与提拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料。
（2）成樁过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块试块边长150mm的立方体）标准养护，测定其立方体抗压强度。
（3）长螺旋钻孔CFG桩施工时应配制水泥砂浆，在每班开始施工前，先泵送水泥砂浆，润滑砼输送系统，防止堵管事故的发生。
（4）清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
（5）褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯填后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。
（6）施工垂直度偏差不应大于1.5％；桩位偏差允许偏差为50mm。
7、施工质量检验
水泥粉煤灰碎石桩施工完毕，28d 后对水泥粉煤灰碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩复合地基进行检测，检测包括低应变对桩身质量的检测和静载试验对承载力的检测。检测数量：静载荷试验分部位进行，检测数量取水泥粉煤灰碎石桩总桩数的1％， 且每个单元工程的试验数量不应少于3点；低应变检验数量取水泥粉煤灰碎石桩总桩数的10％。检查项目见CFG桩施工允许偏差见下表1。
表1 CFG桩的施工质量检测
施工质量检验应检查施工记录、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，并根据低应变检测对桩身质量进行评价。
8、施工中常见的问题及预防措施
8.1断桩处理
施工过程中应观测现打桩对已打桩的影响，当发现桩断并脱开时，必须对工程桩逐桩静压，静压时间一般为3min。
8.2堵管
堵管是长螺旋钻机管内泵压混合料灌注成桩工艺常遇到的主要问题之一。它直接影响CFG桩的施工效率，增加工人劳动强度，还会造成材料浪费。特别是故障排除不畅时，使已搅拌的CFG桩混合料失水或结硬，增加了再次堵管的机率，给施工带来很多困难。产生堵管的原因主要有以下几点：
（1）混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时，混合料和易性不好，常发生堵管。因此，在施工中要注意混合料的配合比，塌落度应控制在160-200mm之间。
（2）混合料搅拌质量有缺陷。在CFG桩施工中，混合料由混凝土泵通过刚性管、高强柔性管、弯头最后到达钻杆芯管内。混合料在管线内借助水和水泥砂浆润滑层与管壁分离后通过管线。塌落度太大的混合料，易产生泌水、离析，泵压作用下，骨料与砂浆分离，摩擦力加剧，导致堵管。塌落度太小，混合料在输送管路内流动性差，也容易造成堵管。
（3）施工操作不当。钻机进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻时间较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出，容易造成管路堵塞。因此，在灌注混合料时各机械操作一定要统一协调指挥。
8.3桩头空芯
桩头空芯主要是施工过程中，排气阀不能正常工作所致。钻机钻孔时，管内充满空气，泵送混合料时，排气阀将空气排出，若排气阀堵塞不能将管内空气排出，就会导致桩体存气，形成空芯。为避免桩头空芯，施工中应经常检查排气阀的工作状态，发现堵塞及时清理。
8.4桩端不饱满
桩端不饱满主要是因为施工中为了方便阀门的打开，先提钻后泵料所致。这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水侵入桩孔，影响CFG桩的桩端承载力。为杜绝这种情况，施工中前、后台工作人员应密切配合，保证提钻和泵料的一致性。
9、结束语
南水北调中线一期工程新乡～卫辉段第三施工标段CFG桩施工已经结束，观测结果表明CFG桩现场施工运行良好，各种指标满足设计和技术规范要求。实践证明CFG桩主体材料和机械设备；分析了施工工艺和施工方法；并提出了CFG桩施工质量控制、施工质量检验及在现场施工过程中常见的问题及预防措施，使其达到了良好的效果。
参考文献
[1]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）；
[2]《建筑工程质量验收统一标准》（GB50300—2001）
[3]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）
[4]《CFG桩复合地基技术规定》（Q/JY 06—1997）
[5]《新乡段水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）基础施工技术要求》