水泥粉煤灰碎石桩(CFG)在工程中的应用

张岳平

身份证号：610525198707222219

摘要：水泥粉煤灰碎石桩（CFG）是由水泥、粉煤灰、碎石和水等组成的桩，经成孔灌注成型后形成复合地基的一种桩型。该方法具有施工简便、设备轻便、工期短等特点，可作为 CFG桩复合地基的主要桩型。近年来在工程建设中得到广泛应用。

关键词：水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）；单桩竖向承载力特征值；复合地基承载力；复合地基沉降量计算；

引言

水泥粉煤灰碎石桩（CFG）具有施工速度快，工期短，质量容易控制，成本较低等优点，被广泛应用于民用工程、桥梁基础、公路路基等工程建设中，是一种相对成熟的加固软土地基方法。

CFG桩与碎石桩的区别在于，其桩身是一种有较高粘性的混凝土，其压缩性能远小于周边软粘土，因此，受压后产生的附加应力会随着桩基的位移而向桩顶聚集，从而产生“桩体作用”。CFG桩由于其自身的粘接能力，在竖向载荷时不产生压缩变形，并由桩周的摩擦力和桩端阻力传递至深层基础，使其承载能力大幅增加。此外， CFG桩的组合地基具有较低的变形和较好的稳定性。CFG桩在工程中应用了振动式沉管技术，通过对土壤的震动和压缩，可以实现“挤密作用”，大大改善了桩的受力特性，大大提高了桩的承载力。

一、工程概况

某高速公路在第四系覆盖区，场地范围内的第四系覆盖层主要由砂类土和砂砾、砾石组成，呈软塑~可塑状，承载力较低，湿陷性较强。场地范围内第四系土层中分布着大量的淤泥质粘土和淤泥质亚粘土，软塑-硬塑粘粒含量较高，其内夹有一定厚度的亚粘土层，地下水较丰富且变化大。

高速公路对地基处理的要求很高。该路基主要处理对象为弱透水层和中等透水层的软土地基，不能满足高速公路对地基承载力及变形特性的要求。为确保公路使用功能及安全性，保证高速通行无忧，需对该路基进行处理。

本路段地基处理采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG）加固软基的方法。经现场检测并取得良好的效果，现将相关内容总结如下：

二地质条件

1. CFG桩复合地基是在天然地基上布置一定数量的 CFG桩，然后在桩顶铺设一层碎石垫层，再在垫层上铺设一层土工织物或塑料布，最后铺一层砂，形成 CFG桩复合地基。这样做可以减小垫层土对 CFG桩间土的影响。

2. CFG桩复合地基是利用 CFG桩自身的特性形成的，不需要另设垫层土或其他形式的填料作为路堤的基底。因此与传统地基相比具有如下优点：

1.褥垫层和桩间土均有较好的均匀性，减小了褥垫层厚度，进而减少了上部荷载；

2.桩身成孔时在孔口填入粉煤灰或水泥等填充料，可有效提高桩的固结度，提高桩身强度。

3.由于桩头部分与原地基土接触部分已被置换到路堤以外，所以可以减小路堤自重对桩头沉降的影响。

4.由于粉煤灰和水泥等填充料具有一定程度上吸收部分荷载和冲击荷载作用而产生附加应力和变形；因此可以有效减少路堤沉降。

三、设计参数

CFG桩复合地基设计参数：桩径一般取800 mm，桩长一般取12~18m，根据场地地质条件可适当调整；由于 CFG桩施工工艺较简单，造价低廉，故在同等条件下， CFG桩复合地基较砂石桩和碎石桩造价要低；此外， CFG桩复合地基还具有承载力高、变形小、工期短、施工污染少等优点。但是在施工过程中必须采取有效措施防止对周围建筑物造成不利影响或破坏。

工程实例：某高速公路一期工程路基填筑用土料采用中粗砂，填料经压实后的最大干密度为1.38g/cm3;中粗砂与碎石混合料最大干密度为2.25g/cm3;填料的最小粒径为0.1 mm；填料的级配良好，细颗粒含量很少。桩长12m。该场地地层主要是软塑粘性土、中砂和砂性土等；持力层为中风化砂岩。主要病害是局部软土层较厚且含水量较高及软土分布不均匀等。

四、CFG施工工艺

1.测量定位：按设计桩位中心点和相对定位点，在场地内放出桩的中心线和边线，并用细石混凝土做好标志。为确保垂直度，可将锤头垂直、水平进行定位，必要时进行校正。

2.钻机就位：根据设计桩位，在场地内布置钻机位置，钻机就位时要保证钻杆的垂直度良好。

3.钻进：在钻进过程中要保证钻杆、钻头的垂直度良好。

4.提升：用锤、钻杆或吊桶提升钻杆，并循环进行至设计深度。提升时应保持快速平稳，避免碰撞孔壁和钻头坠落。

5.复搅：钻进过程中可提钻将混合料反复下钻2~3次，直至灌注至桩底后，再复搅1~2 min，以保证成桩均匀。

6.清孔：孔内沉渣厚度不大于50 mm。

五、检测标准与方法

CFG桩在 CFG桩的基础工程竣工后，通常会在28个工作日内进行 CFG桩与 CFG桩的复合基础的测试。测试内容主要有：低变形对桩的整体性能和静态荷载测试对承载力的影响。在静态荷载测试中，通常测试的桩数为0.5~1.0%，单个项目不低于3个，而低应变测试的数目通常为10%。根据测试时的随机分配原理来选择测试点。在 CFG桩的静载荷试验中，有一些桩体承载能力较弱或较大，采用低变形法对其进行了测试，结果表明这些桩体大多为断裂或直径较大的问题。为了确保承载测试的代表性，在测试之前，必须对所测试的桩身进行小变形测试，以确保所测试的桩身是完好的。此外，出现较多问题桩的情况下，应加大对其进行检测。同时， CFG桩基的质量检验也应该包括桩数、桩位偏差、垫层的厚打度及其夯实度、桩体试块的抗压承载力等，而这些在工程竣工验收中常常被忽视。

1.检测标准：参照《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）第5.2.5条规定，地基承载力可按以下方法确定：

（1）荷载试验（或桩土应力比），桩身质量、持力层质量、褥垫层质量等按有关规范进行检测；

（2）复合地基承载力特征值按《建筑地基处理技术规范》（GB5007-2002）中表5.4.5采用锤击法确定；

（3）由钻芯法测定桩身强度时，可取一定长度的试桩，其数量不宜少于3根。

2.检测方法：以单桩承载力为控制条件，确定每根桩的有效加固范围。若发现缺陷处，可用锤击补强，若发现成孔质量差或成孔困难，可用锤击数或钻芯法来控制补强的深度。可根据需要选用静力载荷试验、标准贯入试验等方法进行检测。

六、质量评定及检验

质量评定与检验应符合《工程建设施工质量验收规范》（GB50203—2001）及国家现行相关标准的规定。根据工程实际情况，结合规范中要求，施工单位对各层桩的检测频率如下：

1、桩身完整性检测频率按设计要求执行，可采用低应变动测法或钻芯取样法。

2、复合地基承载力检测频率按设计要求执行，可采用复合地基承载力检定方法或静荷载试验方法。

3、对特殊地质情况下，如地下障碍物较多、砂层较厚、粉土层厚度大或分布不均匀等，应采取增加检验频率或对原设计桩数进行复核等措施。

4、当采用静荷载试验时，由于静载荷试验费用高且工作量大，所以可根据实际情况采用其他方法代替。当采用静荷载试验时，当设计要求的荷载等级较高时，桩身强度可适当提高；当设计要求的荷载等级较低时也可以不做静荷载试验。

结语

水泥粉煤灰碎石桩（CFG）具有造价低廉、施工速度快，在湿陷性黄土地区的软土地基处理中使用效果良好等优点。随着我国基础建设的不断发展，应用水泥粉煤灰碎石桩（CFG）加固软土地基已经成为我国基础建设领域的一个重要课题，越来越多的学者开始对其进行研究。但是目前对水泥粉煤灰碎石桩（CFG）加固机理和适用范围等理论认识还不够充分，施工工艺和质量控制还需要进一步研究和完善。

参考文献

[1]张慧荣, 常淼, 郑亚伟,等. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基建基补强结构:, 2019.

[2]王凤程. 粉煤灰在水泥混凝土工程中的应用分析[J]. 民营科技, 2011(4):1.