CFG樁

CFG樁是英文Cement Fly-ash Gravel的縮寫，意為水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機械製成的具有一定強度的可變強度樁。CFG樁是一種低強度混凝土樁，可充分利用樁間土的承載力共同作用，並可傳遞荷載到深層地基中去，具有較好的技術性能和經濟效果。

基本介紹

• 中文名：水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）
• 外文名：Cement Fly-ash Gravel Pile
• 性質：工程名詞
• 類別：地基處理——複合地基

基本原理

粘結強度樁是複合地基的代表，多用於高層和超高層建築中。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱（即cement fIying-ash gravel pile）。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁，和樁間土、褥墊層一起形成複合地基。CFG樁複合地基通過褥墊層與基礎連線，無論樁端落在一般土層還是堅硬土層，均可保證樁間土始終參與工作。由於樁體的強度和模量比樁間土大，在荷載作用下，樁頂應力比樁間土表面應力大。樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞並相應減少了樁間土承擔的荷載。這樣，由於樁的作用使複合地基承載力提高，變形減小，再加上CFG樁不配筋，樁體利用工業廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價。

複合地基設計中，基礎與樁和樁間土之間設定一定厚度散體粒狀材料組成的褥墊層，是複合地基的一個核心技術。基礎下是否設定褥墊層，對複合地基受力影響很大。若不設定褥墊層，複合地基承載特性與樁基礎相似，樁間土承載能力難以發揮，不能成為複合地基。基礎下設定褥墊層，樁間土載力的發揮就不單純依賴於樁的沉降，即使樁端落在好土層上，也能保證荷載通過褥墊層作用到樁間土上，使樁土共同承擔荷載。

適用範圍

水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）法適用於處理粘性土、粉土、沙土和樁端具有相對硬土層、承載力標準值不低於70KPa的淤泥質土、非欠固結人工填土等地基。

施工

1、 水泥粉煤灰碎石樁的施工，應按設計要求和現場條件選用相應施工工藝，並應按照國家現行有關規範執行：
(1)長螺旋鑽孔灌注成樁，適用於地下水位以上的粘性土、粉土、人工填土地基；
(2)泥漿護壁鑽孔灌注成樁，適用於粘性土、粉土、砂土、人工填土、碎石（礫）石土及風化岩層分布的地基；
(3)長螺旋鑽孔、管內泵壓混合料成樁，適用於粘性土、粉土、砂土等地基，以及對噪音及泥漿污染要求嚴格的場地；
(4)沉管灌注成樁，適用於粘性土、粉土、淤泥質土人工填土及無密實厚砂層的地基。

2、 長螺旋鑽孔管內泵壓混合料成樁施工和沉管灌注成樁施工除應執行國家現行有關規範外，尚應符合下列要求：
(1)施工時應按設計配比配置混合料，投入攪拌機加水量由混合料塌落度控制，長螺旋鑽孔管內泵壓混合料成樁施工的塌落度以為180-200mm，沉管灌注成樁施工的塌落度宜為30-50mm,成樁後樁頂浮漿厚度不宜超過200mm；
(2)長螺旋鑽孔管內泵壓混合料成樁施工在鑽至設計深度後，應準確掌握提拔鑽桿時間，混合料泵送量應同拔管速度相配合，以保證管內有一定高度的混合料，遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料；沉管灌注成樁施工拔管速度應按均勻線速度控制，拔管線速度應控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥質土，拔管速度可適當放慢；
(3)施工時，樁頂標高應高出設計樁頂標高，高出長度應根據樁距、布樁形式、現場地質條件和成 樁順序等綜合確定，一般不應小於0.5m；
(4)成樁過程中，抽樣做混合料試塊，每台機械一天應做一組(3塊)試塊（邊長為150mm的立方體），標準養護28d,測定其抗壓強度；
(5)沉管灌注成樁施工過程中應觀測新施工樁對已施工樁的影響，當發現樁斷裂並脫開時，必須對工程樁逐樁靜壓，靜壓時間一般為3min，靜壓荷載以保證使斷樁接起來為準。

3、 複合地基的基坑可採用人工或機械、人工聯合開挖。機械、人工聯合開挖時，予留人工開挖厚度應由現場開挖確定，以保障機械開挖造成樁的斷裂部位不低於基礎底面標高，且樁間土不受擾動。

4、 褥墊層鋪設宜採用靜力壓實法，當基礎底面下樁間土的含水量較小時，也可採用動力夯實法。

5、 施工中樁長允許偏差為100mm,樁徑允許偏差為20mm,垂直度允許偏差為1%.對滿堂布樁基礎，樁位允許偏差為0.5倍樁徑；對條形基礎，垂直於軸線方向的樁位允許偏差為0.25倍樁徑，順軸線方向的樁位允許偏差為0.3倍樁徑，對單排布樁樁位允許偏差不得大於60mm。

材料要求

1、混凝土、混凝土外加劑和摻和料: 緩凝劑、粉煤灰， 均應符合相應標準要求， 其摻量應根據施工要求通過試驗室確定.

2、嚴格按照配合比配製混合料。

3、長螺旋鑽孔、管內泵壓混合料灌注成樁施工的坍落度宜為160~200mm， 振動沉管灌注樁成樁施工的坍落度宜為30~50mm， 振動沉管灌注成樁後樁頂浮漿厚度不宜超過200mm.

4、長螺旋鑽孔、管內泵壓混合料成樁施工在鑽至設計深度後，應準確掌握提拔鑽桿時間，混合料泵送量應與拔管速度相配合，遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料；沉管灌注成樁施工拔管速度應按勻速控制，拔管速度應控制在1.2～1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥質土，拔管速度應適當放慢。

注意事項

1、冬期施工時混合料入孔溫度不得低於5℃，對樁頭和樁間土應採取保溫措施。

2、施工垂直度偏差不應大於1%；對滿堂布樁基礎，樁位偏差不應大於0.4倍樁徑；對條形基礎，樁位偏差不應大於0.25倍樁徑，對單排布樁樁位偏差不應大於60mm。

技術指標

根據工程實際情況，水泥粉煤灰碎石樁常用的施工工藝包括長螺旋鑽孔、管內泵壓混合料成樁；振動沉管灌注成樁和長螺旋鑽孔灌注成樁。主要技術指標為：

1.地基承載力：設計要求；

2.樁徑：宜取350－600mm；

3.樁長：設計要求，樁端持力層應選擇承載力相對較高的土層；

4.樁身強度：混凝土強度滿足設計要求，通常≥C15；

5.樁間距： 宜取3－5倍樁徑；

6.樁垂直度：≤1.5%；

7.褥墊層：宜用中砂、粗砂、碎石或級配砂石等，不宜選用卵石，最大粒徑不宜大於30mm。厚度150－300mm，夯填度≤0.9。

實際工程中以上參數根據地質條件、基礎類型、結構類型、地基承載力和變形要求等條件或現場每台班或每日留取試塊1～2組確定。

質量檢驗

1、複合地基檢測應在樁體強度滿足試驗荷載條件時進行，一般宜在施工結束2-4周后檢測。
2、複合地基承載力宜用單樁或多樁複合地基載荷試驗確定，複合地基載荷試驗方法宜符合本規範附錄A的規定，試驗數量不應少於3個試驗點。
3、對高層建築或重要建築，可抽取總樁數的10%進行底應變動力檢測，檢驗樁身結構完整性。

套用

工程概況

某住宅樓為26層，另有1層地下室，為剪力牆結構。地基採用CFG樁複合地基進行加固處理，樁總樁數約為360餘根，樁長10m，樁徑400mm。基礎採用筏板基礎，複合地基承載力特徵值430kPa。CFG樁採用長螺旋鑽成孔，樁身強度為20MPa；褥墊層採用級配砂石，厚度為0.2m。

1.1工程地質條件

本住宅樓場地地形較平坦，場地屬於平原，為第四紀全新世沖積沉積形成。其工程地質條件如表1所示。

1.2平面布置

住宅樓占地（26.1×14.6）m2，高78.6m，平面形狀為長方形，地下室層高為4.70m，採用CFG樁複合地基。布樁時考慮樁受力的合理性，儘量利用樁間土應力σs產生的附加應力對樁側阻力的增大作用。通常σs越大，作用在樁上的水平力越大，樁的側阻力越大。此複合地基採用CFG樁正方形布置，間距1.45m，本樓的CFG樁有效樁長不小於10m，樁長10m，樁徑400mm，預估的單樁承載力特徵值為560kN。CFG樁複合地基的設定，不僅可以大幅度的提高地基承載力，減小了變形，並充分利用了樁間土的作用，降低了造價工程造價，一般為樁基的1/3~1/2，經濟效益和社會效益非常顯著。

試驗結果分析

2.1複合地基靜載荷試驗

試驗採用單樁複合地基承載力按單樁處理面積加權平均的辦法，評價CFG樁和水泥土樁混合地基承載力。試驗有兩組複合地基試驗，每組試驗各有一個CFG樁與一個水泥土樁單樁複合地基試驗點。第一組為CFG-308#和SNT-410#，第二組為CFG-518#和SNT-632#。從P-S曲線可以看出，複合地基靜載荷試驗曲線基本屬於漸進型的光滑曲線，不存在陡降點。取s/b=0.01（b為方形壓板的寬度）對應的荷載，其值均超過最大加荷量的一半，因此取最大加荷量的一半作為CFG樁、水泥土樁的單樁複合地基承載力設計值。即CFG樁單樁複合地基承載力設計值大於550kPa，水泥土樁單樁複合地基承載力設計值大於200kPa，對兩組值進行加權平均後，可知CFG樁與夯實水泥土樁混合樁型複合地基承載力不小於375kPa，複合地基承載力提高1倍，滿足設計要求。分別對兩組中的CFG樁及夯實水泥土樁的試驗曲線作比較，兩組複合地基的承載力相差不大，說明主樓部分的地基土質分布比較均勻，基底持力層的承載力和壓縮模量差別不大。

2.2單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果

試驗進行了3根CFG樁單樁靜荷試驗，檢測結果顯示：CFG樁單樁極限承載力不小於2000KN，地基承載力提高160%；滿足設計要求。從檢測結果可以看出，3根樁的總沉降都小於10mm，遠小於《規範》要求，且沉降隨時間、荷載的變化都是均勻的，基本上是彈性的。由此可以看出，當Q=1000KN時，CFG樁還沒有達到極限承載力狀態，當Q=500KN時，水泥土樁也沒有達到極限承載力狀態，還有很大“儲備”。由卸載曲線可以看出，樁的彈性回彈量很小，最多只有2m，說明樁體剛度很大。

CFG 現場施工

2.3輕便觸探試驗

為對比加固前後樁間土承載力的變化，完工後，布置了7個輕便觸探點進行試驗。綜合分析樁間土測試結果可知，經水泥土樁與CFG樁處理後淺層樁間土的承載力基本值不低於200kPa，比地基處理前的樁間土承載力有所提高。

2.4應變樁身完整性檢測

本工程低應變檢測CFG樁樁身完整性65根樁，檢測比例約為30%。所測的65根CFG均屬於完整樁或基本完整樁，沒有影響正常使用的樁。

結論

3.1以複合地基靜壓結果數據看，本工程所採用的組合型複合地基的套用，可最大限度地發揮CFG樁的優點，使複合地基的承載力得到大幅度的提高，地基變形得以降低和控制。

3.2複合地基中由於CFG樁中摻入少量的粉煤灰，不配筋以及充分發揮樁間土的承載力其受力和變形類似於素混凝土樁，具有地基承載力高、變形小、穩定快施工簡單易行，且工程造價低，經濟效益和社會效益明顯。

3.3是否設定褥墊層以及墊層的材料和厚度，直接影響複合地基的樁和樁間土強度的發揮，合理的墊層厚度對提高複合地基承載力和減少沉降變形是非常有利的。

3.4由該工程證明此種地基處理方案，質量易控制，造價低，經濟、社會、環境效益明顯，有極大的發展潛力。