水泥粉煤灰碎石桩施工技术实践

水泥粉煤灰碎石桩（cement fly-ash gravel pile），简称CFG桩。它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和后制成的一种具有一定强度的桩体。

其骨料仍为碎石，掺入石屑来改善颗粒级配；掺入粉煤灰来改善混合料的和易性，并利用其活性减少水泥用量；掺入少量水泥使其具有一定黏结强度。它不同于碎石桩，碎石桩是由松散的碎石组成的，在荷载作用下将产生鼓胀变形，增加桩长，但承载力提高不显著，而CFG桩是一种低强度混凝土桩，可将荷载传递到深层地基中去，大大提高复合地基承载力。加之CFG桩施工工艺简单，具有较好的技术性能和经济效果，从而得到广泛应用。

1.加固机理

CFG桩加固软地基主要有三种作用，即桩体作用、挤密作用和褥垫层作用。

1）桩体作用

CFG桩的桩身由具有一定胶结强度的混合料制成。在垂直荷载作用下桩身不会出现压胀变形，在荷载作用下桩的压缩性比其周围软土小得多，由基础传给复合地基的应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，桩承受的荷载通过桩周围的摩擦阻力和桩端阻力传到深层地基中，起到“桩体作用”。CFG桩的桩体作用显著，其复合地基承载力提高幅度较大。

2）挤密作用

CFG桩采用振动沉管法施工，对土体产生振动和挤压，使土得到挤密，经挤密后的地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小，重度、压缩模量均有所增加，使挤密加固后桩土的力学性能大为改善，从而使复合地基的承载力显著提高。

3）褥垫层作用

由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下几种作用。

（1）保证桩、土共同承担荷载。褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与承载。

（2）减少基础底面应力集中。在基础底面处桩顶应力与桩间土应力之比随褥垫层厚度的变化而变化。当褥垫层厚度大于10 cm时，桩对基础产生的应力集中已显著降低。根据褥垫层厚度来调整桩土荷载分担比，当荷载一定时，褥垫层越厚，土承担的荷载越多。

2.材料要求及配合比

（1）碎石：粒径为20～50 mm，松散密度为1.39 t/m3，杂质含量小于5%。

（2）石屑：粒径为2.5～10 mm，松散密度为1.47 t/m3，杂质含量小于5%。

（3）粉煤灰：用Ⅲ级粉煤灰。

（4）水泥：用P·O42.5普通硅酸盐水泥。

（5）混合料配比：根据拟加固场地的土质情况及加固后要求达到的承载力而定。水泥、粉煤灰、碎石混合料按抗压强度相当于C7～C12低强度等级混凝土，密度大于2 t/m3。

掺入最佳石屑率（石屑量与碎石量和石屑总重之比）约为25%情况下，当W/C为1.01～1.47，F/C（粉煤灰量与水泥重量之比）为1.02～1.65时，混凝土抗压强度为8.8～14.2 MPa。

3.施工工艺

1）机具设备

CFG桩沉桩机具一般采用振动式沉管机或锤击式沉管机设备，配以DZJ90型变矩式振动锤，也可根据现场土质情况和设计要求的桩长、桩径选用其他类型的振动锤。所用桩管的外径一般为325 mm和377 mm两种。

2）施工程序

（1）桩机就位。桩机就位须水平、稳固，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%，若采用预制钢筋混凝土桩尖，需埋入地表以下300 mm左右。(www.zuozong.com)

（2）沉管。启动电动机，开始沉管直至设计深度。沉管过程中须做好记录，对土层变化处应特别说明。

（3）停振投料。沉管至设计标高后须尽快投料，投料量直到管内料面与钢管投料口平齐。如果上料量不多，须在拔管过程中进行孔中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。

（4）留振拔管。当混合料加至钢管投料口平齐后，开动振动电机，使沉管原地留振10 s左右，然后边振动边拔管。每上拔1 m，停拔原位振动5～10 s。如此反复，直至全部拔出桩管。拔管速度应均匀，一般控制在1.2～1.5 m/min。若遇淤泥或淤泥质土，拔管速率要适当放慢。

（5）复振。如果需要扩大桩径，增强挤密程度，在拔出沉管后，在原桩孔位上第二次振动沉管，将未凝固的混合料向四周挤压，达到要求深度后，二次灌注混合料，再次振动拔管成桩。

（6）保护桩长。保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长，基础施工时将其剔掉。保护桩长越长，桩的施工质量越容易控制，但浪费的材料也越多。保护桩长一般可取0.5～1.0 m，上部用土或粒状材料封顶直到地面。

（7）桩头处理。CFG桩施工完毕待桩体达到一定强度（一般为7天左右），方可进行基槽开挖。在基槽开挖中，如果设计桩顶标高距地面深度小于1.5 m，宜采用人工开挖，如果基槽开挖较深，开挖面积大，采用人工开挖不经济，可考虑采用机械和人工联合开挖。另外，桩头要凿平，并适当高出桩间土1～2 cm。

（8）褥垫铺设。褥垫材料多为粗砂、中砂或级配砂石，限制最大粒径不超过3 cm，虚铺后多采用静力压实，当桩间土含水量不大时亦可采用夯实。桩间土含水量较高，特别是高灵敏度土，要注意施工扰动对桩间土的影响，以避免产生橡皮土。

3）质量控制与检验

（1）新打桩与已打桩间隔时间不应少于7天。

（2）桩位必须与设计相符，桩顶位移不大于100 mm。

（3）经常检查灌入量，一般采用浮标法或锤击法测量。桩管每提升1～1.5 m测量一次。桩的充盈系数要达到1.3以上。

（4）应在CFG桩施工结束且养护一定时间后，方可进行质量检验。一般养护龄期可取28天。

①桩间土检验。桩间土质量检验可用标准贯入、静力触探和钻孔取样等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。对砂性土地基可采用标准贯入或动力触探等方法检测挤密程度。

②单桩和复合地基检验。可采用单桩载荷试验、单桩或多桩复合地基载荷试验进行处理效果检验。检验点数量可按处理面积大小取2～4点。

4.CFG桩特点及适用范围

CFG桩的特点如下。

（1）改变桩长、桩径、桩距等设计参数，可使承载力在较大范围内调整。

（2）有较高的承载力，承载力提高幅度在250%～300%，对软土地基承载力提高更大。

（3）沉降量小，变形稳定快。如果将CFG桩落在较硬土层上，可较严格地控制地基沉降量在10 mm以内。

（4）工艺性好。由于大量采用粉煤灰，成桩时桩体材料具有良好的流动性、和易性，方便灌注，易于控制施工质量。

（5）节约大量水泥、钢材，利用工业废料，消耗大量粉煤灰，降低工程费用。与预制钢筋混凝土桩加固相比，可节省投资30%～40%。

CFG桩适用于多层和高层建筑地基，如砂土、粉土、松散填土、粉质黏土、黏土、淤泥质黏土等的处理。