６２
探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１４年第４１卷第７期
卵石地层中ＣＦＧ桩的设计及其施工技术
李开洋１，薛倩冰１，陈永前２，李 凤３
（１．中国地质大学枙北京枛工程技术学院，北京１０００８３；２．中国地震局地壳应力研究所枙地壳动力学实验室枛，北京１０００８５；３．河北省地震局，河北石家庄０５００２１）
摘要：某工程项目位于北京市门头沟区，场地内卵石、碎石地层层厚大，施工困难，选用ＣＦＧ桩进行地基处理。
考 虑场地地层条件、施工设备、项目工期以及工程造价，按变形控制对ＣＦＧ桩进行设计，同时根据场地条件及ＣＦＧ桩 特点制定了施工流程。
对ＣＦＧ桩施工中可能出现的问题，提出了相应的质量控制措施，如埋设护筒、选用合适的旋 挖钻头等。
关键词：ＣＦＧ桩；设计；变形控制；卵石地层中图分类号：ＴＵ４７３．１文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－７４２８（２０１４）０７－００６２－０３ ＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣＦＧＰｌｉｅｉｎＰｅｂｂｌｅＳｔｒａｔｕｍ／ＬＩＫａｉ－ｙａｎｇ１，ＸＵＥＱｉａｎ－ｂｉｎｇ１，ＣＨＥＮＹｏｎｇ－ｑｉａｎ２，ＬＩＦｅｎｇ３（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２． ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｕｓｔａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｒｕｓｔａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，ＣｈｉｎａＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５， Ｃｈｉｎａ；３．ＨｅｂｅｉＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＨｅｂｅｉ０５００２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｎｇｉｎｅｅｒｐｒｏｊｅｃｔｉｎＭｅｎｔｏｕｇｏｕｏｆＢｅｉｊｉｎｇ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅ ｔｈｉｃｋｐｅｂｂｌｅａｎｄｃｒｕｓｈｅｄｓｔｏｎｅｌａｙｅｒｉｎｔｈｅｓｉｔｅ，ＣＦＧｐｉｌｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｐｒｏｊｅｃｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄａｎｄｃｏｓｔｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ，ＣＦＧｐｉｌｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｄｅ－ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＦＧｐｉｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｆｏｒｍｕｌａ－ ｔｅｄ．ＦｏｒｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｍａｙａｒｉｓｅｉｎｔｈｅＣＦＧｐｉｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ， ｓｕｃｈａｓｅｍｂｅｄｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｐｉｐｅａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｒｏｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇｂｉｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＧｐｉｌｅ；ｄｅｓｉｇｎ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｅｂｂｌｅｓｔｒａｔｕｍ ０ 前言ＣＦＧ桩全称为水泥粉煤灰碎石桩（ＣｅｍｅｎｔＦｌｙ－ 强度混凝土桩复合地基中桩侧负摩阻力的大小随荷载加大而变小，同时中性点位置逐渐上移，相当一部 ａｓｈＧｒａｖｅｌＰｉｌｅ），是一种由碎石和粉煤灰掺适量水分上部土层的摩阻力随着荷载的加大由负摩阻力逐 泥加水拌和，用成桩机械在地基中制成的高粘结强渐变为正摩阻力，使桩下部的摩阻力得到充分发挥。
度桩。
ＣＦＧ桩不配用钢筋，桩体所用的材料部分是工程的边角废料粉煤灰，大大降低了工程的成本。
同时，也使桩周土体的承载力得到了增强。
通过垫层土的补偿作用，充分发挥复合土体的强度［３］。
另外，经过改进之后，ＣＦＧ桩的施工环境也比其他 工法的要安静和环保。
因此，ＣＦＧ桩一开发出来就 在全国迅速推广并得到广泛应用，取得良好的经济效益和社会效益［１，２］。
ＣＦＧ桩的组成如图１所示，包括桩体、垫层、桩 间土等。
ＣＦＧ桩承载力主要来自全桩长的侧摩阻 力及端阻力，桩越长则承载力越高。
在上部荷载的 作用下，由于桩、土模量相差较大，土的沉降量要大于桩的沉降量，使得桩身出现等沉面。
等沉面以上 图１ ＣＦＧ桩复合地基示意图 的桩间土将相对桩体向下移动，从而对桩产生负摩阻力，而在等沉面以下，桩体相对于桩间土向下移动，故桩间土对桩体产生正摩阻力。
带有垫层的低 １ ＣＦＧ桩设计思想在ＣＦＧ桩复合地基的设计中，承载力和变形量 是最重要的２个指标，必须都满足设计才能合格。
收稿日期：２０１４－０２－２６；修回日期：２０１４－０５－３０ 作者简介：李开洋（１９９０－），男（汉族），广西桂平人，中国地质大学（北京）硕士研究生在读，地质工程专业，从事工程地质方面的研究工作，北京市海淀区学院路２９号中国地质大学（北京）工程Ｓ１２班，ｌｉｋａｉｙａｎｇ１９９０＠１２６．ｃｏｍ。
２０１４年第４１卷第７期 探矿工程（岩土钻掘工程） ６３ 因此产生了２种不同的设计思想［４］。
１．１ 承载力控制设计 按承载力控制设计的思路是先满足地基承载力 要求，然后验算沉降是否满足要求。
如果沉降不能 满足要求，则考虑提高地基承载力，再验算沉降是否 满足要求。
如沉降还不能满足要求，再提高地基承 载力，然后验算沉降是否满足要求，直至两者均能满 足要求为止。
这种思路主要运用于端承桩桩基础、 浅基础及复合地基的设计。
１．２ 变形控制设计 按沉降变形控制设计就是指一种以控制地基的 变形量为原则，主要是让地基实际变形量小于允许 变形量，对桩体的承载力没有严格要求，只要单桩荷 载小于单桩极限承载力就可以了，校核地基的整体 承载力。
在沉降满足要求的条件下，地基承载力
一 般情况下都能满足要求。
如承载力不能满足要求， 适当增加复合地基置换率或增加桩体长度，使承载 力也满足要求即可。
规范［５］规定ＣＦＧ桩的承载力和变形量计算，应 按以下公式进行： ｆｓｐｋ＝λｍＲａ／Ａｐ＋β（１－ｍ）ｆｓｋ （１） 式中：ｆｓｐｋ———复合地基承载力特征值，ｋＰａ；λ———单 桩承载力发挥系数，宜按当地经验取值，无经验时可 取０畅７～０畅９０；ｍ———面积置换率；Ｒａ———单桩竖向 承载力特征值，ｋＮ；Ａｐ———桩的截面积，ｍ２；β———桩 间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验 时可取畅０畅７５～０畅９５，天然地基承载力较高时取大 值；ｆｓｋ———处理后桩间土承载力特征值，ｋＰａ，宜按当 地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征 值。
计算地基变形时，地基内的应力分布可采用各 向同性均质线性变形体理论，其最终变形量可按下 式计算： ∑ｎ
ｐ０ ｓ ＝Ψｓｓ′＝Ψｓｉ ＝１Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１） （２） 式中：ｓ———地基最终变形量，ｍｍ；ｓ′———按分层总和 法计算出的地基变形量，ｍｍ；Ψｓ———沉降计算经验 系数，根据地区沉降观测资料及经验确定；ｎ———地 基变形计算深度范围内所划分的土层数；ｐ０———对 应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压 力，ｋＰａ；Ｅｓｉ———基础底面下第ｉ层土的压缩模量， ＭＰａ，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压 力之和的压力段计算；ｚｉ、ｚｉ－１———基础底面至第ｉ层 土、第ｉ－１层土底面的距离，ｍ；αｉ、αｉ－１———基础底 面计算点至第ｉ层土、第ｉ－１层土底面范围内平均附加应力系数，可按文献［５］附录采用。
２ 工程实例２．１ ＣＦＧ桩设计 某工程项目位于北京市门头沟区大峪南路北侧，黑山大街西侧，拟建建筑物包括３栋高层住宅和地下车库。
项目地貌上位于中门寺沟沟口的缓坡地带，东侧紧邻门头沟平原，地形整体北高南低。
根据野外钻探、原位测试及室内土工试验成果的综合分析，勘探深度（３８畅０ｍ）范围内的地层划分为人工填土层，一般第四系冲洪积、坡洪积成因的粉土、粘性土、砂土和碎石土及二叠纪～三叠系双泉组粉砂岩。
本次勘察期间所有钻孔（最大钻探深度３８畅０ｍ）均未见地下水。
另有资料，拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地面，近３～５年潜水最高地下水位埋深＞４０畅０ｍ。
地层情况如表１所示。
表１ 地层综合评述表 土层平均层号名称层厚 ／ｍ ①杂填２畅７土 压缩模量Ｅｓｉ／ＭＰａ 桩端极限承载力标准值／ｋＰａ 桩侧极限摩阻力标准值／ｋＰａ ４０ 综合评述 以碎石、石块为主，含灰渣和砖屑 ②粉质４畅９６畅５５粘土 ３０含氧化铁和氧化锰，局部含少量碎石 ③碎石１畅７２５ ７５碎石呈次棱角形，一般粒径２～４ｃｍ，最大粒径１０ｃｍ ④粘质８畅７８畅１４粉土 ３５含氧化铁和氧化锰，局部含少量碎石 ⑤碎石６畅９３５ ３２００ ６８粒径２～５ｃｍ，含量约６５％，母岩成分以砂岩为主 项目基础埋深４ｍ，要求承载力＞２５０ｋＰａ，变形量＜６０ｍｍ。
文献［１］指出，ＣＦＧ桩复合地基采用大桩距布桩，能够较好地调动桩间土的承载力，先让土的承载能力充分发挥作用，不够的部分再由ＣＦＧ桩承担，这样可以减少桩的数量。
工程场地的土层条件较好，可以考虑选用大桩径疏散布桩。
另外桩径越大，所需桩数越少，施工工期越短，对项目的进度有较大的帮助。
综上，项目按照控制变形来对ＣＦＧ桩进行设计，取桩径Ｄ＝８００ｍｍ。
选碎石层⑤作为持力层，则桩长Ｌ＝１５ｍ。
桩的周长ｕｐ＝πＤ＝２畅５１ｍ，截面积Ａｐ＝０畅５０３ｍ２，单桩承载力： ６４ 探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１４年第４１卷第７期 ｎ ∑ Ｒａ＝ｕｐｑｓｉｌｉ＋ｑｐＡｐｉ＝１ ＝〔２畅５１×（３０×３畅６＋７５×１畅７＋３５×８畅７＋ ６８×１）＋３２００×０畅５０３〕／２ ＝１５６８ｋＮ沉降最后要求小于６０ｍｍ，沉降经验修正系数Ψ＝０畅６８，则由变形计算公式计算的最大允许沉降量： Ｓｍａｘ＝６０÷０畅６８＝８８畅２４ｍｍ 在ＣＦＧ桩设计当中，所使用的压缩模量Ｅｓｉ应 当是桩与土的复合之后的压缩模量Ｅｓｉ′，它们之间 关系为Ｅｓｉ′＝ξＥｓｉ（其中ξ为压缩模量比）。
对于某 个已知工程场地来说，地层已经确定，所以，压缩模 量Ｅｓｉ都是一个定值。
因此由公式（２）可知，地基变 形量ｓ与压缩模量比ξ成反比，比例系数为： ∑ｎｐ０ Ψｓ ｉ ＝１ Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１） 计算基地附加压力： ｐ０＝２５０－γｈ＝２５０－１９畅５×４＝１７２ｋＰａ计算比例系数如表２所示。
表２ 比例系数计算表 Ｚ／ｍ０１畅５３４畅５６７畅５９ １０畅５１２１３畅５１５１６ Ｚ／Ｂ００畅１０畅２０畅３０畅４０畅５０畅６０畅７０畅８０畅９１畅０１畅０７ αｉ１０畅９９８０畅９９３０畅９８１０畅９６３０畅９４００畅９１４０畅８８７０畅８５９０畅８３１０畅８０４０畅７７９ αｉｚｉ０１畅４９７２畅９７９４畅４１５５畅７７８７畅０５０８畅２２６８畅８７０ １０畅０５０１１畅２１９１２畅０６０１２畅４６４ αｉｚｉ－αｉ－１ｚｉ－１ １畅４９７１畅４３６１畅４３６１畅３６４１畅２７２１畅１７６１畅０８８０畅９９５０畅９１１０畅８４２０畅４０４ Ｅｓｉ／ｋＰａ ６５５０６５５０２５０００８１４０８１４０８１４０８１４０８１４０８１４０３５０００３５０００ 注：Ｚ———埋深，ｍ；Ｂ———基础宽度，本项目中Ｂ＝１５ｍ。
可计算得比例系数： ∑ｎｐ０ Ψｓ ｉ ＝１ Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１） ＝０畅１６１ｍ 根据最大允许变形量计算压缩模量比： ∑ｎｐ０ ξ＝〔Ψｓ ｉ ＝１ Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１）〕／Ｓｍａｘ ＝１畅８３ 根据文献［５］，ＣＦＧ桩复合地基的承载力特征 值为： ｆｓｐｋ＝ξｆａｋ＝２５６畅２ｋＰａ＞２５０ｋＰａ 满足承载力要求。
此时，根据公式（１），考虑到场地地质条件较 好，取λ＝０畅９，可得面积置换率： ｍ＝ｆｓｐｋ－βｆａｋ＝０畅０４９λ（Ｒａ／Ａｐ－βｆａｋ） 然后，根据桩间距计算公式，可得桩间距：Ｓａ＝Ｄ／（１畅１３ｍ）＝３畅２ｍ 所以，Ｓａ＝３畅２ｍ是Ｄ＝８００ｍｍ、Ｌ＝１５ｍ时所能取的最大桩间距。
考虑到工程质量及施工等因素，最终确定桩间距为３ｍ，此时ＣＦＧ桩复合地基承载力和变形均满足设计要求。
２．２ ＣＦＧ桩施工质量控制 旋挖钻机在砂卵石地层中的成孔流程大致是：桩位放样、埋设护筒、旋挖钻机就位、调整钻机垂直度、护筒内补充优质泥浆、钻头钻进、清理堆放［６］。
２．２．１ 埋设护筒 在本工程的场地中，上部是碎石层和角砾层，而且结构都比较松散。
在施工中，最开始的几个钻孔因为没有埋设护筒，孔口在成孔过程中受到起下钻头的扰动，上部松散的碎石和土就会掉落钻孔中，导致桩孔孔口扩大了许多（见图２），对后续施工及桩的质量都有一定影响。
因此在施工前要埋设护筒。
图２ 桩孔坍塌情况 ２．２．２ 旋挖钻头的选用耐磨硬质合金钢铲式斗齿旋挖钻头主要用于较 浅的地层，因为浅层的土层中基本为砂层及粒径较小的卵石层，所以使用钢铲式斗齿能够获得较快的施工进尺。
当钻进至大粒径卵石层时，则需要更换耐磨硬质合金子弹头截齿旋挖钻斗继续钻进，因为耐磨硬质合金子弹头截齿可将大粒径卵石切割、碾碎成可进入钻斗的小块。
本工程项目中，主要是在浅层中钻进，故选用钢铲式斗齿旋挖钻头。
２．３ 施工效果 根据规范要求，施工完成之后，随机抽取场地内２０根ＣＦＧ桩进行低应变反射波法检验，结果显示１９根桩身完整，１根在桩顶下２ｍ处有轻微缺陷，满足工程要求。
说明设计方法可行，施工质量控制措施合理有效。
（下转第６９页） ２０１４年第４１卷第７期 探矿工程（岩土钻掘工程） ６９ ４ 施工中管涌的处理在苏州地区含地下水的砂层和软土中钻孔施 工，套管的摇动会使周围地基土松软，而且套管内外压力差的存在会引起地下水和砂土的流动，特别是孔底极易发生管涌，造成孔底隆起而发生超挖，管涌严重时可将套管卡住，使套管既压不进去又拔不出来，最后只能将套管废弃。
受管涌影响范围内的土体可能会产生较大沉降，并有可能引起邻近运营隧道土体的沉降与变形。
为防止管涌的出现，随着开挖深度的增加，套管内土体所需的预留厚度也要增大。
特别是遇到含水砂层时，如果钻机的钻进能力许可，可先将套管一次性穿过砂层后再用抓斗抓取管内砂土［４］。
套管内土体的预留厚度可以近似采用基坑抗隆起公式计算，对于一般的冲洪或冲湖沉积地层，不同开挖深度时套管内土体的预留厚度理论值见表３所示［５］。
在实际施工中，预留土厚度一般只能控制在２～３ｍ，若钻机钻进能力高，预留土厚度还可更大，ＣＧＪ１５００型搓管机在遇到砂层时，套管超前钻进８ｍ之多，也即套管内预留土的厚度达到了８ｍ，成功克服了砂层管涌难题，显示了其强大的钻进能力。
表３ 不同深度的预留土厚度 开挖深度／ｍ 预留厚度／ｍ ４ ０畅０２ ８ １畅９ １６ ６ ５ 结语（１）对于地形条件限制较大的基坑或施工场地 周边建筑密集特别是紧邻地铁的基坑，采取全套管钻孔咬合桩支护结构，可以很好地解决基坑施工中遇到的难题。
在类似地质条件以及有特殊要求的基坑支护工程中，可以借鉴采用。
（２）全套管钻孔咬合桩在苏州地区高水位条件下饱和粉细砂层中施工，总体上难度较大，管涌问题比较突出，施工控制较难，超灌和拔桩事故多数与管涌有关，解决好管涌问题是关键，要提前做好预案。
（３）全套管钻孔咬合桩垂直度高，防水效果好，成孔无泥浆作业，并可保证无塌孔、振动小，易于文明施工，可减少对周边环境的影响。
但在该支护结构施工中，需要控制的关键技术很多，对施工人员的要求较高，需要较高的施工技术和管理水平。
参考文献： ［１］ 宋志彬，冯起赠，和国磊，等．ＣＧ型全套管搓管成孔设备的研究和应用［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００９，３６（Ｓ１）：６９－７０． ［２］ 宋志彬，冯起赠，王年友，等．ＣＧ型全套管冲抓设备及施工工艺［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００７，３４（９）：４８－５０． ［３］ 宋志彬，冯起赠，许本冲，等．全套管钻进机理和全回转套管钻机的研究［Ｊ］．建筑机械，２０１３，（２３）：８７－９１． ［４］ 张治纯，程淼德，何建明，等．咬合桩在含承压水地层施工中的应用［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００８，３５（９）：４５－４７． ［５］ 周顺华，郑剑升，何泽刚，等．冲淤沉积层中新型咬合桩工法及应用［Ｊ］．中国铁道科学，２００６，（４）：５８－５９． （上接第６４页） ３ 结语本文是按变形控制思想对ＣＦＧ桩进行设计，实 质就是先计算未处理前地基的变形量，然后计算需要增大多少倍压缩模量才能满足设计要求，ＣＦＧ桩的作用就是提高地基的压缩模量。
设计步骤是首先确定允许的变形量，接着确定比例系数，然后就可以推出ＣＦＧ桩加固前后的压缩模量比，从而得到承载力特征值，最后计算所需桩数。
在设计时，若变形量满足要求，一般承载力也能满足要求；若不满足要求，则对桩径、桩间距等参数进行调整。
ＣＦＧ桩以其优越的性能在诸多环境中都取得了良好的应用。
本工程的实践表明，在卵石地层中，通过埋设钢护筒及使用合适的旋挖钻头，能够较好 地完成ＣＦＧ桩的成孔施工，进而保证ＣＦＧ桩的质量。
参考文献： ［１］ 龚晓南．地基处理技术发展与展望［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，知识产权出版社，２００４．２４７－２７３． ［２］ ＹｏｓｈｉｔＭａｅｄａ，ＫｉｙｏｓｈｉＯｍｉｎｅ．ＧｒｏｕｎｄＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＩｎＳｏｆｔＧｒｏｕｎｄ［Ａ］．２２ｎｄＵＳ－ＪａｐａｎＢｒｉｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＷｏｒｋｓｈｏｐ［Ｃ］．ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＵＳ：２００６． ［３］ 阎明礼，张东刚．ＣＦＧ桩复合地基技术及工程实践［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００１． ［４］ 龚晓南．复合地基理论及工程应用［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２．１７３－１８２． ［５］ ＧＢ５０００７－２０１１，建筑地基基础设计规范［Ｓ］．［６］ 吕军斗，田文杰．旋挖钻机在无水砂卵石地层围护桩施工中的 应用［Ｊ］．建筑技术，２００９，４０（１１）：１０１０－１０１２．
考 虑场地地层条件、施工设备、项目工期以及工程造价，按变形控制对ＣＦＧ桩进行设计，同时根据场地条件及ＣＦＧ桩 特点制定了施工流程。
对ＣＦＧ桩施工中可能出现的问题，提出了相应的质量控制措施，如埋设护筒、选用合适的旋 挖钻头等。
关键词：ＣＦＧ桩；设计；变形控制；卵石地层中图分类号：ＴＵ４７３．１文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－７４２８（２０１４）０７－００６２－０３ ＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣＦＧＰｌｉｅｉｎＰｅｂｂｌｅＳｔｒａｔｕｍ／ＬＩＫａｉ－ｙａｎｇ１，ＸＵＥＱｉａｎ－ｂｉｎｇ１，ＣＨＥＮＹｏｎｇ－ｑｉａｎ２，ＬＩＦｅｎｇ３（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２． ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｕｓｔａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｒｕｓｔａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，ＣｈｉｎａＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５， Ｃｈｉｎａ；３．ＨｅｂｅｉＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＨｅｂｅｉ０５００２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｎｇｉｎｅｅｒｐｒｏｊｅｃｔｉｎＭｅｎｔｏｕｇｏｕｏｆＢｅｉｊｉｎｇ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅ ｔｈｉｃｋｐｅｂｂｌｅａｎｄｃｒｕｓｈｅｄｓｔｏｎｅｌａｙｅｒｉｎｔｈｅｓｉｔｅ，ＣＦＧｐｉｌｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｐｒｏｊｅｃｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄａｎｄｃｏｓｔｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ，ＣＦＧｐｉｌｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｄｅ－ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＦＧｐｉｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｆｏｒｍｕｌａ－ ｔｅｄ．ＦｏｒｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｍａｙａｒｉｓｅｉｎｔｈｅＣＦＧｐｉｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ， ｓｕｃｈａｓｅｍｂｅｄｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｐｉｐｅａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｒｏｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇｂｉｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＧｐｉｌｅ；ｄｅｓｉｇｎ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｅｂｂｌｅｓｔｒａｔｕｍ ０ 前言ＣＦＧ桩全称为水泥粉煤灰碎石桩（ＣｅｍｅｎｔＦｌｙ－ 强度混凝土桩复合地基中桩侧负摩阻力的大小随荷载加大而变小，同时中性点位置逐渐上移，相当一部 ａｓｈＧｒａｖｅｌＰｉｌｅ），是一种由碎石和粉煤灰掺适量水分上部土层的摩阻力随着荷载的加大由负摩阻力逐 泥加水拌和，用成桩机械在地基中制成的高粘结强渐变为正摩阻力，使桩下部的摩阻力得到充分发挥。
度桩。
ＣＦＧ桩不配用钢筋，桩体所用的材料部分是工程的边角废料粉煤灰，大大降低了工程的成本。
同时，也使桩周土体的承载力得到了增强。
通过垫层土的补偿作用，充分发挥复合土体的强度［３］。
另外，经过改进之后，ＣＦＧ桩的施工环境也比其他 工法的要安静和环保。
因此，ＣＦＧ桩一开发出来就 在全国迅速推广并得到广泛应用，取得良好的经济效益和社会效益［１，２］。
ＣＦＧ桩的组成如图１所示，包括桩体、垫层、桩 间土等。
ＣＦＧ桩承载力主要来自全桩长的侧摩阻 力及端阻力，桩越长则承载力越高。
在上部荷载的 作用下，由于桩、土模量相差较大，土的沉降量要大于桩的沉降量，使得桩身出现等沉面。
等沉面以上 图１ ＣＦＧ桩复合地基示意图 的桩间土将相对桩体向下移动，从而对桩产生负摩阻力，而在等沉面以下，桩体相对于桩间土向下移动，故桩间土对桩体产生正摩阻力。
带有垫层的低 １ ＣＦＧ桩设计思想在ＣＦＧ桩复合地基的设计中，承载力和变形量 是最重要的２个指标，必须都满足设计才能合格。
收稿日期：２０１４－０２－２６；修回日期：２０１４－０５－３０ 作者简介：李开洋（１９９０－），男（汉族），广西桂平人，中国地质大学（北京）硕士研究生在读，地质工程专业，从事工程地质方面的研究工作，北京市海淀区学院路２９号中国地质大学（北京）工程Ｓ１２班，ｌｉｋａｉｙａｎｇ１９９０＠１２６．ｃｏｍ。
２０１４年第４１卷第７期 探矿工程（岩土钻掘工程） ６３ 因此产生了２种不同的设计思想［４］。
１．１ 承载力控制设计 按承载力控制设计的思路是先满足地基承载力 要求，然后验算沉降是否满足要求。
如果沉降不能 满足要求，则考虑提高地基承载力，再验算沉降是否 满足要求。
如沉降还不能满足要求，再提高地基承 载力，然后验算沉降是否满足要求，直至两者均能满 足要求为止。
这种思路主要运用于端承桩桩基础、 浅基础及复合地基的设计。
１．２ 变形控制设计 按沉降变形控制设计就是指一种以控制地基的 变形量为原则，主要是让地基实际变形量小于允许 变形量，对桩体的承载力没有严格要求，只要单桩荷 载小于单桩极限承载力就可以了，校核地基的整体 承载力。
在沉降满足要求的条件下，地基承载力
一 般情况下都能满足要求。
如承载力不能满足要求， 适当增加复合地基置换率或增加桩体长度，使承载 力也满足要求即可。
规范［５］规定ＣＦＧ桩的承载力和变形量计算，应 按以下公式进行： ｆｓｐｋ＝λｍＲａ／Ａｐ＋β（１－ｍ）ｆｓｋ （１） 式中：ｆｓｐｋ———复合地基承载力特征值，ｋＰａ；λ———单 桩承载力发挥系数，宜按当地经验取值，无经验时可 取０畅７～０畅９０；ｍ———面积置换率；Ｒａ———单桩竖向 承载力特征值，ｋＮ；Ａｐ———桩的截面积，ｍ２；β———桩 间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验 时可取畅０畅７５～０畅９５，天然地基承载力较高时取大 值；ｆｓｋ———处理后桩间土承载力特征值，ｋＰａ，宜按当 地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征 值。
计算地基变形时，地基内的应力分布可采用各 向同性均质线性变形体理论，其最终变形量可按下 式计算： ∑ｎ
ｐ０ ｓ ＝Ψｓｓ′＝Ψｓｉ ＝１Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１） （２） 式中：ｓ———地基最终变形量，ｍｍ；ｓ′———按分层总和 法计算出的地基变形量，ｍｍ；Ψｓ———沉降计算经验 系数，根据地区沉降观测资料及经验确定；ｎ———地 基变形计算深度范围内所划分的土层数；ｐ０———对 应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压 力，ｋＰａ；Ｅｓｉ———基础底面下第ｉ层土的压缩模量， ＭＰａ，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压 力之和的压力段计算；ｚｉ、ｚｉ－１———基础底面至第ｉ层 土、第ｉ－１层土底面的距离，ｍ；αｉ、αｉ－１———基础底 面计算点至第ｉ层土、第ｉ－１层土底面范围内平均附加应力系数，可按文献［５］附录采用。
２ 工程实例２．１ ＣＦＧ桩设计 某工程项目位于北京市门头沟区大峪南路北侧，黑山大街西侧，拟建建筑物包括３栋高层住宅和地下车库。
项目地貌上位于中门寺沟沟口的缓坡地带，东侧紧邻门头沟平原，地形整体北高南低。
根据野外钻探、原位测试及室内土工试验成果的综合分析，勘探深度（３８畅０ｍ）范围内的地层划分为人工填土层，一般第四系冲洪积、坡洪积成因的粉土、粘性土、砂土和碎石土及二叠纪～三叠系双泉组粉砂岩。
本次勘察期间所有钻孔（最大钻探深度３８畅０ｍ）均未见地下水。
另有资料，拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地面，近３～５年潜水最高地下水位埋深＞４０畅０ｍ。
地层情况如表１所示。
表１ 地层综合评述表 土层平均层号名称层厚 ／ｍ ①杂填２畅７土 压缩模量Ｅｓｉ／ＭＰａ 桩端极限承载力标准值／ｋＰａ 桩侧极限摩阻力标准值／ｋＰａ ４０ 综合评述 以碎石、石块为主，含灰渣和砖屑 ②粉质４畅９６畅５５粘土 ３０含氧化铁和氧化锰，局部含少量碎石 ③碎石１畅７２５ ７５碎石呈次棱角形，一般粒径２～４ｃｍ，最大粒径１０ｃｍ ④粘质８畅７８畅１４粉土 ３５含氧化铁和氧化锰，局部含少量碎石 ⑤碎石６畅９３５ ３２００ ６８粒径２～５ｃｍ，含量约６５％，母岩成分以砂岩为主 项目基础埋深４ｍ，要求承载力＞２５０ｋＰａ，变形量＜６０ｍｍ。
文献［１］指出，ＣＦＧ桩复合地基采用大桩距布桩，能够较好地调动桩间土的承载力，先让土的承载能力充分发挥作用，不够的部分再由ＣＦＧ桩承担，这样可以减少桩的数量。
工程场地的土层条件较好，可以考虑选用大桩径疏散布桩。
另外桩径越大，所需桩数越少，施工工期越短，对项目的进度有较大的帮助。
综上，项目按照控制变形来对ＣＦＧ桩进行设计，取桩径Ｄ＝８００ｍｍ。
选碎石层⑤作为持力层，则桩长Ｌ＝１５ｍ。
桩的周长ｕｐ＝πＤ＝２畅５１ｍ，截面积Ａｐ＝０畅５０３ｍ２，单桩承载力： ６４ 探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１４年第４１卷第７期 ｎ ∑ Ｒａ＝ｕｐｑｓｉｌｉ＋ｑｐＡｐｉ＝１ ＝〔２畅５１×（３０×３畅６＋７５×１畅７＋３５×８畅７＋ ６８×１）＋３２００×０畅５０３〕／２ ＝１５６８ｋＮ沉降最后要求小于６０ｍｍ，沉降经验修正系数Ψ＝０畅６８，则由变形计算公式计算的最大允许沉降量： Ｓｍａｘ＝６０÷０畅６８＝８８畅２４ｍｍ 在ＣＦＧ桩设计当中，所使用的压缩模量Ｅｓｉ应 当是桩与土的复合之后的压缩模量Ｅｓｉ′，它们之间 关系为Ｅｓｉ′＝ξＥｓｉ（其中ξ为压缩模量比）。
对于某 个已知工程场地来说，地层已经确定，所以，压缩模 量Ｅｓｉ都是一个定值。
因此由公式（２）可知，地基变 形量ｓ与压缩模量比ξ成反比，比例系数为： ∑ｎｐ０ Ψｓ ｉ ＝１ Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１） 计算基地附加压力： ｐ０＝２５０－γｈ＝２５０－１９畅５×４＝１７２ｋＰａ计算比例系数如表２所示。
表２ 比例系数计算表 Ｚ／ｍ０１畅５３４畅５６７畅５９ １０畅５１２１３畅５１５１６ Ｚ／Ｂ００畅１０畅２０畅３０畅４０畅５０畅６０畅７０畅８０畅９１畅０１畅０７ αｉ１０畅９９８０畅９９３０畅９８１０畅９６３０畅９４００畅９１４０畅８８７０畅８５９０畅８３１０畅８０４０畅７７９ αｉｚｉ０１畅４９７２畅９７９４畅４１５５畅７７８７畅０５０８畅２２６８畅８７０ １０畅０５０１１畅２１９１２畅０６０１２畅４６４ αｉｚｉ－αｉ－１ｚｉ－１ １畅４９７１畅４３６１畅４３６１畅３６４１畅２７２１畅１７６１畅０８８０畅９９５０畅９１１０畅８４２０畅４０４ Ｅｓｉ／ｋＰａ ６５５０６５５０２５０００８１４０８１４０８１４０８１４０８１４０８１４０３５０００３５０００ 注：Ｚ———埋深，ｍ；Ｂ———基础宽度，本项目中Ｂ＝１５ｍ。
可计算得比例系数： ∑ｎｐ０ Ψｓ ｉ ＝１ Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１） ＝０畅１６１ｍ 根据最大允许变形量计算压缩模量比： ∑ｎｐ０ ξ＝〔Ψｓ ｉ ＝１ Ｅｓｉ（ｚｉαｉ－ｚｉ－１αｉ－１）〕／Ｓｍａｘ ＝１畅８３ 根据文献［５］，ＣＦＧ桩复合地基的承载力特征 值为： ｆｓｐｋ＝ξｆａｋ＝２５６畅２ｋＰａ＞２５０ｋＰａ 满足承载力要求。
此时，根据公式（１），考虑到场地地质条件较 好，取λ＝０畅９，可得面积置换率： ｍ＝ｆｓｐｋ－βｆａｋ＝０畅０４９λ（Ｒａ／Ａｐ－βｆａｋ） 然后，根据桩间距计算公式，可得桩间距：Ｓａ＝Ｄ／（１畅１３ｍ）＝３畅２ｍ 所以，Ｓａ＝３畅２ｍ是Ｄ＝８００ｍｍ、Ｌ＝１５ｍ时所能取的最大桩间距。
考虑到工程质量及施工等因素，最终确定桩间距为３ｍ，此时ＣＦＧ桩复合地基承载力和变形均满足设计要求。
２．２ ＣＦＧ桩施工质量控制 旋挖钻机在砂卵石地层中的成孔流程大致是：桩位放样、埋设护筒、旋挖钻机就位、调整钻机垂直度、护筒内补充优质泥浆、钻头钻进、清理堆放［６］。
２．２．１ 埋设护筒 在本工程的场地中，上部是碎石层和角砾层，而且结构都比较松散。
在施工中，最开始的几个钻孔因为没有埋设护筒，孔口在成孔过程中受到起下钻头的扰动，上部松散的碎石和土就会掉落钻孔中，导致桩孔孔口扩大了许多（见图２），对后续施工及桩的质量都有一定影响。
因此在施工前要埋设护筒。
图２ 桩孔坍塌情况 ２．２．２ 旋挖钻头的选用耐磨硬质合金钢铲式斗齿旋挖钻头主要用于较 浅的地层，因为浅层的土层中基本为砂层及粒径较小的卵石层，所以使用钢铲式斗齿能够获得较快的施工进尺。
当钻进至大粒径卵石层时，则需要更换耐磨硬质合金子弹头截齿旋挖钻斗继续钻进，因为耐磨硬质合金子弹头截齿可将大粒径卵石切割、碾碎成可进入钻斗的小块。
本工程项目中，主要是在浅层中钻进，故选用钢铲式斗齿旋挖钻头。
２．３ 施工效果 根据规范要求，施工完成之后，随机抽取场地内２０根ＣＦＧ桩进行低应变反射波法检验，结果显示１９根桩身完整，１根在桩顶下２ｍ处有轻微缺陷，满足工程要求。
说明设计方法可行，施工质量控制措施合理有效。
（下转第６９页） ２０１４年第４１卷第７期 探矿工程（岩土钻掘工程） ６９ ４ 施工中管涌的处理在苏州地区含地下水的砂层和软土中钻孔施 工，套管的摇动会使周围地基土松软，而且套管内外压力差的存在会引起地下水和砂土的流动，特别是孔底极易发生管涌，造成孔底隆起而发生超挖，管涌严重时可将套管卡住，使套管既压不进去又拔不出来，最后只能将套管废弃。
受管涌影响范围内的土体可能会产生较大沉降，并有可能引起邻近运营隧道土体的沉降与变形。
为防止管涌的出现，随着开挖深度的增加，套管内土体所需的预留厚度也要增大。
特别是遇到含水砂层时，如果钻机的钻进能力许可，可先将套管一次性穿过砂层后再用抓斗抓取管内砂土［４］。
套管内土体的预留厚度可以近似采用基坑抗隆起公式计算，对于一般的冲洪或冲湖沉积地层，不同开挖深度时套管内土体的预留厚度理论值见表３所示［５］。
在实际施工中，预留土厚度一般只能控制在２～３ｍ，若钻机钻进能力高，预留土厚度还可更大，ＣＧＪ１５００型搓管机在遇到砂层时，套管超前钻进８ｍ之多，也即套管内预留土的厚度达到了８ｍ，成功克服了砂层管涌难题，显示了其强大的钻进能力。
表３ 不同深度的预留土厚度 开挖深度／ｍ 预留厚度／ｍ ４ ０畅０２ ８ １畅９ １６ ６ ５ 结语（１）对于地形条件限制较大的基坑或施工场地 周边建筑密集特别是紧邻地铁的基坑，采取全套管钻孔咬合桩支护结构，可以很好地解决基坑施工中遇到的难题。
在类似地质条件以及有特殊要求的基坑支护工程中，可以借鉴采用。
（２）全套管钻孔咬合桩在苏州地区高水位条件下饱和粉细砂层中施工，总体上难度较大，管涌问题比较突出，施工控制较难，超灌和拔桩事故多数与管涌有关，解决好管涌问题是关键，要提前做好预案。
（３）全套管钻孔咬合桩垂直度高，防水效果好，成孔无泥浆作业，并可保证无塌孔、振动小，易于文明施工，可减少对周边环境的影响。
但在该支护结构施工中，需要控制的关键技术很多，对施工人员的要求较高，需要较高的施工技术和管理水平。
参考文献： ［１］ 宋志彬，冯起赠，和国磊，等．ＣＧ型全套管搓管成孔设备的研究和应用［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００９，３６（Ｓ１）：６９－７０． ［２］ 宋志彬，冯起赠，王年友，等．ＣＧ型全套管冲抓设备及施工工艺［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００７，３４（９）：４８－５０． ［３］ 宋志彬，冯起赠，许本冲，等．全套管钻进机理和全回转套管钻机的研究［Ｊ］．建筑机械，２０１３，（２３）：８７－９１． ［４］ 张治纯，程淼德，何建明，等．咬合桩在含承压水地层施工中的应用［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００８，３５（９）：４５－４７． ［５］ 周顺华，郑剑升，何泽刚，等．冲淤沉积层中新型咬合桩工法及应用［Ｊ］．中国铁道科学，２００６，（４）：５８－５９． （上接第６４页） ３ 结语本文是按变形控制思想对ＣＦＧ桩进行设计，实 质就是先计算未处理前地基的变形量，然后计算需要增大多少倍压缩模量才能满足设计要求，ＣＦＧ桩的作用就是提高地基的压缩模量。
设计步骤是首先确定允许的变形量，接着确定比例系数，然后就可以推出ＣＦＧ桩加固前后的压缩模量比，从而得到承载力特征值，最后计算所需桩数。
在设计时，若变形量满足要求，一般承载力也能满足要求；若不满足要求，则对桩径、桩间距等参数进行调整。
ＣＦＧ桩以其优越的性能在诸多环境中都取得了良好的应用。
本工程的实践表明，在卵石地层中，通过埋设钢护筒及使用合适的旋挖钻头，能够较好 地完成ＣＦＧ桩的成孔施工，进而保证ＣＦＧ桩的质量。
参考文献： ［１］ 龚晓南．地基处理技术发展与展望［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，知识产权出版社，２００４．２４７－２７３． ［２］ ＹｏｓｈｉｔＭａｅｄａ，ＫｉｙｏｓｈｉＯｍｉｎｅ．ＧｒｏｕｎｄＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＩｎＳｏｆｔＧｒｏｕｎｄ［Ａ］．２２ｎｄＵＳ－ＪａｐａｎＢｒｉｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＷｏｒｋｓｈｏｐ［Ｃ］．ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＵＳ：２００６． ［３］ 阎明礼，张东刚．ＣＦＧ桩复合地基技术及工程实践［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００１． ［４］ 龚晓南．复合地基理论及工程应用［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２．１７３－１８２． ［５］ ＧＢ５０００７－２０１１，建筑地基基础设计规范［Ｓ］．［６］ 吕军斗，田文杰．旋挖钻机在无水砂卵石地层围护桩施工中的 应用［Ｊ］．建筑技术，２００９，４０（１１）：１０１０－１０１２．
声明：
该资讯来自于互联网网友发布，如有侵犯您的权益请联系我们。