某地铁车辆段运用库岩溶地质条件下CFG桩基础施工质量控制

王钊

前言：
岩溶地质区建筑的基础施工是建筑工程中的难点。由于岩溶地区存在土洞、溶洞，岩面起伏变化较大，地下水一般丰富，一般施工都较困难。本文就珠三角复杂岩溶地区的一个地铁车辆段运用库基础设计采用了柱下CFG桩基础施工展开论述，就溶土洞处理、CFG桩基础的施工质量控制进行详细介绍，文中资料丰富、详实，可为同类工程的基础设计和施工提供参考资料。

一、工程概况：
广州地铁二八号线某车辆段运用库房，总长度为314.2m，总宽度为113.1m，建筑面积34099.76㎡，建筑总高度14.10m。结构形式为现浇钢筋混凝土单层排架结构，屋面采用大跨度网架屋盖结构。

二、水文地质情况：
施工场地内地表分布主要为耕植土，局部地段为杂填土；冲积-洪积砂层为粉细砂层(粉砂、细砂)、中粗砂层(中砂、粗砂)；冲积-洪积土层为冲积积土层(粉质粘土、粘土)，淤泥质土层(淤泥质土)；残积土层为软塑状残积土层(粉质粘土)，可塑状残积土层(粉质粘土、粘土)，硬塑状残积土层(粉质粘土、粘土)；岩石强风化带(以炭质泥岩风化为主，局部为泥灰岩)；岩石中风化带为中风化炭质泥岩和中风化含炭质灰岩；岩石微风化带为二迭系下统栖霞组岩石微风化带(主要为含炭质灰岩，局部为炭质泥岩)，石炭系壶天群岩石微风化带(主要为石灰岩)。
本场地内“灰岩”岩层中“岩溶”发育强烈，分布规律性差，形态规模难以确定；岩层面附近残积土层发育土洞，存在潜在的危害性，在外界条件变化情况下可导致地面塌陷；场地内饱和砂土为液化地层，场地以轻微液化为主，局部为中等或严重液化，属液化场地，属抗震不利地段。

三、桩基础设计概况
本工程基础采用独立柱承台下CFG桩复合基础，柱下承台根据截面尺寸不同设置2~9根CFG桩不等，全库CFG桩共1080根。CFG桩承载力形式为摩擦桩，桩径为φ500mm，单桩桩长为16m，混凝土强度等级C25（无配筋），设计单桩承载力特征值≥460Kpa，复合地基承载力≥300KPa。采用长螺旋钻孔-管内泵压混凝土灌注成桩。

四、CFG桩在岩溶地区施工中常见质量问题及控制处理
1、偏位
原因分析：CFG桩常见孔位水平偏差和桩身垂直度偏差两种，发生偏位的原因有多种，主要有场地不平整，桩机对位不细致，地下存在孤石障碍等。
解决措施：⑴、施工前平整场地，对地表障碍进行清除处理，并采用压路机进行一遍碾压填实，以防止钻机倾斜；⑵、测量放线的同时对桩位点进行埋设，采用直径Φ10的短钢筋定位标记，尾端涂白色醒目油漆，严格控制误差；⑶、对于较浅较小的孤石钻机能持续钻进的在纠偏摆正后（垂直度不超过0.5%）可直接引孔灌注，遇到较深较大的孤石卡钻时，在征得设计和业主的同意后可作移位或补桩处理。
2、断桩、夹层
原因分析：浇筑混凝土时，转管提速过快，混凝土浇筑速度跟不上提钻的速度，以致混凝土浇筑不连续，过多的空隙被地下水或空气填充，甚至钻头带进的泥土夹裹在混凝土中，造成桩身断桩。另一种是在用机械清理桩间土时，不慎碰撞桩身，因CFG桩无配筋，素混凝土桩难以承受水平冲击力造成桩身断裂。
解决措施：⑴、严格按照工艺要求控制钻杆的提升速度，保持混凝土浇筑的连贯性，在浇筑过程中开启钻杆的小型振动器，促进砼下料密实，防止堵管；⑵、改进截桩方法。传统方法是在桩身混凝土达到龄期后开挖桩间土，采用截桩锯截去多余的桩身，此方法因需要开挖桩间土，人工开挖效率低，机械开挖极易碰断桩身，故操作困哪。本工程在征得业主和监理的同意后，在桩身混凝土浇筑后2~3h内（初凝前）采用挖掘机一次开挖到设计桩顶标高上30cm的措施。此时桩身刚开始凝固但未有强度，开挖时泥石均不会在桩身下沉，也有效避免了后期开挖截桩时的施工不便以及对桩身碰撞的威胁。
3、浇筑后混凝土液面下降
原因分析：桩身混凝土浇筑完成后液面下降，存在几种可能：⑴、地层中含有松散软土或泥岩，由于挤压作用桩径外扩造成液面下降；⑵、液面突然下沉，多是因为遇到溶土洞，造成混凝土泄漏；⑶、地层中含有微细裂纹或与周边孔互为连通的空洞，发生“串孔”。
解决措施：⑴、保证桩身混凝土浇筑时的充盈系数＞1.05，桩顶超灌至少0.5m，防止挤压扩孔后液面标高降至设计标高以下；⑵、对于液面突然下沉的桩，当浇筑混凝土量已远大于设计量时（充盈系数＞1.2），可确定地层中含有溶土洞，此时可暂停此桩位施工，征求设计意见并地基处理（一般是周边导管注浆加固）后，再继续施工CFG桩。

五、CFG桩施工过程中还应注意的问题
1、减小施工中对土的扰动
CFG桩复合地基区别于其它桩基的主要特点就是：充分考虑利用桩间土的承载力，所以施工中应尽量减小对土扰动。
CFG桩成桩工艺与土的性质具有密切关系。对于灵敏度较高和密实度较高的砂性土，若采用振动成孔会使土的结构强度破坏，密实度减小，承载力下降。故在选择施工方法上本项目采用了长螺旋钻预引孔，然后再用管内泵送混凝土的施工工艺，避免扰动桩间土，减小扰动土的强度降低。利用长螺旋钻孔机引孔施工，桩间土受到桩的约束，限制侧向变形，改善了土的受力性状，复合受力较好。
2、控制成桩质量
2.1、选择正确的钻桩顺序
在砂性土中引孔成桩，若采用连孔作业时，新钻桩位对周边的成桩仍有一定的挤压作用，若桩距较密将使已成桩被挤扁成椭圆形或不规则形，严重的产生缩颈和断桩，因此宜采用隔桩跳作。
当桩距较密或同一承台下桩数较多时，宜从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工，避免新钻桩的挤压造成已成桩断桩。
2.2、控制拔管速率
拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩。拔管速率过慢会造成桩顶浮浆过多，桩身强度不均匀。正常的拔管速率应控制在1~1.5m/min。
成桩拔管过程中切忌反插，因为采用反插难以保证桩管垂直度，也容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土等缺陷。
2.3、正确的混凝土配合比
配合比应重点应控制泵送混凝土的坍落度，坍落度过大，桩顶浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度控制在14～18cm，和易性好，成桩质量易控制。
2.4、设置保护桩长
每根桩在加料时，要比设计桩长实际所需混凝土量多加0.5m桩长的混凝土，保证桩长除满足设计要求外，在桩顶多压入0.5m桩长的混凝土。混凝土浇筑完成后不急于将钻管拔出，用钻管自带的小型振动器保持加振15～30秒钟，提高桩身混凝土的密实度。
2.5、及时观测及时反馈
施工过程中要观测新钻桩对未结硬的已成桩的影响，注意已打桩桩顶标高的变化，确定是否产生缩颈。观测新打桩对结硬的已打桩的影响，注意已打桩桩顶的位移情况。及时把观测结果反馈给施工管理人员,以便及时发现施工过程中的问题,及时解决问题,保证施工质量。
结束语
桩基础是由桩身和连接于桩顶的承台两部分组成。桩基础的作用是将上部结构的荷载通过桩身与桩尖传至深层较硬的地基持力层。它的最大功能就是能承受较大的荷载和减少建筑的不均匀沉降，而且还能对地基有挤密作用。桩基础施工的质量问题关系到整体工程的安全，防患于未然是工程质量的必要条件。只有在工程实践中不断提高施工工艺与质量管理技术，才能确保工程的安全性与可靠性，实现工程的社会价值。

参考文献
[1] 李晓峰.结合工程实例谈CFG桩基础施工方法[J].商品与质量·建筑与发展,2011,(3):46,43.
[2] 赵毅,方园,王俊鹏等.CFG桩截桩质量控制[J].中州建设,2011,(15):79-79.
[3] 王巍.CFG桩施工工艺与质量控制措施研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2011,(23).
[4] 于春龙,高长志,姜峰等.CFG桩施工设备[J].中国科技信息,2005,(16):159.