淺談CFG樁缺陷的低應(yīng)變識(shí)別

李國(guó)良 馬連強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 天津 300251)

1 概述

CFG樁是20世紀(jì)80年代末研發(fā)的一種新型地基處理工法。CFG是英文cement fly-ash grave的縮寫(xiě),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(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。通過(guò)調(diào)整水泥摻量及配比,其強(qiáng)度等級(jí)一般在C5～C25之間變化,是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。

CFG樁作為一種地基處理方法，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大的開(kāi)發(fā),無(wú)論是在工民建還是在公路及其軌道交通方面都得到了廣泛的應(yīng)用[1-4],并取得了非常好的效果。這種處理方法具有造價(jià)低、工期短、質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)。低應(yīng)變反射波法是檢測(cè)CFG樁樁身完整性最常用的方法,該方法具有測(cè)試成本低、檢測(cè)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。反射波法是以手錘或力棒等激震裝置撞擊樁頂,產(chǎn)生一縱向應(yīng)力波信號(hào)沿樁身傳播,由傳感器拾取樁身缺陷及不同界面處的反射信號(hào),通過(guò)一系列分析來(lái)判斷樁身完整性。[5-6]

2 CFG樁常見(jiàn)的幾種缺陷形式及產(chǎn)生原因

CFG樁是地下隱蔽性工程,在施工過(guò)程中常出現(xiàn)縮徑、擴(kuò)徑、夾泥、離析和斷樁的缺陷,而且這種樁直徑一般比較小,樁身范圍內(nèi)沒(méi)有鋼筋等提高強(qiáng)度的材料,水平抗剪能力比較差,所以存在著淺部樁體受外力作用后容易出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題。CFG樁缺陷產(chǎn)生的原因很多,不同的地質(zhì)環(huán)境,不同的施工工藝都會(huì)對(duì)缺陷的類型發(fā)生影響。以某軟土地區(qū)的高速鐵路為例說(shuō)明其缺陷產(chǎn)生形式及原因。該工程路基地基處理應(yīng)用了大量的CFG樁,產(chǎn)生缺陷的原因主要有以下幾種。

(1)機(jī)械使用不當(dāng)

在未做好樁身保護(hù)工作的前提下,使用大型機(jī)械(如挖土機(jī))清除樁間土極容易造成樁頭部分破壞,當(dāng)樁身強(qiáng)度較高時(shí),破壞部位還會(huì)相應(yīng)的加深。在對(duì)該鐵路路基工程CFG處理段進(jìn)行檢測(cè)時(shí),發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)目部一段區(qū)間CFG樁樁身普遍規(guī)律性的在樁頭0.6～1.0 m處斷裂,經(jīng)調(diào)研得知該項(xiàng)目部為了加快清理進(jìn)度,用大型挖掘機(jī)直接在樁頭上開(kāi)挖及行走,造成大量樁體淺部斷裂。

(2)未能控制好灌注過(guò)程中的拔管速率和混合料塌落度

拔管速率太快導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁,而拔管速率過(guò)慢又造成水泥漿分布不勻,容易形成混合料離析現(xiàn)象,導(dǎo)致樁身強(qiáng)度不足。

(3)未設(shè)置保護(hù)樁長(zhǎng)

使得浮漿部分在有效樁長(zhǎng)的范圍內(nèi),致使樁頭破壞。

及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些樁存在的質(zhì)量隱患是極其重要的。使用低應(yīng)變的方法檢測(cè)出這些樁的淺部缺陷是一種直接有效而且快捷的方法。在樁身完整性檢測(cè)中,低應(yīng)變反射波法理論依據(jù)充分、測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)單、波形判讀直觀,可以診斷樁身各種缺陷,并能確定其所在部位。

3 樁身完整性分析

在實(shí)際的檢測(cè)工作中,用低應(yīng)變反射法所采集的CFG樁曲線多種多樣。以下提供幾個(gè)工地上CFG樁檢測(cè)滿足要求的Ⅰ類樁與存在缺陷樁的波形信號(hào)比較。

圖1 某工程K03號(hào)樁低應(yīng)變曲線

圖1為樁長(zhǎng)11.0 m、樁徑500 mm的CFG樁,檢測(cè)儀器為PIT,反射波波形規(guī)則,波列清晰,樁底反射明顯,樁身完整,為Ⅰ類樁。

圖2為樁長(zhǎng)14.0 m、樁徑500 mm的CFG樁低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線,檢測(cè)儀器為PIT,反射波波形不規(guī)則,成波浪形,無(wú)樁底反射,推定為斷樁。為了對(duì)推斷結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)該樁進(jìn)行了開(kāi)挖,顯示在樁頂下0.65 m的位置樁身開(kāi)裂。對(duì)該片區(qū)域進(jìn)行大范圍的測(cè)試,資料顯示大多數(shù)樁顯示的曲線為波浪形震蕩,斷樁位置大多集中在0.5～1.0 m處,圖3為與之相鄰不遠(yuǎn)的G10號(hào)樁的曲線。經(jīng)與施工單位溝通,得知其在清理樁頭時(shí)采用了大型挖掘機(jī),此為造成大面積斷樁的主要原因。

圖2 某工程G12號(hào)樁低應(yīng)變曲線

圖3 某工程G10號(hào)樁低應(yīng)變曲線

圖4為圖3所示樁取出斷樁后的復(fù)測(cè)信號(hào),反射波波形基本規(guī)則,波列清晰,能見(jiàn)樁底反射,樁身完整。

圖4 某工程G10號(hào)樁(處理后)低應(yīng)變曲線

圖5是曲線樁長(zhǎng)為9 m的一條CFG樁低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線,樁徑500 mm,測(cè)試儀器為PIT。反射波波形不太規(guī)則,可見(jiàn)樁底反射。經(jīng)開(kāi)挖原因?yàn)闃俄敻{過(guò)多,施工單位未設(shè)置樁頭保護(hù)。

圖5 某工程C15號(hào)樁低應(yīng)變曲線

圖6為樁長(zhǎng)13 m一條CFG樁低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線,樁徑400 mm,測(cè)試儀器為PIT。該樁在3.8 m處存在嚴(yán)重缺陷。已經(jīng)不能準(zhǔn)確判斷樁底位置,經(jīng)鉆探核實(shí),該樁在3.8 m處存在離析,并有加泥現(xiàn)象。這是在CFG樁施工過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷,與施工中拔管速度、混凝土塌落度有直接關(guān)系。

圖6 某工程C202-21號(hào)樁低應(yīng)變曲線

在低應(yīng)變反射法測(cè)試樁身完整性的實(shí)際測(cè)試中,還要對(duì)施工樁基場(chǎng)地的地層情況進(jìn)行詳細(xì)了解。地層對(duì)低應(yīng)變曲線有直接的影響。這是由于樁所在地層介質(zhì)發(fā)生變化時(shí),對(duì)信號(hào)傳遞有一定的影響。

圖7 某工程H05號(hào)樁低應(yīng)變曲線

圖7是對(duì)一根樁長(zhǎng)為7.5 m CFG樁的實(shí)測(cè)曲線,樁徑500 mm。反射波波形欠規(guī)則,樁底反射明顯。地層情況：0～1.5 m為淤泥質(zhì)土；1.5～6.0 m為粉質(zhì)黏土；6.0～10.5 m為黏土。開(kāi)挖后證實(shí)樁身完整,樁側(cè)壁較為光滑,無(wú)缺陷。該樁為Ⅰ類樁。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于工程環(huán)境及施工工藝不同,CFG樁的低應(yīng)變曲線會(huì)有很大的差異性。特別是不同的工程甚至不同的施工隊(duì)伍都要區(qū)別對(duì)待。但樁身完整性的缺陷反應(yīng)在曲線上大致有其相似性。成功的經(jīng)驗(yàn)就是在工程的初期進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證,將曲線與實(shí)際缺陷一一對(duì)應(yīng)。這樣在隨后的分析中就能有的放矢,有所依據(jù)。對(duì)產(chǎn)生的缺陷,要分析其原因,抓住影響CFG樁的主要影響因素,在地基處理過(guò)程中加以掌控。同時(shí),地層變化引起的曲線變化要在分析和判釋的過(guò)程中予以充分考慮。

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