客運(yùn)專線路基CFG樁質(zhì)量檢測(cè)與分析＊

王勝軍

(中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司，湖北十堰442012)

客運(yùn)專線路基CFG樁質(zhì)量檢測(cè)與分析＊

王勝軍

(中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司，湖北十堰442012)

路基CFG樁首次在武廣客運(yùn)專線上大規(guī)模采用，施工前進(jìn)行了該類樁的成樁工藝試驗(yàn)，采用低應(yīng)變反射波法對(duì)樁身進(jìn)行完整性檢測(cè)，采用靜載法對(duì)復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明:該試驗(yàn)段CFG成樁工藝可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)施工提供了參數(shù)。

客運(yùn)專線;路基CFG樁;檢測(cè);低應(yīng)變;復(fù)合地基;載荷試驗(yàn)

路基CFG樁首次在武廣客運(yùn)專線上大規(guī)模采用，為了獲得該類樁的力學(xué)特性，在施工前XXTJⅠ標(biāo)試驗(yàn)段進(jìn)行了該類樁的成樁工藝試驗(yàn)，為檢測(cè)其成樁質(zhì)量，分別采用了低應(yīng)變反射波法對(duì)其單樁進(jìn)行了樁身完整性檢測(cè)，采用單樁復(fù)合地基靜載法對(duì)其進(jìn)行了復(fù)合地基承載力檢測(cè)。

一、工程概況

本次試驗(yàn)點(diǎn)選于DK1273+794～DK1273+855段，對(duì)該段地基采用CFG樁加固，總樁數(shù)915根，樁徑0.5m，樁間距1.5m，按等邊三角形布置，樁長(zhǎng)至強(qiáng)風(fēng)化層頂面，長(zhǎng)12～23m。樁頂鋪0.6m厚的碎石墊層，內(nèi)鋪一層雙向土工格柵，極限抗拉強(qiáng)度不小于80kN/m。復(fù)合地基承載力為420kPa，單樁承載力為450KN。

該區(qū)段地形地貌:地表為壟崗及谷地，壟崗低緩，自然坡度約100，相對(duì)高差為5～10m。地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造為:(1)粉質(zhì)黏土，棕紅色，硬塑，Ⅱ級(jí);(2)黏土，褐黃～棕紅色，軟塑，Ⅱ級(jí);(3)泥質(zhì)粉砂巖，含礫砂巖、砂礫巖互層，鈣質(zhì)膠結(jié)，棕紅色，全風(fēng)化，Ⅲ級(jí);(4)泥質(zhì)粉砂巖，含礫砂巖、砂礫巖互層，鈣質(zhì)膠結(jié)，棕紅色，強(qiáng)風(fēng)化，Ⅳ級(jí);(5)泥質(zhì)粉砂巖，含礫砂巖、砂礫巖互層，鈣質(zhì)膠結(jié)，棕紅色，弱風(fēng)化，Ⅳ級(jí)。

根據(jù)國(guó)家和鐵道部有關(guān)規(guī)范要求，以及武廣客運(yùn)專線有限公司對(duì)土建工程建設(shè)有關(guān)質(zhì)量規(guī)定，路基CFG樁復(fù)合地基對(duì)單樁樁身完整性采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行自檢，檢測(cè)頻率為總樁數(shù)的10%，檢測(cè)遵循的規(guī)范為《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106－2003和《鐵路工程基樁無損檢測(cè)規(guī)程》TB10218－99。復(fù)合地基承載力采用單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)自檢，檢測(cè)頻率為總樁數(shù)的2‰，每檢驗(yàn)批不少于3根，遵循的規(guī)范為《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79－2002。

二、低應(yīng)變反射波法測(cè)試方法原理

(一)原理

在樁身頂部進(jìn)行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面(如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析等部位)或樁身截面積變化(如縮徑或擴(kuò)徑)部位，將產(chǎn)生反射波。

經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，分解出彈性波形中的各種頻率成份，分析可識(shí)別來自樁身不同部位的反射信息，據(jù)此計(jì)算樁身波速，以判斷樁身完整性及估計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

本次檢測(cè)中采樣頻率根據(jù)樁長(zhǎng)，樁身波速和頻域分辯率合理選擇，采樣點(diǎn)數(shù)為1024點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)在距樁心2/3半徑處對(duì)稱布置2個(gè)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記錄的有效信號(hào)數(shù)大于3個(gè)。

圖1 低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法測(cè)試框圖

(二)評(píng)判依據(jù)

本方法采用下述理論和經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)單樁的成樁質(zhì)量情況作出定性和定量的評(píng)判。

1.樁身波速度值(m/s)

式中:△f為幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻率(Hz);L為測(cè)點(diǎn)下樁長(zhǎng)(m)。

2.樁身混凝土強(qiáng)度與樁身波速相對(duì)應(yīng)關(guān)系(供參考)

C15:2500～2900 m/s。

3.樁身完整性分類原則

分析時(shí)域曲線、幅頻曲線變化情況，按照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106－2003中表8.4.3對(duì)樁身完整性進(jìn)行綜合判定:

Ⅰ類樁:無缺陷反射波，有樁底反射波。

Ⅱ類樁:出現(xiàn)輕微缺陷反射波，有樁底反射波。

Ⅲ類樁:有明顯缺陷反射波，其它特征介于Ⅱ類和Ⅳ類之間。

Ⅳ類樁:出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷反射波，無樁底反射波。或因樁身淺部嚴(yán)重缺陷使波形呈現(xiàn)低頻大振幅衰減或振動(dòng)，無樁底反射波。

分類原則:

Ⅰ類樁:樁身完整

Ⅱ類樁:樁身有輕微缺陷，不會(huì)影響結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮。

Ⅲ類樁:樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。在單樁工程中，此類樁為暫不確定樁，需采用其它檢測(cè)手段試驗(yàn)后，確認(rèn)是否使用。

Ⅳ類樁:樁身存在嚴(yán)重缺陷。

三、靜載試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)

(一)試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79－2002及《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106－2003等有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。該場(chǎng)地經(jīng)CFG樁加固處理后設(shè)計(jì)要求的地基承載力特征≥275kN，CFG樁設(shè)計(jì)樁間距為1.8m，正三角形布置。則單樁承擔(dān)的處理面積為2.80584ｍ2試驗(yàn)用承壓板直徑為1.891m，即面積為2.806ｍ2，理論試驗(yàn)極限荷載為275×2.806×2=1543.3kN，實(shí)際試驗(yàn)荷載為1600KN。

(二)荷載分級(jí)與加卸荷順序

試樁每級(jí)荷載增量按試驗(yàn)荷載1600kN的十分之一確定，加荷前進(jìn)行預(yù)壓，卸荷量每級(jí)為加荷量的2～3倍，共分4級(jí)卸荷。

加卸荷順序:

(三)測(cè)讀采樣時(shí)間

①加載:每加一級(jí)荷載前后均各讀記承壓板沉降量一次，以后每隔30min測(cè)讀采樣一次，當(dāng)沉降量達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行下一級(jí)加載。

②卸載:每級(jí)卸一級(jí)荷載，間隔半小時(shí)，讀記回彈量，待卸完全部荷載后間隔3h讀記總回彈量。

(四)加荷穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

在每級(jí)荷載作用下，承壓板的沉降量在每小時(shí)內(nèi)不超過0.1mm，認(rèn)為已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，以此值作為加荷穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

(五)終止加荷條件

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加荷:

①試樁荷載達(dá)到要求最大試驗(yàn)荷載440kN;

②沉降急劇增大，土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起;

③承壓板的累計(jì)沉降量已大于其寬度或直徑的6%。

(六)復(fù)合地基承載力特征值的確定:

①當(dāng)壓力—沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取比例界限;當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半;

②當(dāng)壓力—沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定;

1)對(duì)砂石樁、振沖樁復(fù)合地基或強(qiáng)夯置換墩:當(dāng)以粘性土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所對(duì)應(yīng)的壓力(s為載荷試驗(yàn)承壓板的沉降量;b和d分別為承壓板寬度和直徑，當(dāng)其值大于2m時(shí)，按2m計(jì)算);當(dāng)以粉土或砂土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所對(duì)應(yīng)的壓力。

2)對(duì)土擠密樁、石灰樁或柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d等于0.012所對(duì)應(yīng)的壓力。對(duì)灰土擠密樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d等于0.008所對(duì)應(yīng)的壓力。

3)對(duì)水泥粉煤灰碎石樁或夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基，當(dāng)以卵石、圓礫、密實(shí)粗中砂為主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所對(duì)應(yīng)的壓力;當(dāng)以粘性土、粉土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所對(duì)應(yīng)的壓力。

4)對(duì)水泥土攪拌樁或旋噴樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d等于0.006所對(duì)應(yīng)的壓力。

5)對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，也可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定相對(duì)變形值。

按相對(duì)變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半。

③試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)少于3點(diǎn)，當(dāng)其滿足其極差不超過平均值的30%時(shí)，取其平均值為復(fù)合地基容許承載力。

(七)靜荷載試驗(yàn)如圖2所示

圖2 靜荷載試驗(yàn)裝置示意圖

四、低應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果為:

1、低應(yīng)變檢測(cè)的被檢樁樁身縱波波速為3000～3599m/s，混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于C15。

2、被檢樁單樁成樁質(zhì)量無明顯嚴(yán)重缺陷，全部為Ⅰ類樁。

五、單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)結(jié)果

本次共對(duì)本路段施工的69－9JHJ、75－7JHJ、77－7JHJ、77－10JHJ四根單樁進(jìn)行了單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)采用φ1.891m的圓形承壓板，面積為2.806ｍ2，為單樁承擔(dān)的處理面積。試驗(yàn)最大加載量為1600KN。

(一)復(fù)合地基承載力特征值的確定:

分析4根單樁的Q－S、S－lgt、S－lgQ曲線發(fā)現(xiàn)其曲線上極限荷載力特征值只能按相對(duì)變形值確定。由于本場(chǎng)地層以粘性土、粉土為主的地基，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ97－2002規(guī)定，本次試驗(yàn)的承載力特征值取按s/d=0.01所對(duì)應(yīng)的壓力，與最大加載壓力的一半相比較，取其低值作為承載力特征值。

因d=1891，則S=18.91。

四根單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)沉降s=18.91mm所對(duì)應(yīng)的壓力均大于最大加載壓力的一半，所以，復(fù)合地基承載力特征值fspk均取最大加載壓力的一半作為承載力特征值。

則fspk=800/2.806=285KPa

(二)復(fù)合地基變形模量的計(jì)算:

式中:s為承載板沉降(mm);E0為地基土的變形模量(MPa);P為承載力壓力(KPa);d為圓形承壓板直徑(m);μ為地基土的泊松比。查表取值取0.25。

(三)試驗(yàn)結(jié)果及建議:

單樁靜載荷試驗(yàn)表明，經(jīng)CFG樁加固處理后的復(fù)合地基承載力特征值fspk＞275kPa，滿足設(shè)計(jì)要求;變形模量E0可按30MPa取值。

六、結(jié)論

1、單樁靜載荷試驗(yàn)表明，經(jīng)CFG樁加固處理后的復(fù)合地基承載力特征值fspk＞275kPa，滿足設(shè)計(jì)要求;變形模量E0可按30MPa取值。

2、低應(yīng)變檢測(cè)的被檢樁樁身縱波波速為3000～3599m/s，混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于C15。被檢樁單樁成樁質(zhì)量全部合格。

3、檢測(cè)結(jié)果綜合分析表明:該試驗(yàn)段CFG成樁工藝可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］葉書麟.地基處理手冊(cè)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

［2］JGJ106－2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［3］鐵建設(shè)〔2005〕160號(hào)客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社.

［4］TB10416－2003鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社.

［5］TB10218－99鐵路工程基樁無損檢測(cè)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社.

［6］JGJ79－2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［7］龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

2011－02－18

王勝軍(1980－)，男，湖北天門人，工程師。