CFG樁復(fù)合地基承載力及施工檢測

江蘇省常熟市工程質(zhì)量檢測中心 215500

摘要：隨著CFG樁復(fù)合地基技術(shù)的進(jìn)步，研究其承載力及施工檢測凸顯出重要意義。本文首先分析了CFG樁的特點(diǎn)及作用機(jī)理，介紹了樁側(cè)摩阻力和樁端阻力特性。在探討CFG復(fù)合地基檢測中常見問題的基礎(chǔ)上，指出了其載荷試驗(yàn)應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：CFG樁；復(fù)合地基；承載力；施工檢測

一、前言

作為一種有著自身特殊性的樁基，CFG樁在近期得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步。研究CFG樁復(fù)合地基承載力及施工檢測，能夠更好地提升其實(shí)際效果，從而優(yōu)化樁基工程的實(shí)踐。本文從介紹CFG樁的特點(diǎn)及作用機(jī)理著手本課題的研究。

二、CFG樁的特點(diǎn)及作用機(jī)理分析

CFG樁與天然地基同屬地基范疇，但其組成材料，應(yīng)力分布及變形過程不盡相同；CFG樁與樁基都是以樁的形式處理地基，兩者有相似之處。但CFG樁屬于地基范疇，而樁基屬于基礎(chǔ)范疇。CFG樁中樁體與基礎(chǔ)不直接相連，它們之間通過碎石或者砂石連接；而樁基中樁體與基礎(chǔ)直接相連，兩者形成一個(gè)整體。

CFG樁復(fù)合地基計(jì)算理論的基本假定為樁與樁間土的協(xié)調(diào)變形，它的實(shí)質(zhì)就是考慮樁土的共同作用。這種共同作用與樁基中考慮土的作用是有本質(zhì)區(qū)別的，這種區(qū)別導(dǎo)致了樁基中樁和復(fù)合地基中樁的施工工藝和結(jié)構(gòu)連接的不同。CFG樁復(fù)合地基受力過程及施工工藝決定了其加固濕陷性黃土的機(jī)理主要有以下三個(gè)方面：

1.擠密作用。CFG樁一般采用振動(dòng)沉管成孔，由于樁管振動(dòng)和樁尖土側(cè)向擠壓作用使樁間土得到了擠密，消除了樁間土的濕陷性，提高樁間土的承載力。

2.置換作用。CFG樁具有一定粘結(jié)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)一般按CIO-C15砼強(qiáng)度設(shè)計(jì)，荷載作用下樁身壓縮性比周圍土小許多，樁土應(yīng)力比可達(dá)到10-30，甚至更高，這一點(diǎn)是其他柔性樁無法比擬的，其復(fù)合地基強(qiáng)度較高。

3.樁體作用。CFG樁屬于剛性樁，它和樁間土共同作用，既具有復(fù)合地基的特點(diǎn)，也具有樁基的某些特征，在處理范圍內(nèi)樁身的變形控制復(fù)合地基的變形，變形量很小。

三、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力特性

1.樁側(cè)摩阻力特性

樁側(cè)摩阻力的產(chǎn)生是由于樁和樁側(cè)土在荷載作用下存在相對位移趨勢或產(chǎn)生相對位移，若樁與樁間土之間不存在相對位移或相對位移趨勢，則樁側(cè)摩阻力為零。理論上，理想的剛性樁在垂直荷載的作用下，樁頂和樁低的位移相等，樁周各處的摩擦力能得到充分發(fā)揮。若地基土質(zhì)均勻，則樁側(cè)摩阻力沿樁深度方向分布是均勻的，并且隨荷載的增大呈線性增大。

但對于半剛性樁的CFG樁而言，在荷載作用下樁體自身會(huì)發(fā)生一定壓縮量，此時(shí)樁頂位移大于樁低位移，樁與樁間土之間相對位移自上而下是逐步減少的。假設(shè)地基土質(zhì)均勻，則樁側(cè)摩阻力自上而下也是逐步減少的。然而，由于褥墊層的存在，在上部荷載作用下，樁體在一定程度下會(huì)刺入褥墊層，此時(shí)樁周土體發(fā)生沉降且沉降量超過樁的沉降時(shí)，樁周土體對樁產(chǎn)生向下的摩阻力作用，即產(chǎn)生負(fù)摩擦力，樁頂?shù)哪Σ亮κ艿较魅?，從而使得在沿樁長，摩擦阻力從樁頂?shù)綐兜壮氏戎饾u增大，然后逐漸減少的趨勢。

2.樁端阻力特性

樁端持力層的特性會(huì)直接影響到樁端阻力的大小，對于理想的剛性樁而言，樁頂和樁端位移相等，如果樁端落在高強(qiáng)度的礫、砂類巖層上時(shí)，樁端阻力能夠得到很好的發(fā)揮，復(fù)合地基承載力也得到了很大的提高。對于柔性樁，在上部荷載的作用下，樁體的壓縮量可能等于樁頂?shù)奈灰?，這樣樁端不管落在何種地層中，樁端阻力都不會(huì)得到很好的發(fā)揮，復(fù)合地基承載力的提高不明顯。

CFG樁屬于半剛性樁的范疇，樁上的相對模量介于剛性樁和柔性樁之間，樁頂?shù)奈灰朴蓸扼w產(chǎn)生的位移和樁體自身的壓縮量構(gòu)成，并且樁體自身的壓縮量只占一小部分，這樣當(dāng)樁端落在較好的土層上，樁端阻力能夠得到有效的發(fā)揮，復(fù)合地基的承載力有顯著的提高。

四、CFG復(fù)合地基檢測中常見問題

1.承壓板剛度不夠

CFG樁復(fù)合型地基的設(shè)計(jì)樁距變化大，需要檢測單位備有不同尺寸足夠剛度的承壓板，但是多數(shù)檢測單位只是采用厚度相當(dāng)?shù)匿摪遄鳛樘娲?，達(dá)不到規(guī)范規(guī)定的承壓板應(yīng)具有足夠剛度的要求。試驗(yàn)過程中，隨著荷載不斷增加，荷載板發(fā)生明顯的中間下凹周邊上翹的撓曲變形。復(fù)合地基由樁、樁間土共同承擔(dān)荷載，承壓板剛度不夠，板下樁間土只有很少一部分承載力充分發(fā)揮，因此荷載主要由樁承擔(dān)，樁過早達(dá)到極限承載力，就會(huì)導(dǎo)致復(fù)合地基承載力偏低，直接影響檢測結(jié)果的可靠性。

2.褥墊層鋪設(shè)不符合要求

CFG樁加固地基時(shí)，通常會(huì)在樁頂和基礎(chǔ)之間設(shè)置褥墊層，其主要作用是保證樁、土共同承擔(dān)荷載，使樁間土的承載力充分發(fā)揮；調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比例；減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。在進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)時(shí)，一般鋪設(shè)的褥墊層只是超出荷載板20cm左右，使得在加壓過程中，褥墊層沒有側(cè)向約束，褥墊材料擠出，增大豎向變形；鋪設(shè)褥墊層厚度不夠，也會(huì)加大樁、土荷載分擔(dān)比例，使樁體過多承擔(dān)上部傳來荷載，豎向變形增大，有時(shí)甚至在試驗(yàn)過程中將樁頭壓碎，大大降低檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3.試驗(yàn)終止荷載的控制

實(shí)際檢測中，不少檢測單位選取的最大加載值剛好是設(shè)計(jì)要求承載力的2倍，雖然是嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行的，但是也會(huì)影響檢測結(jié)果。《建筑地基技術(shù)處理規(guī)范》中規(guī)定，試驗(yàn)點(diǎn)≥3時(shí)，極差不超過平均值的30%時(shí)，可取平均值作為地基承載力特征值。例如：設(shè)計(jì)要求復(fù)合地基承載力特征值200kPa。最大加載值選用設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力特征值的2倍，即400kPa，且試驗(yàn)結(jié)果地基承載力由1/2最大加載值控制。

五、CFG樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)應(yīng)注意的問題

1.褥墊鋪設(shè)及荷載板安裝

首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求挖一試坑，坑的平面尺寸與荷載板相同，深度和褥墊厚度相同。按設(shè)計(jì)要求的夯填度鋪設(shè)褥墊層，厚度為150mm。保證原狀土對褥墊層的側(cè)向約束。之后安裝荷載板并使荷載板與褥墊層密切接觸。

2.褥墊厚度

根據(jù)地基處理規(guī)范，靜載試驗(yàn)褥墊厚度應(yīng)取150mm。研究表明，褥墊越厚，土承擔(dān)的荷載越多，樁承擔(dān)的荷載越少，反之亦然。當(dāng)褥墊太薄，會(huì)導(dǎo)致樁頂應(yīng)力集中，容易發(fā)生樁頭壓碎或樁過早首先達(dá)到單樁極限承載力，復(fù)合地基承載力偏低。

3.由載荷試驗(yàn)曲線確定復(fù)合地基承載力

當(dāng)P—S曲線極限荷載能確定，其值不小于對應(yīng)比例極限的2倍，可取比例極限作為承載力特征值；其值小于對應(yīng)比例極限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半為承載力特征值。

這里就出現(xiàn)了一個(gè)問題，某些工程的復(fù)合地基載荷試驗(yàn)中，極限荷載能確定，但是P-S曲線較為平滑，比例極限難以確定，而相關(guān)規(guī)范對比例界限的確定無相關(guān)規(guī)定，這就造成人為因素比較大，這對試驗(yàn)結(jié)果的確定產(chǎn)生了很大影響。筆者參考了林宗元編著的《巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測手冊》，其中介紹了7種常見確定比例界限的方法，其中斜率法適用范圍更廣，具體方法就是先繪制p-△s/△p曲線，在其曲線上取第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對應(yīng)的荷載為比例界限荷載值，取第二轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)的荷載值為極限荷載值。

4.試驗(yàn)前后對樁做低應(yīng)變檢測

為弄清承載力偏低的原因，做復(fù)合地基靜載試驗(yàn)前后，對樁做低應(yīng)變檢測了解樁身有無缺陷是至關(guān)重要的。當(dāng)?shù)蛻?yīng)變檢測判定樁身有缺陷，靜載試驗(yàn)結(jié)果還能滿足設(shè)計(jì)要求，說明這類樁身缺陷不影響復(fù)合地基豎向承載能力的使用；若靜載試驗(yàn)結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，再結(jié)合不低于總樁數(shù)10%低應(yīng)變檢測結(jié)果，可為工程技術(shù)人員提供如何使用這類缺陷樁和采取怎樣的補(bǔ)強(qiáng)措施提供依據(jù)。

六、結(jié)束語

通過對CFG樁復(fù)合地基承載力及施工檢測的相關(guān) 研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作的良好開展，有賴于對方面技術(shù)優(yōu)勢因素的利用，有關(guān)人員應(yīng)該從CFG樁符合地基的客觀實(shí)際出發(fā)，研究制定最為優(yōu)化的施工檢測實(shí)施方案。

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