某CFG樁復(fù)合地基質(zhì)量缺陷的原因分析與處理措施

李思佳 李春亮

1.石家莊衡順永泰建筑工程有限公司，河北 石家莊 050031

2.中化地質(zhì)礦山總局河北地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050031

CFG樁復(fù)合地基應(yīng)用廣泛，主要是由于其具有施工工藝較為簡(jiǎn)單，經(jīng)驗(yàn)成熟，工程造價(jià)相對(duì)較低，使其在地基處理領(lǐng)域具有較大的優(yōu)勢(shì)，但常出現(xiàn)一些質(zhì)量缺陷問題。通過某工程CFG樁的質(zhì)量問題進(jìn)行總結(jié)分析，提出處理意見，同時(shí)對(duì)在CFG樁復(fù)合地基施工過程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題做個(gè)總結(jié)并提出預(yù)防措施，并對(duì)檢測(cè)中需要注意的事項(xiàng)提出建議。

1 工程概況

河北省某工程1、2號(hào)住宅樓，地上32層，地下2層，采用剪切墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)標(biāo)高均為―8.400m，±0.000m，相當(dāng)于絕對(duì)高程77.15m?；淄临|(zhì)為粉質(zhì)粘土。由于天然地基土強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)要求采用CFG樁復(fù)合地基，處理后的復(fù)合地基特征值不小于530KPa，平均沉降量不大于60mm，整體傾斜不大于0.25%。本工程地基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

2 場(chǎng)區(qū)地層概況及地下水

2.1 場(chǎng)區(qū)地層概況及樁設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)勘察報(bào)告資料，勘察最大深度60.00m，主要地層由表層的人工填土以及第四系沖洪積成因的粘性土、粉土、中粗砂等構(gòu)成，詳見表1。

表1 地層及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)表Table1 Stratum and design parameters of pile foundation

2.2 地下水情況

根據(jù)勘察資料，本場(chǎng)地穩(wěn)定地下水位埋深約14.50m左右，地下水屬于第四系孔隙潛水，水位受季節(jié)影響較大，補(bǔ)給來源主要受大氣降水及區(qū)域地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，下水年變幅1～2m。

3 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)及施工概況

3.1 CFG樁設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）樁徑和樁長(zhǎng)：樁徑為400mm，有效樁長(zhǎng)20.00m，施工樁長(zhǎng)20.50m，樁頂土質(zhì)為（4）層粉質(zhì)粘土，樁端土質(zhì)為選擇（9）層粗砂（表1）。

（2）單樁承載力特征值：采用下式計(jì)算【1】：

Ra= Up∑qsiLi+αqPAp

式中：α—樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，本工程取0.9。

qp—樁端端阻力特征值(kPa)；

Ap—樁體截面面積（m2），為0.1256m2；

Up—樁身周長(zhǎng)(m)，為1.256m；

qsi—樁周第i層土側(cè)摩阻力特征值(kPa)；

Li—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）。

根據(jù)各鉆孔計(jì)算結(jié)果，Ra值為915～942kN，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)保留一定的安全度，設(shè)計(jì)采用值為870kN。

（3）CFG樁面積置換率和樁間距：根據(jù)河北省地標(biāo)《長(zhǎng)螺旋鉆孔泵壓混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》（DB13(J）/T123-2011)第 4.3.1 條規(guī)定【2】，當(dāng)?shù)鼗O(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)復(fù)合地基承載力特征值按按0.9的系數(shù)折減，故實(shí)際計(jì)算時(shí)復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)達(dá)到 530/0.9＝588.9kPa。樁在基礎(chǔ)范圍內(nèi)按矩形布置，樁間距取1.25m*1.35m，面積置換率為7.44%，則復(fù)合地基承載力特征值按下式計(jì)算【1】【2】：

fsp，k= mλR/Ap+β·(1-m)·fak

式中：β—樁間土強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取0.90。

Λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取0.90。

fk-—天然地基承載力特征值，這里為150kPa。

則 fsp，k= 0.0744╳0.9╳870/0.1256+0.9（1-0.0744）╳150=588.95kPa ＞530/0.9＝588.9kPa。

（4）樁體材料：樁體材料擬采用混凝土，材料軸心抗壓強(qiáng)度平均值【1】應(yīng)滿足：

Ra≤fcu·Ap/4，即 fcu≥27.7（MPa）。

按河北省地方規(guī)程【2】樁體材料強(qiáng)度還應(yīng)滿足：Ra≤ψcfcAp

式中：ψc—施工工藝系數(shù)，有地下水時(shí)取0.6。

fc—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（kPa）。

即 fc≥11.54（MPa）。

因此設(shè)計(jì)樁體混凝土強(qiáng)度為C30混凝土。

（4）設(shè)計(jì)樁數(shù)量和檢測(cè)值：1號(hào)樓和2號(hào)樓布置樁數(shù)分別為315根樁和368根樁，單樁復(fù)合地基承載力特征值檢測(cè)值均不小于 589kPa，單樁承載力特征值檢測(cè)值均不小于870kN。

3.2 CFG施工概況

工程自2013年7月10日開工，7月28日完成，歷時(shí)18天。施工工藝為長(zhǎng)螺旋鉆孔孔內(nèi)泵壓混凝土工藝【2】，采用CFG-23A型CFG樁基，混凝土采用HBT60泵送，樁體混凝土為商品混凝土，其強(qiáng)度為C30，塌落度為180～200mm。

樁的施工順序是自一端縱向開始連續(xù)施工，采用三班24小時(shí)不間斷施工。在施工期間未見異常情況，在施工過程中做了相應(yīng)施工記錄及混凝土試塊的制作等，每臺(tái)班不小于一組試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。根據(jù)檢測(cè)中心提供的檢測(cè)報(bào)告，樁用混凝土試塊強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 CFG樁質(zhì)量檢測(cè)情況、處理措施及變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.1 CFG樁質(zhì)量檢測(cè)情況

在CFG樁完成后整體均達(dá)到28天后由建設(shè)方委托檢測(cè)單位對(duì)工程樁依據(jù)檢測(cè)規(guī)范【3】進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，包括單樁承載力特征值檢測(cè)，單樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)以及樁身完整性檢測(cè)。檢測(cè)數(shù)量要求：?jiǎn)螛都皢螛稄?fù)合地基承載力檢測(cè)數(shù)量各不少于1%且各不少于3根，樁身完整性檢測(cè)數(shù)量不少于樁總數(shù)的30%【2】（表2）。

由于二棟建筑物中均存在一根單樁承載力特征值未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故檢測(cè)結(jié)果給定為未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，CFG樁復(fù)合地基未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，根據(jù)規(guī)范相關(guān)要求，建設(shè)方委托了另外一家檢測(cè)單位進(jìn)行了擴(kuò)大檢測(cè)。為保證工程質(zhì)量，消除隱患，建設(shè)方要求檢測(cè)單位除另外抽檢了 3個(gè)樁進(jìn)行單樁承載力特征值的檢測(cè)的同時(shí)，對(duì)所有樁進(jìn)行了完整性檢測(cè)。

單樁承載力特征值檢測(cè)采用堆載式慢速維持荷載法，加載量不小于單樁承載力特征值的2倍。

樁身完整性檢測(cè)采用低應(yīng)變法，樁身缺陷位置按以下公式【3】計(jì)算：

確定樁身完整性類別按規(guī)范【3】判定。

根據(jù)擴(kuò)大檢測(cè)結(jié)果，二棟建筑物單樁承載力特征值均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求（分別在I、II類樁中選取試驗(yàn)樁），樁身完整性檢測(cè)結(jié)果（表3）。

表2 CFG樁復(fù)合地基檢測(cè)成果表Table2 Test results of CFG pile composite foundation

表3 擴(kuò)大檢測(cè)樁身完整性檢測(cè)結(jié)果表Table3 Expanding pile integrity detection results

IV樁說明：根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，本工程的出現(xiàn)的IV類樁基本上為夾泥砂造成的缺陷樁，位置位于7.0～9.0m。

4.2 CFG樁處理措施

根據(jù)擴(kuò)大檢測(cè)結(jié)果，綜合兩次檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)多方溝通認(rèn)為單樁和單樁復(fù)合地基特征值均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，在對(duì)IV類進(jìn)行加固處理合格后【3】，可以進(jìn)行復(fù)合地基的驗(yàn)收工作。

結(jié)合樁身完整性檢測(cè)結(jié)果，由巖土設(shè)計(jì)單位對(duì)IV樁給出了加固處理方案，按處理方案處理后復(fù)合地基可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

加固方案要求：由于IV樁非集中分布，建筑物采用筏板基礎(chǔ)，以及結(jié)合當(dāng)?shù)靥幚斫?jīng)驗(yàn)，處理方法為在 IV樁二側(cè)各增加一根同原設(shè)計(jì)參數(shù)的樁，然后將原IV樁頂部1m混凝土截除后再采用中粗砂分層壓密回填到樁頂標(biāo)高。

施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用原施工工藝進(jìn)行了處理，監(jiān)理單位對(duì)加固過程進(jìn)行了全程旁站監(jiān)督，完成后又對(duì)其所有加樁進(jìn)行了樁完整性檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果所有加樁均為I類樁。在施工時(shí)，為了減小樁機(jī)對(duì)其他樁及樁間土的影響，該加固樁一定范圍內(nèi)回填了約50cm素土做為保護(hù)樁長(zhǎng)，在樁頂移動(dòng)路線鋪設(shè)了鋼板等防護(hù)措施。

4.3 建筑物沉降變形結(jié)果

本工程于2015年6月主體竣工，在施工期間和主體竣工 2年以來進(jìn)行的在基礎(chǔ)上設(shè)置的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，建筑物沉降累計(jì)變形值1號(hào)樓6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：11.52～14.68mm，2號(hào)樓 6個(gè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)值：12.79～14.83mm。

根據(jù)監(jiān)測(cè)單位給定的監(jiān)測(cè)分析結(jié)果為：

（1）沉降觀測(cè)成果分析：建筑物各處最大差異沉降量較小，說明建筑物沉降均勻，未發(fā)生明顯的差異沉降。

（2）時(shí)間—荷載—沉降關(guān)系分析：根據(jù)時(shí)間—荷載—沉降關(guān)系曲線結(jié)果可以看出，隨著時(shí)間的推移、樓層（荷載）的增加和沉降量的增加為對(duì)應(yīng)發(fā)展關(guān)系，說明沉降量均勻，同時(shí)在觀測(cè)過程中沒有出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，觀測(cè)結(jié)果和觀測(cè)精度可靠。

綜合結(jié)果為建筑物在施工過程中及施工完成后至觀測(cè)結(jié)點(diǎn)時(shí)沉降量較小，符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

5 CFG樁質(zhì)量缺陷原因分析

雖然本工程的CFG樁質(zhì)量缺陷問題最后較為圓滿的解決了，建筑物總體變形也滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，但是，我們會(huì)從中發(fā)現(xiàn)，不論是在施工還是在檢測(cè)過程中，都或多或少存在的問題，通過分析其原因，也是為了給以后施工提供借鑒。

5.1 施工因素

根據(jù)擴(kuò)大檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的IV樁，該問題在第一次檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)，雖然也存在著一個(gè)概率問題，但也對(duì)工程質(zhì)量留下了隱患，通過擴(kuò)大檢測(cè)結(jié)果消除了隱患。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析形成IV類樁的主要原因，主要是樁身夾泥（砂），缺陷位置基本在7.0～9.0m左右，即地下水位附近，從中暴露出施工時(shí)的機(jī)械操作上的問題，主要為鉆機(jī)提鉆較快，混凝土泵壓不及時(shí)。而II類樁也基本上是輕微縮徑現(xiàn)象，也與鉆機(jī)操作有關(guān)。對(duì)于個(gè)別樁頭混凝土強(qiáng)度低，則主要是保護(hù)樁長(zhǎng)不足，造成樁頂區(qū)混凝土離析使得混凝土強(qiáng)度變低的結(jié)果。

在處理出現(xiàn)不合格樁質(zhì)量問題時(shí)，通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)槽，還發(fā)現(xiàn)其他一些問題，例如：

（1）樁位偏差：除放線偏差外，主要原因是鉆機(jī)就位不準(zhǔn)，孔位復(fù)查不到位等。

（2）樁徑偏差：部分樁樁徑較小，主要原因是鉆具磨損變細(xì)，而修補(bǔ)不及時(shí)。

（3）樁頭混凝土局部離析：個(gè)別樁頭混凝土離析，石子含量少，強(qiáng)度低，主要原因是保護(hù)樁長(zhǎng)不足。對(duì)于這種情況除要保證樁長(zhǎng)外，還可以通過樁頭混凝土震搗來避免。

（4）樁頭破損：在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)部分樁樁頭混凝土現(xiàn)在破碎、裂縫、缺角等情況。分析其主要原因是施工中及完成后保護(hù)不利。一是清槽時(shí)采用小型鉤機(jī)在基槽上行走和回轉(zhuǎn)，碾壓樁頭，造成樁頭損壞。同時(shí)也存在在檢測(cè)樁時(shí)的,使用的吊車在基槽上行走對(duì)樁頭造成損壞、配重塊及鋼梁沖壓樁頭造成損壞等。

5.2 樁檢測(cè)因素

一般情況下，在出現(xiàn)質(zhì)量問題后，大多是從施工上找原因或者從地質(zhì)條件變化上找原因，很少從檢測(cè)方面找原因。分析本工程質(zhì)量問題，雖然主要是施工上的問題，但是，也存在的檢測(cè)方法的不盡合理性，雖然一般是個(gè)例，也有存在共性的地方。

（1）樁的最大加載值

根據(jù)調(diào)查，一般在進(jìn)行樁的檢測(cè)時(shí)，最大加載量大多取設(shè)計(jì)值的 2倍，嚴(yán)格來說根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的2倍【3】，雖然未違反規(guī)范規(guī)定，但這樣為以后評(píng)價(jià)留下了隱患。當(dāng)最大加載值取檢測(cè)值的 2倍時(shí)，若當(dāng)有一組樁存在缺陷不能達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，其平均值永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)值，這樣，就與《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》第4.4.3條【3】規(guī)定相違背，不能客觀評(píng)價(jià)樁的質(zhì)量，給施工和設(shè)計(jì)增加了不合格的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，最大加載值應(yīng)超過設(shè)計(jì)值一定量，以便更客觀和合理的對(duì)樁的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）樁完整性檢測(cè)及復(fù)測(cè)

該工程初次進(jìn)行單樁及復(fù)合地基檢測(cè)時(shí)，雖然對(duì)樁完整性進(jìn)行了檢測(cè)，但在檢測(cè)后，沒有再對(duì)樁的完整性進(jìn)行復(fù)測(cè)，特別是出現(xiàn)質(zhì)量缺陷問題后，也未對(duì)其進(jìn)行復(fù)測(cè)，直接給出不合格結(jié)果。對(duì)于檢測(cè)程序上，是不盡合理，且不利于分析不合格的原因。另外，分析樁的完整性更多的是靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的能客觀反應(yīng)實(shí)際情況，經(jīng)驗(yàn)欠缺的，可以對(duì)一些問題判斷不準(zhǔn)或者漏判，從而影響對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量的判斷。

本工程在第一次檢測(cè)結(jié)果出來后，對(duì)二棟樓的兩根檢測(cè)不合格單樁的原因進(jìn)行了調(diào)查分析，其中一根樁是樁頭碎裂破壞造成單樁承載力不足，另一根樁是沉降變形過大，超出了規(guī)范要求值造成單樁承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過原檢測(cè)報(bào)告中的二根樁在試驗(yàn)前的小應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，第一根樁為I類樁，第二根樁為II類樁，通過進(jìn)一步分析，第一根樁為I類樁沒有問題，第二根樁存在較明顯缺陷，定成IV類樁也未尚不可。而在樁試驗(yàn)結(jié)束并發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題后，檢測(cè)單位也未再對(duì)兩根樁的完整性進(jìn)行復(fù)核性檢測(cè)，也沒有相應(yīng)的記錄內(nèi)容。而根據(jù)擴(kuò)大檢測(cè)結(jié)果，第二根定為IV類樁，曲線特征與檢測(cè)前很相似。

根據(jù)兩根不合格樁的檢測(cè)結(jié)果及現(xiàn)狀分析，第一根樁樁頭破碎的主要原因是樁頭混凝土強(qiáng)度不足。對(duì)于這種情況通常做法是通過分析原因，找出問題所在，是樁混凝土質(zhì)量問題，還是試驗(yàn)問題等，若是認(rèn)為是樁頭混凝土有問題，則通常做法是將破碎的樁頭清理掉，把樁頭再繼續(xù)整平，再對(duì)這根樁進(jìn)行試驗(yàn)，查驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果，若合格，可以就是樁頭混凝土質(zhì)量有問題，如若仍不合格，則再分析原因。對(duì)于第二根樁，判斷結(jié)果正確，但對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果缺少進(jìn)一步工作和描述，是存在不足的。因此，對(duì)于有疑問的樁或者在進(jìn)行載荷試驗(yàn)結(jié)果有問題的樁，在試驗(yàn)結(jié)束后，仍應(yīng)對(duì)樁的完整性進(jìn)行復(fù)測(cè)，以便為分析質(zhì)量原因提供依據(jù)。

（3）其他因素

在進(jìn)行樁質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，還存在一些其他對(duì)質(zhì)量有影響的因素，比如：樁頭處理平整度不夠，試驗(yàn)樁的代表性，承壓板剛度問題以及員工職業(yè)道德因素等。

6 結(jié)語

本工程質(zhì)量缺陷雖是個(gè)例，但也有普遍性和代表性，警示我們?cè)诠こ坦芾磉^程中，雖然出現(xiàn)一些質(zhì)量問題或不可避免，但是要從思想上引起重視，通過加強(qiáng)監(jiān)督管理，嚴(yán)格按操作規(guī)程施工，從而減小質(zhì)量事故的發(fā)生，保證工程質(zhì)量。

1 JGJ79-2012. 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012

2 DB13（J）/T123-2011. 長(zhǎng)螺旋鉆孔泵壓混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程[S]. 石家莊：河北省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化管理辦公室，2011

3 JBJ106-2003. 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003

4 GB50202-2002. 建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002