某素混凝土樁復合地基質量問題原因分析及處理

趙聯(lián)貴

摘要：某素混凝土樁復合地基，在施工過程中未嚴格控制施工參數(shù)，在受地下水影響下，使樁體材料混有較多的泥質成分，造成樁質量不合格，最終通過采用加補水泥攪拌樁形成多樁型復合地基，達到了設計要求，通過多年以來的運行，建筑物沉降變形穩(wěn)定，滿足了規(guī)范和設計的要求。

Abstract： The a concrete pile composite foundation has not strictly controlled the construction parameters during the construction process. Under the influence of groundwater， the pile material is mixed with more muddy components， resulting in unqualified pile quality. Finally， the cement mixing pile is supplemented to form a multi-pile composite foundation， which meets the design requirements. Through years of operation， the building settlement deformation is stable， meeting the requirements of specifications and design.

關鍵詞：素混凝土樁；施工參數(shù)；水泥攪拌樁；多樁型復合地基；沉降變形

Key words： plain concrete pile；construction parameters；cement mixing pile；multi-pile composite foundation；settlement deformation

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0169-03

0 引言

某綜合辦公樓工程，平面尺寸64.42×18.7m，地上9層，地下1層，采用剪力墻結構，筏板基礎，基礎埋深為-5.100。工程重要性等級為二級，地基基礎設計等級為乙級。

1 巖土工程地質條件

1.1 地層簡介

擬建場地屬于太行山東麓山前沖洪積平原，整個場地地勢較低，較南側公路低約2.5m。場地內東高西低，未見其它不良地質作用，屬于中等復雜建筑場地。

勘察深度30m內均為第四系沖洪積土。其從上向下共分4個工程地質層，各土層的巖土性狀分層描述如下：

①層：新近沉積粉土（Q42）：褐黃色，稍濕～很濕，中密狀，中等壓縮性，含少量云母碎片。厚約4.6～6.8m，層底標高92.60～93.60m。

②層：新近沉積粘土（Q42）：灰褐色，可塑狀，中等壓縮性，局部見少量螺殼碎片。厚約1.4～3.6m，層底標高89.70～91.60m。

③層：粉土（Q41）：褐黃色，飽和，中密狀，中等壓縮性，含少量云母碎片。厚約6.7～8.1m，層底標高83.10～84.00m。

④層：粉質粘土（Q41）：褐黃色，硬塑狀，中等壓縮性，含少量姜石，局部可見鐵錳質斑點。未揭穿。

1.2 場地地下水及腐蝕性

地下水位約在自然地面3.2～5.0m上下，其埋藏類型為潛水型，地下水位年變幅在0.5～1.0m上下。地下水和土對建筑物具有微腐蝕性。

1.3 地基均勻性

本建筑物地基為均勻地基。

1.4 地基土強度及變形參數(shù)

各地基土層承載力特征值和壓縮模量建議值如表1。

1.5 CFG樁復合地基設計參數(shù)

2 CFG樁設計要求及設計參數(shù)

2.1 結構設計要求

根據(jù)設計圖紙要求，由于天然地基承載力不能滿足設計要求，須進行地基處理，處理后復合地基承載力特征值不小于180kPa，復合地基壓縮模量值不小于12MPa，平均沉降量不大于50mm，整體傾斜滿足規(guī)范要求。

2.2 CFG樁復合地基設計

①樁徑400mm，有效樁長12.00m，樁頂土質為（1）層粉土，樁端持力層為（3）層粉土。

②單樁承載力：

根據(jù)巖土勘察報告中的鉆孔資料按下式計算：

R=qPk·Ap+Up∑qski·Li

按勘察報告鉆孔資料單樁承載力特征值計算：Ra=468～500kN。綜合取值：Ra=450kN。

本工程混凝土采用商品混凝土，混凝土強度等級為C20。

③長螺旋素混凝土樁面積置換率

按此置換率計算后，復合地基壓縮模量及平均沉降量均不能滿足設計要求。因此調整素混凝土樁的面積置換率m=5.77%。

④長螺旋泵壓素混凝土樁間距

素混凝土樁在基礎范圍內布置，布置方法按矩形布置。樁排距：1450mm，樁間距：1500mm。共設計了575根樁。

⑤褥墊層：采用中粗砂料，鋪設范圍超出基礎邊線不小于200mm，壓實系數(shù)不大于0.90。

3 施工概況

本工程為2010年3月中旬開始施工，3月底完成樁的施工。采用長螺旋鉆孔孔內泵壓素混凝土成樁工藝，樁機為CFG-18型，混凝土泵型號HBT40型。

在正式施工前做了試成樁試驗，確定了每根樁的灌注混凝土量、提鉆速率、停泵壓時間等施工參數(shù)。在正式施工中實行的是二班倒連續(xù)作業(yè)方式，樁作業(yè)從西部開始，以南北方向依次施工，每班組平均完成35根樁左右，中間未發(fā)現(xiàn)異常情況，8天完成所有樁的施工。

4 質量檢測情況

在2010年4月底，樁體混凝土養(yǎng)護大于28天后，開始清槽，在清槽階段，發(fā)現(xiàn)中部偏西局部地段樁頭質量差，如圖1，剖開樁頭后未見混凝土，僅表現(xiàn)為水泥土的混合物，如圖2。平面分布上在南北方向上總體呈二個條狀分布。其他地段樁質量完好。

在進行質量檢測時，其他地段樁單樁和單樁復合地基承載力特征值均達到了設計的要求。而在以上二個區(qū)域分別選擇的一根單樁和一組單樁復合地基承載力均未達到設計要求，單樁承載力特征值為160～180kN，表現(xiàn)為樁頭破碎，復合地基承載力特征值為158～165kPa，也表現(xiàn)為樁頭破碎。據(jù)此，可以肯定樁體材料強度明顯不足。

根據(jù)現(xiàn)場對樁體的開挖驗證，下挖到混凝土有較高強度的位置，一般深度在1.5～4.5m（后期取芯試驗結果均達到了混凝土設計強度），其上為水泥土混少量石子的混合物。在對所有樁進行了完整性檢測，其他地段除少量II類樁外，均為I類樁，而在此二個區(qū)域，在以挖至較好的混凝土面后做的小應變檢測結果，除少量I類樁外，其他的以Ⅱ、Ⅲ類樁為主，并有少量Ⅳ類樁，占該區(qū)總樁數(shù)的80%以上，主要表現(xiàn)為縮徑和夾泥及局部斷樁。

5 原因分析

針對檢測及現(xiàn)場開挖情況，并查驗施工記錄發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)問題的區(qū)域的樁均發(fā)生在一個班組，并查明該機長為新更換人員，未參加試鉆。在施工時未按試樁施工參數(shù)管理而是根據(jù)自己的經驗進行施工。問題的產生清晰明了，由于未按試成樁獲得相應的施工參數(shù)施工，而提鉆速率過快致使混凝土泵輸送混凝土不及時，導致樁體縮徑、夾泥、斷樁以及離析等，由于停泵送混凝土時段控制不好導致泵送混凝土量過少，未能保證樁長所需要的混凝土量，上部樁體是由管內殘留水泥漿及少量石子與樁土凝結而成。同時，在施工過程中，技術管理人員也未能做到隨機抽檢樁灌注情況，未能對現(xiàn)場施工質量進行及時掌控。

6 處理措施

6.1 加固方法

為確保工程質量不留隱患，根據(jù)檢測結果，決定對出現(xiàn)的情況有針對性的進行加固。根據(jù)原設計方案結合施工、檢測結果等，采用多樁型復合地基方式進行加固處理，以原素混凝土樁為主控樁，輔以水泥攪拌樁為輔樁，由該二種樁經過處理后的的水泥土攪拌樁與原素混凝土樁組成多元復合地基。

對原樁體上部松散部分挖除至混凝土強度高部位，并用素混凝土回灌處理，見圖3。

6.2 水泥土攪拌樁（輔樁）參數(shù)

①水泥土樁樁徑：500mm；

②水泥土樁樁長：施工樁長6.5m，保護樁長0.5m。樁頂土質為（1）層粉土，樁端土質為（3）層粉土，全長復攪拌。

③樁體材料：水泥土的混合料，水泥摻入量為18%。水泥型號為PsA32.5MPa。樁體材料軸心抗壓強度平均值為：2.0MPa。

④單樁承載力特征值：綜合取值Ra2=120kN。

⑤水泥土樁間距：1500m*1450m，采用矩形在原素混凝土樁中間布置。

⑥其他要求。

由于各基槽均已清理，在施工水泥攪拌樁前應先在加固區(qū)鋪設厚度不小于0.5m的保護土層，在成樁時，應注意樁的攪拌質量嚴格按規(guī)范要求施工。

6.3 加固后復合地基質量

經采用多樁加固后的復合地基，對水泥攪拌樁施工質量進行了檢測，并根據(jù)規(guī)范相關要求對復合地基進行了多樁復合地基承載力檢測，所檢測結果均達到了設計要求。

由于該種情況很少遇到，處理方法在本區(qū)應用較少，在加固地基處理的同時加強結構鋼度，并加強在施工和運行過程中的變形監(jiān)測。

7 結論與建議

7.1 結論

該工程2010年10月底主體結構完成，2011年8月整體工程竣工驗收。期間，建筑物沉降變形均勻穩(wěn)定，建設期間總沉降量18.2～21.1mm。在運行過程中，根據(jù)結構設計要求，又進行了三年的沉降變形監(jiān)測，沉降穩(wěn)定后的總沉降量為36.8～41.4mm，沉降量符合設計要求，整體傾斜也滿足規(guī)范要求。

7.2 建議

本工程質量問題雖然較為特殊，但也有共性，即工程的管理不到位或缺失。建議在進行類似工程的施工時，首先應做好安全技術交底工作，在施工時嚴格按照試樁取得的參數(shù)進行施工管理，同時，在施工過程中加強樁的灌注質量抽查，減少和避免偶發(fā)問題的發(fā)生。在更換新的班組及作業(yè)人員時，應重新進行安全技術交底，并使操作人員熟悉施工參數(shù)，真正做到心中有數(shù)，增強質量意識。

參考文獻：

[1]DB43（J）T123-2011，長螺旋鉆孔泵壓素混凝土樁復合地基技術規(guī)程[S].石家莊，2011.

[2]JGJ/T210-2010，剛-柔性樁復合地基技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.