CFG 樁復(fù)合地基質(zhì)量問(wèn)題的檢測(cè)與分析

宋德朝 鄭 燕 常勤慧 趙智超

（河南省航空物探遙感中心，河南鄭州 450053）

0 引言

CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁）復(fù)合地基是目前應(yīng)用較為廣泛的一種地基處理方式。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于樁基施工設(shè)備及人員技術(shù)等原因易造成樁身質(zhì)量問(wèn)題[1—2]，施工過(guò)程質(zhì)量控制與加固效果檢測(cè)至關(guān)重要。目前CFG 樁復(fù)合地基常用的檢測(cè)方法有載荷試驗(yàn)[3—4]、低應(yīng)變法[5—6]、鉆芯法試驗(yàn)，CFG 樁復(fù)合地基承載力通過(guò)載荷試驗(yàn)確定，樁身完整性檢測(cè)通過(guò)低應(yīng)變法和鉆芯法試驗(yàn)確定。針對(duì)某工程CFG 樁復(fù)合地基不滿足設(shè)計(jì)要求，分析承載力不足及樁身缺陷的原因，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)加固后的復(fù)合地基進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，為類(lèi)似工程問(wèn)題提供借鑒。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目為高層住宅，地上30 層，地下2 層，建筑平面尺寸：長(zhǎng)68.1 m、寬14.9 m，主樓高度89.9 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約9 m，采用CFG 樁復(fù)合地基。

1.2 工程地質(zhì)情況

該工程場(chǎng)地地貌屬黃河沖積平原，地層為第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)河流相沖洪積沉積物，主要巖性為粉土、黏性土及砂類(lèi)土，地下水類(lèi)型為潛水，埋深4.5～5.1 m。典型地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1，各土層主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地基各土層參數(shù)表

圖1 典型地質(zhì)剖面圖

1.3 CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)埋深9.01 m，CFG 樁復(fù)合地基樁間土直接持力層為第④層粉質(zhì)黏土夾薄層粉土，天然地基承載力特征值為115 kPa，CFG 樁以第⑥層細(xì)砂作為樁端持力層，設(shè)計(jì)樁徑為?400 mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)17.0 m，樁位呈梅花形布置，樁間距1.3 m，面積置換率為0.086，設(shè)計(jì)樁數(shù)713 根，設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值為773 kN，復(fù)合地基承載力特征值為549 kPa。CFG 樁復(fù)合地基平面布置及剖面示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 CFG 樁復(fù)合地基平面布置及剖面示意圖

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2.1 承載力檢測(cè)

CFG 樁施工完成后，根據(jù)《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[7]要求，現(xiàn)場(chǎng)抽選6 根CFG 樁（豎向增強(qiáng)體）進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，最大加載量取設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值的2 倍（1546 kN），加荷分級(jí)為10 級(jí)，每級(jí)加載量為155 kN，其中第一級(jí)取分級(jí)荷載的2 倍。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)荷載-沉降（Q-s）曲線見(jiàn)圖3，靜載試驗(yàn)成果見(jiàn)表2。

表2 增強(qiáng)體豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)成果表

圖3 單樁靜載試驗(yàn)荷載-沉降（Q-s）曲線

由圖3 可以看出，6 根試驗(yàn)樁在尚未加至最大荷載時(shí)Q-s曲線均已出現(xiàn)陡降段，且總沉降量超過(guò)40 mm，表明6 根試驗(yàn)樁均已達(dá)到極限狀態(tài)，試驗(yàn)終止。通過(guò)表2 可知，593#樁最大加載量為1240 kN，極限承載力為1085 kN，其余5 根最大加載量為1085 kN，極限承載力為930 kN。累計(jì)沉降量為41.52～56.22 mm，最大回彈量3.41～6.78 mm。6 根試驗(yàn)樁承載力的極限承載力均能確定，且滿足極差不超過(guò)平均值的30%，取其平均值作為單樁豎向抗壓極限承載力，單樁豎向抗壓承載力特征值按極限承載力的一半取值為477 kN，小于設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值773 kN。

CFG 樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)抽檢6 個(gè)點(diǎn)，承壓板為直徑1365 mm 圓形鋼板（相當(dāng)于單樁處理面積），最大加載量取設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值的2 倍（約為1098 kPa），加荷分級(jí)為8 級(jí)，每級(jí)加載量為138 kPa。復(fù)合地基靜載試驗(yàn)壓力-沉降（P-s）曲線見(jiàn)圖4，靜載試驗(yàn)成果見(jiàn)表3。

表3 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)成果表

由圖4 可以看出，6 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在尚未加至最大荷載時(shí)P-s曲線均已出現(xiàn)陡降段，且承壓板累計(jì)沉降量超過(guò)承壓板直徑的6%，表明6 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基已達(dá)到極限狀態(tài)，終止加載。由表3 可知，626#、599#、595#、534#樁復(fù)合地基最大加載量為966 kPa，極限承載力為828 kPa，530#、540#樁復(fù)合地基最大加載量為828 kPa，極限承載力為690 kPa，累計(jì)沉降量為79.23～86.46 mm，最大回彈量7.38～11.89 mm。復(fù)合地基的極限承載力均能確定，且滿足極差不超過(guò)平均值的30%，取其平均值為復(fù)合地基極限承載力，復(fù)合地基承載力特征值按極限承載力的一半取值為391 kPa，小于設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值549 kPa。

通過(guò)靜載試驗(yàn)可知，本場(chǎng)地6 組單樁和6 組復(fù)合地基承載力特征值均不滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 完整性及強(qiáng)度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)抽選145 根CFG 樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)分析，共有42 根為Ⅲ、Ⅳ類(lèi)樁。根據(jù)規(guī)范要求，在未檢樁中繼續(xù)擴(kuò)大檢測(cè)。低應(yīng)變檢測(cè)樁共551 根，其中Ⅰ類(lèi)樁64 根，占檢測(cè)總數(shù)的11.6%，Ⅱ類(lèi)樁155 根，占檢測(cè)總數(shù)的28.1%，Ⅲ類(lèi)樁241 根，占檢測(cè)總數(shù)的43.7%，Ⅳ類(lèi)樁91 根，占檢測(cè)總數(shù)的16.5%。樁身缺陷主要分布在樁頂下5 m 范圍內(nèi)，以淺部缺陷為主。

現(xiàn)場(chǎng)抽檢5 根CFG 樁做完整性對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)樁號(hào)依次為357#、359#、462#、464#、470#。通過(guò)低應(yīng)變法和鉆芯法進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，低應(yīng)變法屬于間接檢測(cè)方法，鉆芯法[8]屬于直觀檢測(cè)方法。鉆芯取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，樁身上、中、下部取三組芯樣做抗壓試驗(yàn)，進(jìn)一步分析樁身強(qiáng)度是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

由圖5 可知，357#樁低應(yīng)變法檢測(cè)完整性類(lèi)別為Ⅰ類(lèi)。鉆芯法芯樣顯示0.0～11.6 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面較光滑，局部見(jiàn)直徑0.5～1.5 cm 的溝槽、小氣孔、空洞，斷口吻合，混凝土膠結(jié)較好，11.6～13.5 m 混凝土芯樣連續(xù)性較差，巖芯呈短柱狀、塊狀，表面粗糙，蜂窩麻面夾泥砂，斷口不吻合，膠結(jié)較差，鉆芯傾斜偏出樁身。鉆芯法完整性類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。

圖5 357#樁時(shí)域信號(hào)曲線圖

357#樁三組芯樣抗壓強(qiáng)度平均值分別為：20.70 MPa、17.40 MPa、19.28 MPa，樁身強(qiáng)度代表值取17.40 MPa。

由圖6 可知，359#樁低應(yīng)變法檢測(cè)樁身在2.2 m、3.8 m 有輕微缺陷，樁頭信號(hào)顯示為縮徑，樁底有輕微反射信號(hào)，完整性類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。鉆芯法芯樣顯示0.0～8.9 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面粗糙，蜂窩麻面較重，斷口吻合，混凝土膠結(jié)較好，8.9～16.3 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面粗糙，蜂窩麻面較嚴(yán)重，溝槽直徑大于3 cm，溝槽內(nèi)夾泥嚴(yán)重，斷口不吻合，膠結(jié)較差，鉆芯鉆至樁底，樁長(zhǎng)為16.3 m。鉆芯法完整性類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)。

圖6 359#樁時(shí)域信號(hào)曲線圖

359#樁三組芯樣抗壓強(qiáng)度平均值分別為：22.26 MPa、25.67 MPa、29.50 MPa，樁身強(qiáng)度代表值取22.26 MPa。

由圖7 可知，462#樁低應(yīng)變法檢測(cè)樁身在1.7 m、4.1 m、6.1 m 有輕微缺陷，樁頭信號(hào)顯示為縮徑，樁底有輕微反射信號(hào)，完整性類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。鉆芯法芯樣顯示0.0～5.7 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面較光滑，見(jiàn)直徑為0.5～2.5 cm 的氣孔、空洞，斷口吻合，混凝土膠結(jié)較好，5.7～15.8 m 混凝土芯樣連續(xù)性較差，巖芯呈短柱狀，表面粗糙，蜂窩麻面較嚴(yán)重，溝槽直徑大于4 cm，溝槽內(nèi)夾泥嚴(yán)重，斷口不吻合，膠結(jié)較差，出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，鉆芯鉆至樁底，樁長(zhǎng)為15.8 m。鉆芯法完整性類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)。

圖7 462#樁時(shí)域信號(hào)曲線圖

462#樁三組芯樣抗壓強(qiáng)度平均值分別為：23.25 MPa、17.60 MPa、19.66 MPa，樁身強(qiáng)度代表值取19.66 MPa。

由圖8 可知，464#樁低應(yīng)變法檢測(cè)樁身在3.2 m有缺陷，樁底未見(jiàn)反射信號(hào)，完整性類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。鉆芯法芯樣顯示0.0～8.6 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面較光滑，見(jiàn)直徑為0.5～3.0 cm 的氣孔、空洞，斷口吻合，混凝土膠結(jié)較好。8.6～10.6 m 混凝土芯樣連續(xù)性較差，巖芯呈短柱狀，表面粗糙，蜂窩麻面較嚴(yán)重，溝槽直徑大于3 cm，溝槽內(nèi)夾泥嚴(yán)重，斷口不吻合，膠結(jié)較差，鉆芯傾斜偏出樁身。鉆芯法完整性類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。

圖8 464#樁時(shí)域信號(hào)曲線圖

464#樁三組芯樣抗壓強(qiáng)度平均值分別為：21.85 MPa、26.60 MPa、26.74 MPa，樁身強(qiáng)度代表值取21.85 MPa。

由圖9 可知，470#樁低應(yīng)變法檢測(cè)樁身在1.1 m、3.3 m 有缺陷，樁底未見(jiàn)反射信號(hào)，完整性類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。鉆芯法芯樣顯示0.0～3.2 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面較光滑，見(jiàn)直徑為0.5～2.0 cm 的氣孔、空洞，斷口吻合，混凝土膠結(jié)較好。3.2～4.1 m 混凝土芯樣連續(xù)性較差，巖芯呈短柱、塊狀，表面粗糙，蜂窩麻面較嚴(yán)重，溝槽內(nèi)夾泥嚴(yán)重，斷口不吻合，膠結(jié)較差。4.1～12.9 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面較光滑，見(jiàn)直徑為0.5～2.5 cm 的氣孔、空洞，斷口吻合，膠結(jié)較好。12.9～14.5 m 混凝土芯樣連續(xù)，巖芯呈柱狀，表面粗糙夾泥，見(jiàn)氣孔、空洞，斷口吻合性差，膠結(jié)較好，鉆芯偏出未見(jiàn)樁底。鉆芯法完整性類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)。

圖9 470#樁時(shí)域信號(hào)曲線圖

470#樁三組芯樣抗壓強(qiáng)度平均值分別為：16.49 MPa、20.59 MPa、13.74 MPa，樁身強(qiáng)度代表值取13.74 MPa。

綜合分析，357#、464#樁身完整性為Ⅲ類(lèi)，359#、462#、470#三根樁樁身完整性為Ⅳ類(lèi)。359#樁長(zhǎng)為16.3 m、462#樁長(zhǎng)為15.8 m，樁長(zhǎng)不滿足設(shè)計(jì)要求；芯樣抗壓強(qiáng)度為13.74～22.26 MPa，樁身實(shí)測(cè)強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

3 質(zhì)量問(wèn)題分析

通過(guò)檢測(cè)可知，CFG 樁復(fù)合地基承載力、樁身完整性、樁身強(qiáng)度均不滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)調(diào)查與綜合分析，造成樁身質(zhì)量缺陷的主要原因是由于CFG 樁成樁過(guò)程中提鉆速度與混凝土泵送壓灌速度不匹配，提鉆速度過(guò)快導(dǎo)致混凝土灌注不連續(xù)，出現(xiàn)離析，在孔壁水土壓力作用下出現(xiàn)縮徑、塌孔，并產(chǎn)生樁身夾泥現(xiàn)象，致使樁身存在缺陷，樁體材料強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

4 加固后檢測(cè)

針對(duì)CFG 樁復(fù)合地基承載力不足，采用高壓旋噴樁[9]對(duì)CFG 樁復(fù)合地基進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)加固。旋噴樁設(shè)計(jì)樁徑?500 mm，有效樁長(zhǎng)14.0 m，三角形布樁，樁間距1.3 m，總設(shè)計(jì)樁數(shù)687 根。加固后的樁位布置見(jiàn)圖10。

圖10 高壓旋噴樁與CFG 樁樁位布置

復(fù)合地基補(bǔ)強(qiáng)加固完成后，抽選4 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行靜載試驗(yàn)，承壓板為直徑1365 mm 圓形鋼板（相當(dāng)于單樁處理面積，見(jiàn)圖10），加荷分級(jí)為8 級(jí)，每級(jí)加載量為138 kPa，復(fù)合地基靜載試驗(yàn)壓力-沉降（P-s）曲線見(jiàn)圖11。4 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的壓力-沉降（P-s）曲線最大加載量為1104 kPa，累計(jì)沉降量為18.38～27.57 mm，最大回彈量4.50～7.62 mm。曲線為平緩的光滑曲線，相對(duì)變形值0.01b（13.95 mm）對(duì)應(yīng)的壓力值均大于最大試驗(yàn)荷載的一半（552 kPa），因此復(fù)合地基承載力特征值取為552 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖11 復(fù)合地基靜載試驗(yàn)壓力-沉降（P-s）曲線

5 加固后沉降觀測(cè)

主體結(jié)構(gòu)施工期間，對(duì)建筑物進(jìn)行了加密沉降觀測(cè)，施工期間觀測(cè)1 次/層，主體封頂后觀測(cè)1 次/月。建筑物沉降觀測(cè)曲線見(jiàn)圖12，建筑物沉降等值線圖見(jiàn)圖13。

圖12 建筑物沉降觀測(cè)曲線圖

圖13 建筑物沉降等值線圖（單位：mm）

由圖12 和圖13 可知，建筑物累計(jì)沉降量為18.11～26.44 mm，最大沉降量點(diǎn)號(hào)C02，最小沉降量點(diǎn)號(hào)C10，最大沉降差為8.33 mm，通過(guò)最大沉降差計(jì)算出基礎(chǔ)傾斜度為0.00038，最后100 d 的最大沉降速率為0.034 mm/d。本工程主體建筑高度89.9 m，整體傾斜值和最后100 d 沉降速率均滿足《建筑變形測(cè)量規(guī)范》[10]相關(guān)要求。

6 結(jié)論

（1）靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，該工程CFG 樁復(fù)合地基單樁承載力和復(fù)合地基承載力均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；低應(yīng)變法和鉆芯法檢測(cè)表明，CFG 樁完整性差，樁身下部芯樣不連續(xù)，存在夾泥現(xiàn)象，樁身強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

（2）造成樁身質(zhì)量缺陷的主要原因是CFG 樁灌注成樁過(guò)程中提鉆速度與混凝土泵送壓灌速度不匹配，提鉆速度過(guò)快導(dǎo)致混凝土灌注不連續(xù)，出現(xiàn)離析，在孔壁水土壓力作用下出現(xiàn)縮徑、塌孔，并產(chǎn)生樁身夾泥現(xiàn)象，致使樁身存在缺陷，樁體材料強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。建議CFG 樁施工做好樁身混合料調(diào)度，避免灌注過(guò)程中出現(xiàn)等料、堵管等問(wèn)題，并嚴(yán)格按施工規(guī)程控制提鉆速度，使之與混合料壓灌速度匹配，確保灌注的連續(xù)性。

（3）采用高壓旋噴樁對(duì)CFG 樁復(fù)合地基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，補(bǔ)強(qiáng)加固后的復(fù)合地基檢測(cè)結(jié)果顯示，經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)后的復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求，建筑物沉降觀測(cè)結(jié)果表明，建筑最大沉降量與整體傾斜值均滿足設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)范要求。