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CFG桩复合地基检测中存在的问题研究

2015-07-13 237 0

一、前言
　　根据我国《建筑地基处理技术规范》JGJ79—2013要求，在地基施工结束后，应对其进行复合地基承载力和桩身完整性检测。但是，在实际的过程中由于相关的检测过程不够规范，造成检测结果不能为地基施工的质量性能进行较为准确的评价，严重影响了建筑工程整体的质量安全。下面就从CFG桩复合地基加固机理、检测的方法及检测过程中存在的问题作以分析研究。
　　二、CFG桩复合地基加固机理概述
　　水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩（简称CFG桩）。由桩、桩间土及褥垫层一起构成复合地基。以承担上部结构的竖向荷载为主，由CFG桩和土层来共同承担上部结构传来的荷载。CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，适用范围较大。就基础形式而言，既可适用于条形基础、独立基础，也可适用于箱基、筏基；就土性而言，适用于处理黏性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。目前，该方法已广泛用于工业厂房、民用建筑的地基处理中，若桩端具有好的持力层，经水泥粉煤灰碎石桩处理后可作为高层建筑地基。
　　三、CFG桩复合地基质量检测方法
　　CFG桩复合地基检测，可采用低应变（反射波法）动力测试CFG桩桩身完整性；静力载荷试验检测单桩及复合地基承载力。下面就简单介绍一下这两种方法：
　　1.低应变动力测试
　　将桩视为一维弹性杆件，给桩顶施加一脉冲力，产生的应力波沿桩身向下传播，当遇到桩身波阻抗变化时将产生波的反射和透射现象。通过在桩顶安装的加速度传感器接收反射信号，根据应力波反射规律分析评价桩身结构完整性同时由给定的桩长计算出桩体纵波波速。
　　检测时，首先要清理桩头，要出现新鲜的混凝土，且不可留有杂物。然后将传感器放置于距桩中心2/3半径处，锤击处位于桩顶的中心处，传感器要同桩顶位于同一平面，与桩顶垂直，用耦合剂粘结牢固。
　　根据检测结果，将桩分为四类。Ⅰ类：桩身完整；Ⅱ类：桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥；Ⅲ类：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响；Ⅳ类：桩身存在严重缺陷，应进行工程处理。
　　2.静载荷试验方法
　　竖向荷载逐渐施加于单桩桩顶承压板，桩身上部受压缩而产生相对于土体的向下位移，桩侧表面有向上的摩擦阻力，随着桩身荷载的增大，桩身压缩变形和位移量也增大，以单桩竖向抗压载荷试验Q-s曲线为基础，取该曲线的前几级荷载下沉降原始数据进行分析，进而对Q-s曲线的发展趋势作出预测。
　　加荷方式采用慢速维持荷载法；采用分级等量进行加荷，终止荷载宜大于设计承载力特征值的2倍。
　　测读桩顶沉降时间间隔：每级荷载加荷后隔5、10、15、15、15min各测读一次沉降值，以后每隔30min测读一次；
　　沉降相对稳定标准：每小时的桩顶沉降增量不超过0.1mm，并连续出现两次（以1.5h内连续三次观测值计算），则认为已达到相对稳定标准，可值加下一级荷载，每级荷载维持时间不少于2h；
　　试验终止条件：
　　（a）某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；
　　（b）某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，并经24h尚未达到相对稳定；
　　（c）已达到要求的最大加载量。
　　卸荷：每级卸载值为加载值的两倍，每级卸荷后隔15、15、30min各测读一次残余沉降，完全卸荷后维持3-4小时读记回弹量。
　　四、CFG复合地基检测中常见问题及处理措施
　　1.承压板刚度不够
　　CFG桩复合型地基的设计桩距变化大，需要检测单位备有不同尺寸足够刚度的承压板，但是多数检测单位只是采用厚度相当的钢板作为替代，达不到规范规定的承压板应具有足够刚度的要求。试验过程中，随着荷载不断增加，荷载板发生明显的中间下凹周边上翘的挠曲变形。复合地基由桩、桩间土共同承担荷载，承压板刚度不够，板下桩间土只有很少一部分承载力充分发挥，因此荷载主要由桩承担，桩过早达到极限承载力，就会导致复合地基承载力偏低，直接影响检测结果的可靠性。
　　2.褥垫层铺设不符合要求
　　CFG桩加固地基时，通常会在桩顶和基础之间设置褥垫层，其主要作用是保证桩、土共同承担荷载，使桩间土的承载力充分发挥；调整桩、土荷载分担比例；减少基础底面的应力集中。在进行复合地基静载荷试验时，一般铺设的褥垫层只是超出荷载板20cm左右，使得在加压过程中，褥垫层没有侧向约束，褥垫材料挤出，增大竖向变形；铺设褥垫层厚度不够，也会加大桩、土荷载分担比例，使桩体过多承担上部传来荷载，竖向变形增大，有时甚至在试验过程中将桩头压碎，大大降低检测结果的准确度。
　　3.试验终止荷载的控制
　　实际检测中，不少检测单位选取的最大加载值刚好是设计要求承载力的2倍，虽然是严格按照技术规范进行的，但是也会影响检测结果。《建筑地基技术处理规范》中规定，试验点≥3时，极差不超过平均值的30%时，可取平均值作为地基承载力特征值。例如：设计要求复合地基承载力特征值 200kPa。最大加载值选用设计要求的复合地基承载力特征值的 2 倍，即 400kPa，且试验结果地基承载力由1 /2最大加载值控制。3组试验结果分别为：f1= 200kPa；f2=200kPa；f3= 180kPa，极差为20kPa，平均值为 193kPa，极差与平均值之比为 10%≤30%，则复合地基承载力特征值fs，pk=193kPa，不满足设计要求的复合地基承载力特征值 200kPa。
如果适当加大最终加载值，比如选用设计要求的复合地基承载力特征值的 2. 1 倍，即 420kPa，若3组静载试验结果确定的地基承载力分别为：f1= 210kPa；f2= 210kPa；f3=180kPa。平均值为 200kPa，极差为 30kPa，极差与平均值之比为 15% ≤30%，则承载力特征值可取fs，pk= 200kPa，满足设计要求。
　　显然如果最终加载值选用设计要求复合地基承载力特征值的 2 倍，3组试验中只要有一组试验结果稍偏低就不能满足设计要求。所以，在进行复合地基静载试验，特别在试桩阶段，若加载至设计要求的 2 倍后，地基仍未破坏，则可适当多加0.5-1级荷载，以防止把本来是满足设计要求的工程可能误判为不合格。
　　4、桩身完整性的影响及处治措施
　　某高层居民建筑工程采用CFG桩复合地基，设计桩径500mm、桩长13m，采用C20混凝土，面积置换率8.16%，桩周以粉土为主。3#59桩、3#72桩因桩身浅部断裂，据低应变桩身完整性检测确定为Ⅲ类桩。为研究浅部断裂对其承载力的影响，进行了单桩复合地基静载荷试验，试验结果得合地基承载力满足设计要求。
　　分析其中CFG桩浅部断裂对复合地基承载力影响：由于CFG桩复合地基以承担竖向荷载为主，复合地基中桩体与土及褥垫层共同受力，CFG桩只是增强体，对于浅部断裂但未脱开的桩体，其竖向承载力影响较小。可通过对CFG桩进行快速静压，将可能断裂并脱开的桩连接起来，保证复合地基中桩能有效传递竖向荷载。若受水平荷载影响较大的建筑物，则应将浅部断桩全部清除后重新浇注，以保证桩体的连续完整性。
　　在上述的断桩处理过程中，只是针对浅层CFG断桩处理，如遇到断桩深度较深，则此方法并不适用，造成此类断桩原因较多，缩颈现象就是其中的一种。在施工中由于土层变化，含水量较高的土层由于震动会发生土层层间挤压滑移，是桩体局部挤压变形产生缩颈，以及有时混凝土由于搅拌过程或用料等原因造成混凝土和易性不良，导致桩体本身密度不均造成断桩。如造成此类现象，多数会形成断桩深度较深，比较常用的施工方法就是采取加桩处理。由于CFG桩是一种复合地基的处理形式，需要桩体与土体共同协调完成地基承载力要求，单桩之间一般要留有3～5的桩间距离，桩间距离太近或太远都不能达到最合理的承载力要求，因此一般有局部断桩而又不好处理时可以考虑采用加桩方法，但是首先要桩基设计部门复核一下补桩位置以及补桩大小，并给出满足承载力要求的处理方案，这是就可以在原断桩位置进行加桩处理方式，但施工中要提搞警惕，防止周围桩体由于施工操作导致桩体断裂，其次要考虑到施工震动对周围桩体产生的影响。
　　五、结束语
　　从本文的分析可以看出，CFG桩复合地基以其承载力提高幅度大，地基变形小等特点，对夯实和稳固地基有很好的帮助，被广泛应用于各种地基处理中。为保证工程质量安全，在实际工作中，应加强检测过程中各工作环节的管控，规范工程质量检测方法技术，提高检测数据结果的准确性，以确保CFG 桩复合地基的施工质量、安全性能符合规范及设计施工标准。
　　参考文献：
　　[1]孟秀英 CFG桩复合地基施工质量检测方法山西建筑-2013年13期
　　[2]吴岩谈CFG桩复合地基质量检验方法辽宁建材-2012年10期
　　[3]林静 CFG桩复合地基设计与施工中应注意的问题科技之光-2011年7期
　　[4]中国建筑科学研究院. GB50007—2012 建筑地基处理技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社

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