浅谈CFG桩缺陷的低应变识别

李国良 马连强

(铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津 300251)

1 概述

CFG桩是20世纪80年代末研发的一种新型地基处理工法。CFG是英文cement fly-ash grave的缩写,意为水泥粉煤灰碎石桩,由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和,用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比,其强度等级一般在C5～C25之间变化,是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。

CFG桩作为一种地基处理方法，其应用领域得到了极大的开发,无论是在工民建还是在公路及其轨道交通方面都得到了广泛的应用[1-4],并取得了非常好的效果。这种处理方法具有造价低、工期短、质量易控制等优点。低应变反射波法是检测CFG桩桩身完整性最常用的方法,该方法具有测试成本低、检测速度快、适应性强等优点。反射波法是以手锤或力棒等激震装置撞击桩顶,产生一纵向应力波信号沿桩身传播,由传感器拾取桩身缺陷及不同界面处的反射信号,通过一系列分析来判断桩身完整性。[5-6]

2 CFG桩常见的几种缺陷形式及产生原因

CFG桩是地下隐蔽性工程,在施工过程中常出现缩径、扩径、夹泥、离析和断桩的缺陷,而且这种桩直径一般比较小,桩身范围内没有钢筋等提高强度的材料,水平抗剪能力比较差,所以存在着浅部桩体受外力作用后容易出现裂纹的问题。CFG桩缺陷产生的原因很多,不同的地质环境,不同的施工工艺都会对缺陷的类型发生影响。以某软土地区的高速铁路为例说明其缺陷产生形式及原因。该工程路基地基处理应用了大量的CFG桩,产生缺陷的原因主要有以下几种。

(1)机械使用不当

在未做好桩身保护工作的前提下,使用大型机械(如挖土机)清除桩间土极容易造成桩头部分破坏,当桩身强度较高时,破坏部位还会相应的加深。在对该铁路路基工程CFG处理段进行检测时,发现某项目部一段区间CFG桩桩身普遍规律性的在桩头0.6～1.0 m处断裂,经调研得知该项目部为了加快清理进度,用大型挖掘机直接在桩头上开挖及行走,造成大量桩体浅部断裂。

(2)未能控制好灌注过程中的拔管速率和混合料塌落度

拔管速率太快导致桩径偏小或缩颈断桩,而拔管速率过慢又造成水泥浆分布不匀,容易形成混合料离析现象,导致桩身强度不足。

(3)未设置保护桩长

使得浮浆部分在有效桩长的范围内,致使桩头破坏。

及时发现这些桩存在的质量隐患是极其重要的。使用低应变的方法检测出这些桩的浅部缺陷是一种直接有效而且快捷的方法。在桩身完整性检测中,低应变反射波法理论依据充分、测试技术简单、波形判读直观,可以诊断桩身各种缺陷,并能确定其所在部位。

3 桩身完整性分析

在实际的检测工作中,用低应变反射法所采集的CFG桩曲线多种多样。以下提供几个工地上CFG桩检测满足要求的Ⅰ类桩与存在缺陷桩的波形信号比较。

图1 某工程K03号桩低应变曲线

图1为桩长11.0 m、桩径500 mm的CFG桩,检测仪器为PIT,反射波波形规则,波列清晰,桩底反射明显,桩身完整,为Ⅰ类桩。

图2为桩长14.0 m、桩径500 mm的CFG桩低应变实测曲线,检测仪器为PIT,反射波波形不规则,成波浪形,无桩底反射,推定为断桩。为了对推断结果进行验证,对该桩进行了开挖,显示在桩顶下0.65 m的位置桩身开裂。对该片区域进行大范围的测试,资料显示大多数桩显示的曲线为波浪形震荡,断桩位置大多集中在0.5～1.0 m处,图3为与之相邻不远的G10号桩的曲线。经与施工单位沟通,得知其在清理桩头时采用了大型挖掘机,此为造成大面积断桩的主要原因。

图2 某工程G12号桩低应变曲线

图3 某工程G10号桩低应变曲线

图4为图3所示桩取出断桩后的复测信号,反射波波形基本规则,波列清晰,能见桩底反射,桩身完整。

图4 某工程G10号桩(处理后)低应变曲线

图5是曲线桩长为9 m的一条CFG桩低应变实测曲线,桩径500 mm,测试仪器为PIT。反射波波形不太规则,可见桩底反射。经开挖原因为桩顶浮浆过多,施工单位未设置桩头保护。

图5 某工程C15号桩低应变曲线

图6为桩长13 m一条CFG桩低应变实测曲线,桩径400 mm,测试仪器为PIT。该桩在3.8 m处存在严重缺陷。已经不能准确判断桩底位置,经钻探核实,该桩在3.8 m处存在离析,并有加泥现象。这是在CFG桩施工过程中产生的缺陷,与施工中拔管速度、混凝土塌落度有直接关系。

图6 某工程C202-21号桩低应变曲线

在低应变反射法测试桩身完整性的实际测试中,还要对施工桩基场地的地层情况进行详细了解。地层对低应变曲线有直接的影响。这是由于桩所在地层介质发生变化时,对信号传递有一定的影响。

图7 某工程H05号桩低应变曲线

图7是对一根桩长为7.5 m CFG桩的实测曲线,桩径500 mm。反射波波形欠规则,桩底反射明显。地层情况：0～1.5 m为淤泥质土；1.5～6.0 m为粉质黏土；6.0～10.5 m为黏土。开挖后证实桩身完整,桩侧壁较为光滑,无缺陷。该桩为Ⅰ类桩。

4 结束语

由于工程环境及施工工艺不同,CFG桩的低应变曲线会有很大的差异性。特别是不同的工程甚至不同的施工队伍都要区别对待。但桩身完整性的缺陷反应在曲线上大致有其相似性。成功的经验就是在工程的初期进行开挖验证,将曲线与实际缺陷一一对应。这样在随后的分析中就能有的放矢,有所依据。对产生的缺陷,要分析其原因,抓住影响CFG桩的主要影响因素,在地基处理过程中加以掌控。同时,地层变化引起的曲线变化要在分析和判释的过程中予以充分考虑。

[1] 冯丽红.CFG桩在高层建筑复合地基中的[J].山西建筑,2005,31(19)：104-105

[2] 勒建军.CFG复合地基技术在公路工程中的应用[J].石家庄铁道学院学报,2006,19：82-84

[3] 刘 明.CFG桩复合地基技术在轨道交通工程中的应用[J].市政技术,2004,22(3)：170-172

[4] 孙劲松.CFG桩在时速200 km客货共线铁路上的应用[J].铁道标准设计,2006(8)：8-10

[5] 万 毅.反射波法低应变桩基检测影响因素及波形分析[J].西部探矿工程,2002(1)：46-48

[6] 齐耀文.低应变反射波法测桩技术[J].河北煤炭,2002(4)：57-58

[7] 陈 凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2003

[8] JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范[S]

[9] JGJ 79—2002 建筑地基处理技术规范[S]

[10] GB 50007—2002 建筑地基基础设计规范[S]