吴清民
(安徽省建设工程测试研究院有限责任公司, 安徽 合肥 230000)
CFG桩复合地基采用水泥粉煤灰碎石作为增强体的一种复合地基, 适用于处理粘性土、 粉土、 砂土和自重固结已完成的素填土地基。 利用增强体承载力高, 通过增强体和土体共同受力, 从而提高整体地基承载力, 同时由于CFG桩造价低, 施工快, 具有较高的经济效益, 在建筑工程中被大量使用。 本文通过某工程CFG桩试桩的检测, 探讨了土层差异对CFG桩复合地基增强体单桩竖向抗压承载力的影响, 以及探讨了施工前试桩的必要性。
某工程1#楼框架剪力墙结构, 地上20 层, 地下1层, 筏板底位于③层粉质粘土, 地基承载力特征值160kPa, 该层不能满足本工程地基承载力和沉降变形的要求, 设计根据综合考虑, 对④层粉土采取加强处理措施, 即采用CFG桩复合地基处理方案。 根据设计要求, 处理后复合地基承载力特征值不小于380 kPa,单桩承载力特征值800kN, CFG桩正方形布置, 桩间距1.6m。
①层素填土: 松散~稍密, 稍湿~湿, 主要成分为粘性土, 含植物根系及少量淤泥质土等。 层厚0.80~2.80m; ②层粘土: 硬塑状态(局部坚硬状态),干强度高, 韧性高。 层厚1.00 ~6.80m。 该层在场地内分布普遍; ③层粉质粘土: 灰黄、 青灰色, 可塑状态, 摇振反应无, 光泽反应稍有光泽, 干强度中等,韧性中等。 该层在场地内局部分布; ④层粉土: 密实状态, 摇振反应中等, 光泽反应无, 干强度低, 韧性低, 下部含少量粉细砂。 揭露厚度1.30 ~13.60m; ⑤层粘土: 硬塑~坚硬状态, 干强度高, 韧性高, 局部夹可塑~硬塑状态粉质粘土。 揭露厚度5.80 ~12.90m; ⑥层强风化泥质砂岩: 密实状态, 粉砂质结构, 遇水易软化, 局部含有砾石及少量中风化碎块等。 层厚2.80 ~3.20m; ⑦层中风化泥质砂岩: 泥质胶结, 岩石饱和单轴抗压强度 (fr) 标准值为0.97MPa, 岩石坚硬程度为极软岩, 粉砂质结构, 层状构造, 完整程度属较完整, 岩体基本质量等级为Ⅴ级。 该层未揭穿, 揭露厚度5.20 ~7.60m。
根据本项目勘察报告揭露, ③层粉质粘土和④层粉土土体物理力学性能较差, 且承压水分布于④层粉土, 具有弱承压性。
根据本工程的岩土勘察报告, 本次勘察对场地地层做了标贯试验、 静力触探试验及波速测试, 并取岩土样进行了岩土工试验。 对场地地基岩土的物理力学性质指标进行分析、 计算和统计, 其结果见“地基土物理力学指标数理统计表”。 地基岩土的地基承载力及设计主要参数一览表如表1。岩土勘察报告CFG桩设计参数见下表2。
表1 各土层物理力学参数表
表2 各土层CFG桩设计参数表
根据《建筑地基处理技术规范》 JGJ79—2012 和本工程岩土勘察报告的CFG桩岩土参数, 本工程CFG桩桩径拟选取为400mm, 桩长设计为16m, 桩身混凝土强度初步设计为C25, 单桩竖向抗压承载力极限值Q可按下式计算,
桩身主要在④层粉土和⑤层粘土中, 桩端持力层为⑤层粘土, 根据规范和地区经验α=1.0, 桩长16m, 桩端持力层为⑤层粘土, 根据土层分布和岩土参数计算, 估算得出单桩承载力极限值为: Q=3.14×0.4 ×(14 ×66 +2 ×90) +1.0 ×5500 ×3.14 ×0.2=2076kN, 故根据土层参数计算的单桩承载力满足设计承载力要求。
根据《建筑地基处理技术规范》 JGJ79—2012 和设计参数, 复合地基承载力按下式计算。
f=0.90 ×0.049 ×800/0.1256 +0.95 × (1 -0.049) ×220 =478kPa, 通过计算满足设计要求的复合地基承载力要求。
由于该工程基础等级为甲级, 同时本工程采用CFG桩复合地基, 周围无类似工程经验, 再加上本项目地层差异大, 桩身部分土层含水量大, 为确保施工工艺可行性和验证设计参数, 根据《建筑桩基检测技术规范》 JGJ106—2014 (以下简称规范) 和设计的要求, 工程桩施工前进行试桩试验。 根据CFG桩设计参数施工了3 根试桩。 试桩达到龄期后, 由于受场地条件的影响, 采用单桩竖向抗压静载实验对3 根试桩承载力进行检测。 静载试验采用堆载法, 并采用慢速维荷法。 根据试桩静载试验数据如下图1。
图1 试桩静载实验数据
根据3 根桩试验结果, 3 根桩Q-s曲线均为陡降型曲线, 根据规范的规定, 取陡降的起始点作为该试桩极限承载力, 三根桩单桩竖向抗压承载力极限值取值分别为1280kN, 1152kN, 1280kN, 均不满足设计要求。
针对试桩承载力不能满足设计要求, 根据现场情况, 进行以下分析: 1) 对施工单位施工记录进行分析, 施工过程无异常情况。
2) 对桩身完整性进行低应变法检测, 3 根试桩低应变检测曲线如下图2。
图2 试桩底应变检测曲线
通过对3 根试桩低应变曲线进行分析, 3 根试桩桩身均无异常反射, 桩身完整性均为Ⅰ类。
3) 进一步根据勘察报告进行复核计算也没有问题。
后根据各方讨论, 决定对该栋楼区域进行补勘,补勘结果发现该栋楼区域土含水量大, 土质较其它区域差异较大。 可能由于勘察孔布置局限性, 没有准确反应该栋楼区域的土质情况, 同时由于桩基施工队伍现场施工人员素质较低, 同时现场疏于管理, 对试桩的土质异常情况没有重视, 没有发现土质异常情况,导致原设计试桩承载力不能满足设计要求。
设计根据勘察单位对该栋楼区域的地层进行补勘的结果, 重新进行了复合计算, 将CFG桩桩长有原来的16m, 调整为20m。 重新施工3 根试桩, 考虑到本栋楼土质较差, 桩长较长, 试验前对3 根试桩完整性进行低应变检测, 低应变检测结果如下图3。
图3 底应变检测结果
通过对以上3 根试桩低应变曲线进行分析, 桩身完整性均为Ⅰ类, 后对该3 根试桩进行了堆载法单桩竖向抗压静载试验, 试验结果如图4。
图4 堆载法单桩竖向抗压静载实验
根据试验结果, 3 根桩均加载1600KN时, Q-s曲线均为缓变型曲线, 根据规范规定, 3 根试桩单桩竖向抗压承载力均能达到设计要求的1600kN。
工程桩的施工参数按后面调整后的参数进行施工, 由于该栋楼土质较差, 施工过程中制定了针对这栋楼的施工方案, 如使用混凝土中心压灌浇筑混凝土, 同时控制拔管速度等, 确保沉桩质量。 为检验施工质量, 施工完成后, 根据规范, 分别抽检3 根桩进行单桩复合地基静载实验和单桩竖向抗压静载试验,承载力均满足试验, 并按设计和规范要求, 抽检20%的桩进行低应变法完整性检测, 桩身完整性符合规范要求。 最后出具汇总报告, 通过质检验收, 并顺利进入下一步工序的施工。
本工程由于勘察布孔的局限性等因素的影响, 局部土质异常情况没有准确反映, 导致试桩承载力不满足设计要求。 本工程根据规范和设计要求, 在工程桩施工前, 施工了试桩, 通过试桩试验及时发现了问题, 设计根据试桩结果调整了设计参数, 从而避免了后期工程桩施工出现问题, 避免了工程在经济上和工期上的损失。 从而工程前的试桩还是很有必要的。
1) 确定选择桩型和施工工艺是否满足本工程场地的要求, 避免桩基全面施工后发现桩型或施工工艺不适合本场地, 此时再改桩型将会给工程工期带来较大的损失。
2) 根据试桩单桩竖向静载试验确定试桩极限承载力。 由于地质报告提供的参数很多都是经验参数,往往偏保守, 同时试桩试验能得出准确的试桩承载力, 从而可以提高单桩承载力, 降低桩的参数, 或减少桩的数量, 降低了工程成本。 勘察单位提供的参数很多都是经验值, 再加上很多土体参数都是通过室内试验推测的, 有的土体运到实验室可能已经扰动了,不能代表原状土的性质, 现场的原位测试较少, 以及勘察孔的布置等, 受上面因素的影响, 很难得出准确的参数。 当没有成熟参考经验时, 最后只能通过试桩试验验证设计参数, 及时调整设计参数, 防止工程桩施工后, 发现问题了, 这样不管从工期上和经济上都将会给工程带来较大的损失。
规范也规定了以下情况下要进行施工前试桩: ①设计等级为甲级; ②无相关试桩资料可参考的设计等级为乙级的桩基; ③地质条件复杂、 基桩施工质量可靠性低; ④本地区采用的新桩型或新工艺成桩的桩基。
在实际的工程中, 有些可能考虑工期, 经济等因素, 没有施工施工前的试桩。 结果造成, 有的没有优化设计, 导致工程成本的提高; 有的工程桩施工, 工程桩承载力达不到设计的要求; 有得工程桩成桩质量出现了问题。 所以针对项目具体情况, 施工工程前的试桩还是很有必要的。
工程桩施工前的试桩, 既能检验施工工艺能否适应项目土质的要求, 又能检验设计的参数是否满足设计要求, 同时也能优化设计, 达到节约成本的目的,因此工程桩施工前的试桩还是很有必要的。