徐 亮,李 建,李小泉

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱,主要用于加固軟土地基,一般有3種成樁施工方法:(1)長螺旋鉆孔灌注成樁;(2)振動沉管灌注;(3)長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注。該樁具有沉降變形小、施工簡單、造價低、承載力提高幅度大、適用范圍較廣等特點(diǎn)。

某擬建場地內(nèi)地形平坦開闊,建筑物主要由多棟多層和低層建筑構(gòu)成,因天然地基承載力不滿足設(shè)計承載力要求,經(jīng) CFG樁、換填、振沖碎石樁等多種方法在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保等多方面的綜合比較,最終設(shè)計采用 CFG復(fù)合地基加固方案。

1.1 靜載荷試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按照 JGJ106-2003《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》,使用平板結(jié)構(gòu)反力架,用堆載方法并分級加載進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)地基樁型的不同計算不同的置換率,確定不同的承壓板直徑或邊長。本次檢測試驗(yàn)所需承載板共分為 4種:d=0.88m×0.88m圓板,b=0.8m×0.8m、0.9m×0.9m、1.0m×1.0m方板。設(shè)計地基承載力為250kPa。試驗(yàn)確定最大加載荷載不小于 2倍設(shè)計值,即大于 500kPa。試驗(yàn)之前先進(jìn)行預(yù)載,預(yù)載量為分級荷載的一半。當(dāng)在連續(xù)兩小時內(nèi)每小時的沉降量小于 0.1mm時,認(rèn)為已趨穩(wěn)定,之后卸載。校正數(shù)據(jù)采集起始數(shù)據(jù)后正式開始檢測。分級荷載為試驗(yàn)最大荷載的1/10,第一級加載為分級荷載的2倍。每級荷載施加后按第10、20、30、45、60min測讀沉降量,以后每隔 30min測讀一次。當(dāng)在連續(xù)兩小時內(nèi)每小時的沉降量小于0.1mm時,則認(rèn)為已趨穩(wěn)定,可加下一級荷載。最后一級荷載仍以此為穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。卸荷分級進(jìn)行,每級卸載量取加載時分級荷載的 2倍,逐級等量卸載。

1.2 試驗(yàn)成果分析及承載力特征值的確定

(1)未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)時承載力特征值的確定。

(2)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)時承載力特征值的確定。

2 某 CFG樁復(fù)合地基靜載檢測成果分析

2.1 場地基礎(chǔ)地質(zhì)條件

在場地勘察鉆探揭露的深度內(nèi),地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層 ()、上更新統(tǒng)沖洪積層組成,主要地層結(jié)構(gòu)(自上而下)見表1。

表1 主要地層結(jié)構(gòu)

表2表明:②層粉土和③層粉質(zhì)黏土層孔隙比為 0.645～0.917,壓縮模量為 5.96～17.99MPa,黏聚力為 7～28kPa,內(nèi)摩擦角為 14.3°～19.0°,屬于軟土地基,承載能力不能滿足要求,需進(jìn)行處理。

2.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計概況

依據(jù)前期勘探成果,設(shè)計要求挖除填土層及耕植土,對粉土、粉質(zhì)黏土采用 CFG樁處理。樁徑設(shè)計為 350mm,采用取土成孔灌注成樁法,采用正方形、矩形或梅花形布樁,樁芯距基礎(chǔ)邊線不小于0.20m,平均樁長 3.2m。樁體材料配合比根據(jù)試配按樁體強(qiáng)度 C10確定。設(shè)計要求復(fù)合地基承載力fspk大于 250kPa,變形模量不小于 14MPa。設(shè)計采用的地基土 CFG樁基參數(shù)見表3。

CFG樁樁端應(yīng)進(jìn)入松散卵石或稍密卵石層不少于 0.50m,保證有效樁長不小于 2.5m。在施工過程中應(yīng)根據(jù)基底下土層的軟硬實(shí)際分布情況進(jìn)一步調(diào)整樁長。

CFG樁在樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層,褥墊層厚度約 200mm,褥墊層材料采用級配良好砂石(密實(shí)度 90%)。

表2 粉土、粉質(zhì)黏土層試驗(yàn)成果

表3 地基土CFG樁設(shè)計參數(shù)取值 kPa

2.3 CFG樁靜載檢測成果分析

為檢驗(yàn) CFG樁施工工藝及復(fù)合地基加固效果,檢驗(yàn)復(fù)合地基承載力是否達(dá)到設(shè)計要求,靜載試驗(yàn)前對樁身進(jìn)行了低應(yīng)變檢測,選取有缺陷的Ⅲ、Ⅳ類樁進(jìn)行靜載檢測。每棟選取 3個點(diǎn)進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

表4為 62號樓檢測成果。

表4 62號樓靜載試驗(yàn)成果

從試驗(yàn)所得 P～S曲線看(見圖 1～3),在最大加載壓力范圍內(nèi),地基土仍處于線性變形階段內(nèi),未出現(xiàn)比例界限點(diǎn)和極限荷載點(diǎn) (無拐點(diǎn))。按(JGJ106-2003)規(guī)定,未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)時,對水泥粉煤灰碎石樁或夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基,對以卵石、圓礫、密實(shí)粗中砂為主的地基,可取 s/b或 s/d等于0.008所對應(yīng)的壓力;對以黏性土、粉土為主的地基,可取 s/b或 s/d等于 0.01所對應(yīng)的壓力。

經(jīng)綜合分析判斷,在此次檢測中取s/b=0.01時所對應(yīng)的荷載為承載力特征值,分別為218.0kPa、336.0kPa、340.0kPa。規(guī)范要求承載力特征值不應(yīng)大于最大加載值的一半,而三根樁最大加載值的一半分別為 251.1kPa、279.0kPa、275.2kPa,以取小值為原則,最后確定復(fù)合地基承載力特征值為218.0kPa、 279.0kPa、 275.2kPa。 平 均 值 為257.4kPa,各點(diǎn)的級差與平均值之比分別為15.31%、8.39%、6.92%;均小于 30%,所以該棟地基的承載力特征值取三根樁的平均值,即 fak≥257.4kPa,滿足設(shè)計要求的 fak=250kPa的要求。

表5為 60號樓檢測成果,圖 4～6為 P～S曲線。

(JGJ106-2003)規(guī)定,在試驗(yàn)加載過程中,出現(xiàn)下列情況之一時,即可終止加載:

圖1 62號樓 29號樁 P～S曲線

圖2 62號樓 181號樁 P～S曲線

圖3 62號樓 206號樁 P～S曲線

表5 60號樓靜載試驗(yàn)成果

(1)沉降急劇增大,土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起;

(2)承壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%;

(3)當(dāng)達(dá)不到極限荷載,而最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力值的 2倍。

對成果進(jìn)行分析可以看出,29號點(diǎn)選用的承載板直徑為 80cm,其寬度的 6%為 48.00mm,而加載至 411.3kPa時,總沉降量為 48.47mm,超過了承載板直徑的 6%,所以可以終止試驗(yàn)。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合 P～S曲線分析,29號點(diǎn)在加載至 200kPa時,出現(xiàn)明顯的陡降,即出現(xiàn)拐點(diǎn)。規(guī)范中指出“根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定:該點(diǎn)為陡降型 P～S曲線,取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值為承載力特征值”。從圖中可知,發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)為 151.0kPa,所以確定的該點(diǎn)承載力特征值為151.0kPa。而 180點(diǎn)和 205點(diǎn)樁均屬于緩變型 P～S曲線,即無明顯拐點(diǎn),其承載力特征值的確定與前述一致,不再贅述。這二點(diǎn)的承載力特征值分別為267.7kPa、255.0kPa。 3點(diǎn)平均值為:224.6kPa,各點(diǎn)的級差與平均值之比分別為 32.77%、19.2%、13.54%,29號點(diǎn)級差超過了平均值的 30%,故該棟地基的承載力特征值不能取三根樁的平均值。對29號點(diǎn)進(jìn)行分析并在現(xiàn)場挖開檢查發(fā)現(xiàn),該樁地下部分距樁頂約 1.2m,出現(xiàn)明顯斷樁,印證了試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題。隨后對該樁進(jìn)行工程處理,并對該棟地基加倍抽檢了 2點(diǎn),其承載力特征值分別為271.3kPa、272.5kPa,與 180號和 205號樁兩樁成果進(jìn)行 4點(diǎn)平均,平均值為 266.6kPa,且各點(diǎn)級差與平均值之比均小于 30%,符合要求。最后確定該棟樓地基承載力特征值 fak=266.6kPa,滿足設(shè)計要求的 fak≥250kPa的要求。

圖4 60號樓 29號樁 P～S曲線

圖5 60號樓 180號樁 P～S曲線

圖6 60號樓 205號樁 P～S曲線

綜合本工程檢測的 150余組載荷成果,多為“A”型(即緩變型)為主,這正反映該地層下 CFG樁自身特點(diǎn)及工程特性。

3 檢測方法及有關(guān)問題探討

3.1 預(yù)載的問題

《規(guī)范》中對預(yù)載問題未加以規(guī)定。總結(jié)此次150余組成果后,我們認(rèn)為復(fù)合地基載荷試驗(yàn)所得出的沉降量是確定承載力的重要指標(biāo),而承壓板下的褥墊層將造成沉降量明顯增加,應(yīng)規(guī)定先預(yù)載,以消除松散的褥墊層的沉降量。建議“試驗(yàn)前應(yīng)先進(jìn)行預(yù)載,預(yù)載量宜為分級荷載的一半,待沉降穩(wěn)定后,重新開始試驗(yàn)?！?/p>

3.2 級差超限的問題

《規(guī)范》規(guī)定“檢測數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的 1%,且不應(yīng)小于 3根?！薄爱?dāng)滿足級差不超過平均值的30%時,可取其平均值為復(fù)合地基的承載力特征值?！薄阿纛悩稇?yīng)進(jìn)行工程處理”。

以此次檢測中的 60號樓 29號點(diǎn)為例,承載力特征值為 218.0kPa,就單個點(diǎn)來說,該樁不能滿足設(shè)計 fak≥250kPa的要求,那么該點(diǎn)是否需要加固處理呢?

分析認(rèn)為:該點(diǎn)的級差與平均值之比為15.31%﹤ 30%。低應(yīng)變結(jié)果顯示,29號樁為Ⅲ類樁。規(guī)范中對檢測樁數(shù)的規(guī)定已充分考慮了樁的承載力的不均勻性,該棟地基的承載力特征值 fak=257.4kPa,滿足要求,是合格的。所以不需要對 29號點(diǎn)進(jìn)行加固處理。

此外,如果級差超過平均值的 30%時該如何處理,規(guī)范未作規(guī)定。

以此次檢測中的 62號樓 29號點(diǎn)為例,其承載力特征值為 151kPa,級差與平均值之比為 32.77%,大于 30%,挖開后發(fā)現(xiàn)距樁頂 1.2m處出現(xiàn)明顯斷樁,需要對其進(jìn)行工程處理。同時對該棟地基,加倍抽檢 2根樁,取 4根符合要求樁的平均值為該棟地基的承載力特征值。

為確保建成后的地基質(zhì)量,建議增加“當(dāng)級差超過平均值的 30%時,應(yīng)對此樁進(jìn)行處理,并加倍抽檢。再次試驗(yàn)后,如其承載力特征值的級差不超過平均值的 30%時,則取平均值為復(fù)合地基承載力特征值?！?/p>

3.3 卸荷觀測的重要性

規(guī)范中只提到了卸載的方法,并未說明如何利用及其重要性,因此在實(shí)際檢測工作中,有些單位往往省略了卸載觀測。事實(shí)上卸載觀測對于正確判斷樁在荷載作用下的工作性狀非常重要。樁的變形分幾個階段,即近似彈性、彈塑性和塑性。在荷載作用下,樁的變形究竟處在何種階段,僅從沉降變形上判斷是不完全的,因?yàn)樵诔两底冃坞A段很難發(fā)現(xiàn)樁的彈性變形,而彈性變形只能從卸載回彈中觀測,一根樁究竟在某級荷載下的變形是彈性變形占主要還是塑性變形占主要,通過卸載觀測便可知曉,所以卸載觀測在整個載荷試驗(yàn)中是很重要的一環(huán),應(yīng)加以重視。

3.4 觀測過程中的問題

傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)采用人工加荷、人工觀測的方法,要求觀測人員責(zé)任心強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)豐富。但是載荷試驗(yàn)的觀測過程時間較長且需要連續(xù)讀數(shù),人工加荷、觀測難免會有差錯和疏漏。眾所周知,一般情況下每級載荷作用下,變形主要發(fā)生在加載后的 1～2h內(nèi),在穩(wěn)荷過程中發(fā)生的沉降只占一小部分,因此在加荷后的 1h內(nèi),穩(wěn)荷精度很重要,如果采用人工穩(wěn)荷可能造成穩(wěn)荷速度慢,精度低,故應(yīng)提倡采用全自動電腦控制的加荷觀測方式。此次試驗(yàn)全程采用了自動加荷及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以排除人為因素,提高試驗(yàn)成果的質(zhì)量和精度。

4 建 議

本文通過對 150余組 CFG樁靜載試驗(yàn)的分析討論,對以往試驗(yàn)過程及成果分析中的不完善之處得出以下四方面的認(rèn)識:

(1)關(guān)于預(yù)載問題,建議在試驗(yàn)過程中增加“試驗(yàn)前應(yīng)先進(jìn)行預(yù)載,預(yù)載量宜為分級荷載的一半,待沉降穩(wěn)定后,重新開始試驗(yàn)?！?/p>

(2)關(guān)于級差超限的問題,建議“當(dāng)級差超過平均值的 30%時,應(yīng)對此樁進(jìn)行處理,并加倍抽檢。再次試驗(yàn)后,如其承載力特征值的級差不超過平均值的30%時,則取平均值為復(fù)合地基承載力特征值。”

(3)規(guī)范中只提到了卸載的方法未說明如何利用及其重要性。建議對于卸載的問題應(yīng)加以重視,明確要求必須進(jìn)行卸載觀測。

(4)應(yīng)盡可能使用自動加荷及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),避免人為因素對靜載過程的影響,以提高試驗(yàn)成果的質(zhì)量和精度。