某住宅楼工程振动沉管ＣＦＧ桩复合地基成桩质量例析与评价

柴常峰

摘要：文章通过对某工程CFG桩复合地基成桩质量缺陷的检测实例分析，说明了低应变动力检测桩身完整性的目的仅在于查清成桩状况，当桩身存在严重缩颈缺陷的Ⅲ类桩时采用其他方法进一步确认其可用性。

关键词：复合地基；CFG桩；检测；振动沉管

中图分类号：TU753

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0188-03

当前CFG桩复合地基的常规检测方法是静荷载试验抽取总桩数的0.5％～1％，但不少于3点，低应变动力检测数量一般取CFG桩总数的10％～20％。试点应本着随机分布的原则进行选择。但在成桩质量存在明显缺陷时还没有明确的评价方法，本文就某住宅楼工程CFG桩复合地基成桩质量缺陷进行了有意义的检测分析与评价方法讨论。

一、工程简介

北京市某住宅楼工程，六层，砖混结构，无地下室，建筑面积5976.78m²。拟建筑场地原为空地，地形稍有起伏，地面标高为25.05～25.78m。设计要求地基承载力标准值不低于180kPa，天然地基承载力不能满足设计要求，需做地基加固处理。

二、工程地质概述

本地区属河流冲洪积地貌，场地地下土质变化较大，土质不均；现将本场地土质自地表向下一次概述为：粉质粘土填土①层，厚约1.70～1.00米；新近沉积层；粉质粘土②层，砂质粉土②₁层，夹有粘质粉土②层；淤泥质粉质粘土③层，夹有砂质粉土③₁层；粉细砂土④层，局部夹有砂质粉土④，层；砂质粉土⑤层，夹粉质粘土⑤层；一般第四纪沉积层：砂质粉土—粉砂土⑥层，局部夹有粉质粘土⑥₁层和粉质粘土⑥₂粉细砂土⑥₃层；粘质粉土—砂质粉土⑦层，与粉质粘土⑦₁层互层；粉砂—细砂土⑧层。该场地的详细地质剖面图如图1所示。

三、CFG桩复合地基的设计与施工

经设计计算，该工程采用CFG桩复合地基，共449根桩，桩径φ400ram，有效桩长7.5m，保护桩长0.5m，桩身砼强度等级为C25。

该工程复合地基CFG桩采用振动沉管施工。振动沉管CEG桩施工工艺属于非排土成桩工艺，主要适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。它具有施工操作简单，施工费用较低、对桩间土的挤密效应显著等优点。但是，振动沉管打桩机成桩也有其缺点，如施工控制不好，可能会发生缩颈和断桩，存在难以穿透厚的硬土层如砂层、卵石层等、振动及噪音污染严重、振动对临近已有建筑物可能产生不良影响、在饱和粘性土中成桩会造成地表隆起挤断已打桩、在高灵敏度土中施工可导致桩间土强度的降低、施工中混合料从搅拌机到桩机进料的水平运输一般为翻斗车或人工运输以致效率相对较低等问题。

该工程复合地基CFG桩的桩长(含保护桩长)为0.8m，总桩数为449根。根据CFG桩施工原始记录统计分析表明：成孔时间约为5～10min，其中称孔时间5～6min的孔为255根，占总孔数的51％，成孔时间7～10min的为24根，占总孔数的49％；成桩时间也约为5～10min，其中成桩时间为5min的桩为342根，占总桩数的76％，成桩时间为8～10min的桩为107根，占总桩数的23％。该工程复合地基CFG桩施工日期为2001年3月21日至2001年4月1日。

四、CFG桩复合地基加固效果的检测及评价

为检测CFG桩复合地基的加固效果和施工质量，在桩体强度满足荷载试验条件时，开挖基槽，将桩头凿去浮浆，清至桩顶标高，进行了如下检测：(1)单桩复合地基静荷载试验三个试点，要求复合地基承载力标准值不小于180kPa，压板面积为1.6m×1.6m；(2)低应变动测桩身完整性，检测桩数共94根，占总桩数的20.9％。

单桩复合地基的三个静载荷试验桩点为339#、212#和79#，其中212#试点在135kPa时的沉降量为3.95mm，而在180kPa荷载时的沉降量≥60mm，低应变动测和开挖查明在距桩顶0.8～1.0m处桩身有严重缩颈，并被荷载试验时压断。为此，在212#式点的附近又选择199#和244#两个点做静载试验。静载试验结果见表1：

静荷载试验结果表明，除212#试点桩身被压断需进行处理外，其余四个试点对应使用荷载180kPa时沉降量均小于10mm，对应二倍使用荷载360kPa时沉降量为25～42mm，均未出现陡降，复合地基承载力满足设计要求。

在静荷载试验的同时，随机抽取了本工程CFG桩总桩数的20.9％共计94根进行低应变动测桩身完整性，其中Ｉ类完整桩11根，占抽检总数的11.7％，Ⅱ类轻度缺陷桩19根(不影响正常使用)，占抽检总数的20.2％，Ⅲ类严重缺陷桩64根，占抽检总数的68.1％。本工程Ⅲ类严重缺陷桩的典型动测时域曲线如图2所示，表现为高幅值大低频振荡，推定为桩身浅部的严重缩颈。开挖9根桩的结果进一步查明，8根桩存在桩身浅部自桩顶以下0.5～1.2m范围内的严重缩颈，桩横截面收缩了约20％～44％。由于是极浅部的缺陷，反射波无法正确测量，高频信号传不下去，测试范围有限，看不到桩底反射，无法进一步判断桩身中下部的完整情况。

该Ⅲ类桩是桩身存在严重缩颈的桩，是有待于用其它方法进一步确认其可用性的桩。由于静载试验的339#、79#、199#和244#桩也均为Ⅲ类桩，可初步判定此Ⅲ类桩的单桩复合地基承载力能够满足设计要求。因此，不能轻率地因为Ⅲ类桩的比例高达68.1％而对该CFG桩复合地基做全盘否定。

为了进一步对动测结果中的Ⅲ类桩进行全面确切评价，在做进一步的检测工作之前对该工程CFG桩施工的原始记录进行了分析。对全部449根桩成孔后的振拔成桩的统计表明，成桩时间约为5～10min，其中成桩时间5min的桩为342根，占总桩数的76％，成桩时间为8～10min的桩为107根，占总桩数的23％。

根据阎明礼对振动沉管CFG桩施工工艺研究试验表明，拔管速率太快将造成桩径偏小或缩颈断桩，大量工程实践得出的结论是拔管速率为1.2～1.5m/min是适宜的。而本工程桩长8.0m(含0.5m保护桩长)的成桩时间发部分为5min，其偏高的1.6m/min拔管速率是造成此CFG桩普遍缩颈的根本原因。

据此对CFG桩施工原始记录的分析表明，随即抽取总桩数的20.9％进行低应变动测桩身完整性得出的Ⅲ类桩的比率是可靠的，进一步加大动测得抽取比例还应是与此一致的结果：

Ⅲ类严重缺陷桩的比率及其可用性已经得到了初步判定，为确切评价其可用性，第二批随即抽取了4.7#,320#、136#、77#和25#五个试点进行静载荷试验。其中25#、77#和136#为Ⅲ类桩，320#为Ⅱ类桩，407#为未做过动测得桩，除407#试点的压板面积为1.4m×1.4m外，其余4个试点的压板面积均为1.6m×1.6m，检测结果见表2：

第二批静荷载试验结果表明，除了136#试点外，其余4个试点对应使用荷载180kPa时沉降量均小于10mm，对应二倍使用荷载360kPa时沉降量为11～28mm，均未出现陡降。而136#试点对应使用荷载180kPa是的沉降量为15.24mm，且在二倍使用荷载范围内的沉降曲线呈缓变形，按相对变形量s/b=0.01判断其复合地基承载力基本值为183kPa。故五个试点的复合地基承载力均满足设计要求，也即Ⅲ类桩的进一步静荷载试验表明其单桩复合地基承载力能够满足设计要求。

动测结果和两批静载试验后，在基槽勘验中发现，基槽中部的136#和211#试点的周围存在局部较软弱回填土，厚度约0.5m左右，故决定将此软弱回填土进行换填以使地基的变形更均匀。

五、结论

1.复合地基的桩土共同作用更明显，虽然本工程通过20.9％的抽样率检验出68.1％的CFG桩为Ⅲ类桩，但我们并未简单的否定该地基，慎重起见经先后两批单桩复合地基静荷载试验结果表明，该复合地基尚能满足设计要求。因此在复合地基的桩身完整性动测中出现大批率的Ⅲ类桩时，不能简单地将该复合地基判断为不合格，而应采用其他方法进一步确认其可用性。

2.反射波法对桩身极浅部的缩颈缺陷无法正确测量，现场开挖的8根存在极浅部严重缩颈缺陷的桩表明了其动测时域曲线表现为高幅值大低频振荡。

3.振动沉管CFG桩施工工艺中拔管速率是影响成桩质量的重要因素之一，适宜的拔管速率为1.2～1.5m/min。拔管速率太快将造成桩径偏小或缩颈断桩。