关于河口渡槽水泥粉煤灰碎石桩（CFG）复合地基承载力检测方法和检测结果分析

任瑞君

（长治市襄屯灌区管理局 山西长治046011）

长治市襄屯灌区河口渡槽位于襄垣县河口村，其中4号～14号排架采用CFG桩复合地基，桩径400 mm，桩长2.36～5.97m不等，桩距1.78m，呈梅花型布桩，每个排架设计桩数18根，4号至14号排架共198根，要求地基处理后复合地基承载力特征值不小于120 kPa。

1 原场地工程地质条件

1.1 地层划分及岩性特征

根据地质勘察单位提供的《长治市襄屯灌区河口渡槽岩土工程勘察报告》，按岩性时代特征、力学性质等，将地基自上而下分为5层，现分述如下：

第①层粉土（Q4）：该土层厚度为1.30～4.00 m，层底高程为863.80～866.50 m，该土层含木炭粒、煤屑、植物根、小砖粒、煤灰粒、砂土等。该层地基土承载力特征值为95kPa。

第②层粉土（Q4）：该土层厚度为3.40～5.70 m，平均厚度4.20 m，层底埋深6.50～7.40 m，层底高程为860.00～863.10 m。红黄、灰褐色，湿，中密。含钙质粉未，局部地段为圆砾、砂土透镜体。该土层摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。该层地基土承载力特征值为105kPa。

第③层粉土（Q3）：该土层厚度为3.60～9.00 m，平均厚度6.80 m，层底埋深11.40～15.50 m，层底高程为851.30～857.80 m。褐红、黄红色，湿，中密。含零星锰斑，小钙质结核，局部地段为砂土、粉质黏土透镜体。该土层摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。该层地基土承载力特征值为145kPa。

第④层粉质黏土（Q2）：为一般黏性土，中等压缩性。灰黄、黄色，硬塑～坚硬。局部地段为砂土透视镜。该土层无摇震反应，断裂面稍有光滑，干强度中等，韧性中等。该层地基土承载力特征值为190 kPa。

第⑤层圆砾（Q2）：该土层最大揭露厚度为3.10 m。密实，磨圆中等，分选一般。该层地基土承载力特征值为250 kPa。

1.2 地基土湿陷性评价

4号～14号排架地基处理深度范围内不考虑湿陷性影响。

2 检测任务和目的

1）任务:本次单桩复合地基静载荷试验共作3组，占总桩数的2.0%，低应变检测198组。

2）目的：检测地基处理后复合地基承载力是否满足设计要求，判定桩身完整性（缺陷程度及其位置）。

3 单桩复合地基静载荷试验方法

3.1 试验设备

试验设备见表1。

表1 检测设备配备一览表

3.2 试验方法

采用慢速维持荷载法，堆载作反力,油压千斤顶加荷，沉降量由百分表测量。试验前将桩顶及桩间土开挖至设计基础底面标高，承压板底面铺设50 mm厚粗砂垫层。将承压板中心对准桩心，油压千斤顶平放在承压板上，在承压板上按正交直径方向安置承重平台及配载，用千斤顶控制逐级加荷（见图1静载荷试验提供反力装置图）。按照JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》，具体操作如下：

图1 静载荷试验提供反力装置图

1）加荷分级：要求最大加荷量为240 kPa，每级加荷为最大加荷量的1/10（24kPa）。

2）沉降观测时间:每加一级荷载P，在加载前后均读记承压板沉降值s一次，以后每半个小时测读一次，当一小时内沉降量小于0.1mm时，即可加下一级荷载。

3）当出现下列情况之一时终止试验：

①沉降急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显隆起。

②累计沉隆量已大于压板宽度和直径的6%。

③当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。

4）卸载及卸载沉降观测：卸荷分为5级等量进行，每卸一级，间隔半小时，记录回弹量，待卸完全部荷载后间隔三小时读记总回弹量。

3.3 复合地基承载力特征值的确定原则

依据现场检测人员进行的卸载沉降记录，绘制压力—沉降曲线（p～s）（详见图2，1号检测桩压力—沉降曲线（p～s）示意图），根据规范规定：当压力—沉降曲线（p～s）上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，取极限荷载的一半；当压力—沉降曲线（p～s）是平缓的光滑曲线时，取s/b=0.008所对应的压力，且不大于最大加载量的一半；当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为复合地基承载力特征值。

图2 1号检测桩压力—沉降曲线

4 低应变检测方法

4.1 检测设备

RSM-PRT型智能低应变仪，加速度传感器，笔记本电脑，12磅手锤。

4.2 测试原理

本次测试采用反射波法。根据一维波动理论，在桩顶安装好速度传感器，然后用手锤敲击桩顶激发应力波，波沿桩身向下传播，当桩身存在波阻抗差异界面时（扩径、缩径、断桩、强度差异，桩底），应力波就产生反射和透射，反射回桩顶的应力波经速度传感器将振动号转化为电信号输入测桩仪采集离散放大，放大后的信号输入计算机显示存储。根据测试曲线的相位，频率等特性分析判断桩身完整性。根据JGJ106-2003《建筑基桩检测技术规范》，桩身完整性分类标准见表2。

表2 桩身完整性分类标准

5 单桩复合地基静载荷试验成果评价

根据复合地基静载荷试验数据，经回归分析修正，得荷载-沉降关系（见1号检测桩压力—沉降曲线（p～s）示意图）。

检测结果分析如下：

1号（5-10）试验点，最大加荷240 kPa，总沉降量4.34mm，p～s曲线平缓，综合分析，复合地基承载力特征值为120 kPa；

2号（12-14）试验点，最大加荷240 kPa，总沉降量4.58mm，p～s曲线平缓，综合分析，复合地基承载力特征值为120 kPa；

3号（10-12）试验点，最大加荷240 kPa，总沉降量4.81mm，p～s曲线平缓，综合分析，复合地基承载力特征值为120 kPa；

以上各点极差不超过平均值的30%时，取其平均值复合地基承载力特征值为120 kPa。

6 低应变动力检测成果评价

6.1 第一次低应变检测

本次工程进行低应变检测198根，桩身波速介于2098-4017m/s之间。Ⅰ类桩148根，占检测桩总数的74.75%，Ⅱ类桩3根，占检测桩总数的1.51%，Ⅳ类桩47根，占检测桩总数的23.74%。

6.2 第二次低应变检测

根据现场观察第一次低应变检测中出现的Ⅳ类桩都是因施工过程中碰撞造成的浅部断裂，为进一步确定浅部断裂下成桩效果，对第一次低应变检测中断桩部位距桩顶小于30 cm的47根Ⅳ类桩进行了顶部开挖。去除上部断裂部分后，又进行了第二次低应变检测试验，检测结果：桩身完整。

7 检测结论

1）地基处理后复合地基承载力特征值为120 kPa，满足设计要求。

2）根据低应变检测曲线分析：

①桩身混凝土应力波速在2098～4017m/s之间，Ⅰ、Ⅱ类桩总数为151根，占检测桩总数的76.26%，Ⅳ类总数为47根，占检测桩总数的23.74%。

②检测后又对47组桩顶部位30 cm左右出现断桩缺陷的桩去除顶部断桩后进行了第二次低应变试验，下部没有缺陷。