载荷试验法确定CFG桩单桩复合地基承载力

姜勇

摘 要：在工程建设中正确合理的岩土工程技术指标，对确立基础形式、核算工程造价、计划建设周期以及控制工程质量至关重要，本次通过精心的试验方案设计、严谨的试验过程控制和合理的成果技术分析，成功对拟建工程场地进行了CFG桩单桩复合地基载荷试验，较好地掌握了CFG桩单桩复合地基的承载性能，为地基基础设计提供了可靠的岩土工程技术参数。

关键词：工程建设 CFG桩地基处理 载荷试验 单桩复合地基承载力

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0060-04

某大型工程建设项目位于辽河三角洲冲积平原地区，根据拟建场地的岩土工程勘察报告，该区域的地层主要由第四系的粘性土、淤泥质粉质粘土、粉土及粉细砂组成，上部地基土层工程性质较差，不能满足拟建建筑物天然地基要求，需进行地基处理。经多方分析比较及论证，决定本工程主要建构筑物采用CFG桩复合地基[1]。为合理确定CFG桩单桩复合地基的承载力，了解CFG桩在淤泥质粉质粘土、粘性土、粉土以及粉细砂地层中处理的适宜性，为设计提供合理的计算参数，本工程开展了CFG桩单桩复合地基试验工作。

1 工程地质条件

拟建场地地形平坦开阔，地貌上属辽河三角洲冲积平原，高程介于2.80～3.58m之间，其地层岩性自上而下为以下几个方面。

①粉质粘土：黄褐色，无摇振反应，稍有光泽，可塑状态，该层在场地内分布普遍，层厚0.90～4.50m。

①1粉质粘土：黄褐色，干强度、韧性中等，软塑状态，该层仅在局部见有，层厚2.00～4.40m。

②淤泥质粉质粘土：灰黑色，含腐殖质，有腥臭味，流塑状态，该层仅在局部见有，层厚1.30～5.10m。

②1粉土：灰色，摇振反应中等，无光泽反应，干强度、韧性低，稍密状态，很湿。该层在场地内分布普遍，层厚0.90～7.60m。

③粉砂：深灰色，稍密状态，饱和，颗粒成分主要以长石、石英为主，见少量贝壳，该层仅在局部见有，层厚0.60～6.80m。

③1粉质粘土：灰色，无摇振反应，稍有光泽，干强度、韧性低，软塑～可塑状态，该层仅在局部见有，层厚0.50～3.90m。

④细砂：灰白色，密实状态，饱和，颗粒成分主要以长石、石英为主，分选、磨圆一般，该层分布普遍，层厚1.00～19.00m。

⑤粉质粘土：灰色，可塑～硬塑状态，稍有光泽，韧性、干强度中等，该层在场地内普遍分布，本次勘察未穿透该层。

拟建场地的地下水为第四系松散层孔隙承压水，勘测期间水头埋深2.5～3.0m，该地下水主要接受大气降水及上游地下水的径流补给，以蒸发、向下游径流及人工开采等方式排泄。该地区地下水年变幅为1.00～2.00m。

2 CFG桩单桩复合地基试验方案设计

2.1 试验区的选择及勘察

试验区应选在地层具有代表性的地段，并尽量靠近工程桩的使用区，且又不影响今后的工程施工，本次试验区位置由业主、总图及结构专业共同研究确定。

为进一步查明试桩区地层情况，合理确定试桩的桩径、桩长及桩端持力层，试桩施工前又布置静力触探孔、勘探孔各一眼，对试桩区进行了详细的地质勘察，勘察结果如表1所示。

2.2 桩距、桩长及桩位布置

本次试验共进行3根CFG桩单桩复合地基试桩，设计桩径为Φ400mm，桩长12m，桩间距1.20m，桩顶高程0.50 m，桩端持力层为④细砂层，采用正方形布桩，桩身强度相当C25。试验点布置见图1。

2.3 CFG桩施工

2.3.1 施工设备及材料

CFG桩施工采用DJK800型步履式长螺旋打桩机，该型机重心稳定、移动灵活、钻杆强度高、能原地旋转360°打桩。CFG桩为水泥粉煤灰碎石桩，混凝土强度相当C25，混凝土坍落度160～200mm，混凝土供应采用商品混凝土。

2.3.2 施工技术要求

（1）钻机就位时做到机座平稳，钻头中心与桩位偏差不得大于20mm，开孔时将钻头两活瓣合拢。

（2）在钻进过程中，随时检查钻机的平稳状态和垂直度，确保桩孔垂直度偏差<1%。

（3）成桩过程中，为防止第③层粉砂砂串孔，采用跳打方式成孔。

（4）开孔钻进至设计深度终孔，提钻200mm左右，开动输送泵泵送混合料。

（5）按照泵送混合料速度边送料边提钻，提钻的速度应在1.5～2.0m/min，應保持钻杆中的混凝土面比孔内混凝土面高出3～5m，应确保在砂层中成桩不缩径、不坍塌。

（6）成桩过程中应抽样做混合料试块，要求每台机械每台班不少于一组。

（7）提钻至设计桩顶并留出保护桩长不小于0.50m。

2.4 试坑开挖、截桩及桩身的检测

试验桩满足规定养护期后即可进行试坑开挖，设计要求桩顶高程0.50m，因此试坑开挖深度为-2.5m。本次试桩采用堆载，为保证加荷平台支点与承压板边的净距大于2m，试坑底边长、宽按13.0m×6.0m考虑。试坑开挖时要求施工机械轻挖、轻起，避免施工机械对桩头产生大力碰撞，使桩头或桩在基础下部折断。基坑底面以上预留300mm土层用作人工清理。

CFG桩为水泥粉煤灰碎石桩，内部不设置钢筋，抗撞击能力及抗弯曲能力较差，极易折断，因此本次截桩头采取了在设计桩顶标高处用打磨机沿桩圆周由外向里切割的方法，并保持切割面在同一个水平基准上。为确保桩身质量，本次试验前抽选3组试块到质检部门进行了抗压强度检测，同时采用低应变手段，对截完桩头的CFG桩逐一的进行了桩身完整性检测，结果表明试验区的CFG桩的桩身强度和桩身完整性均满足设计要求。

2.5 试验方法

将试桩周围的地基土人工清理至设计桩顶顶面，并保持地基土为原状结构土层，为使桩、土能更好地发挥共同承担荷载的作用，桩顶及四周需铺设200mm厚的级配碎石褥垫层，用水平尺找平，然后安装承压板、千斤顶及反力堆载装置等，承压板为圆形刚性承压板，面积1.45m2，与一根桩承担的处理面积相当，承压板的中心应与桩的中心重合。试验每级加荷75kPa，预估最大加载900kPa，荷载大小由安装在油泵油路上的压力传感器通过“RS-JYC”型桩基静载荷测试分析系统自动控制和记录。试验设备安装见图2。试验方法完全按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）[2]的有关要求进行。

3 试验成果及分析

3.1 试验成果

S01试验点累计历时5600min，当加至第10级825kPa时，沉降急剧增大，累计沉降量大于承压板直径6%，终止加荷，总沉降达106.45mm，最大回弹量5.36mm，回弹率5.0%。

S02试验点累计历时6450min，当加至第10级825kPa时，沉降急剧增大，累计沉降量大于承压板直径6%，终止加荷，总沉降达133.67mm，最大回弹量9.13mm，回弹率6.8%。

S03试验点累计历时5430min，当加至第9级750kPa时，沉降量加大且24h未稳定，终止加荷，总沉降达107.66mm，最大回弹量8.03mm，回弹率7.5%。

S01、S02、S03这3个试验点单桩复合地基荷载及沉降（P～S）曲线见图3、图4、图5。

3.2 成果分析

S01试验点P～S曲线上有比例界线，且比例界限2倍不大于极限值，因此比例界限对应的荷载值即为承载力特征值，S01比例界限为25.4mm，对应的荷载值为300kPa；S02试验点在荷载825kPa作用下，沉降出现陡降，取其前一级荷载750kPa作为极限荷载，承载力特征值为375kPa，对应沉降为50.07mm；S03试验点在750kPa荷载作用下，24h内沉降未达到稳定，该荷载的前一级荷载675kPa为极限荷载，承载力特征值为337.5kPa，对应沉降为43.12mm。3个试验点极差占平均值的比例为22.22%﹤30%，所以拟建工程CFG桩单桩复合地基的承载力特征值取S01、S02、S03这3个试验点承载力特征值的平均值，即337.5kPa，对应的平均沉降为39.53mm[2-3]。

4 结语

为切实了解拟建工程复合地基的岩土工程特性，更好地为地基基础设计服务，本工程对CFG桩单桩复合地基进行了载荷试验，从试验区位置的确立，到对试桩区进行的细致勘察；从对施工设备及材料的选择，到对成桩质量的严格控制；从对试验执行標准的要求，到对试验数据的分析整理，整个试验方案设计合理，过程周密严谨，成果详实可靠，客观真实地反映了拟建场地CFG桩单桩复合地基承载性能，从而为本工程合理的确立基础形式和进行地基基础设计提供了可靠的技术依据。

参考文献

[1] 闫明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] JCJ79-2012，中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 中华人民共和国电力行业标准.DL/T 5024-2005，电力工程地基处理技术规程[S].北京：中国电力出版社，2005.