CFG 桩复合地基质量问题的检测与分析

宋德朝 郑 燕 常勤慧 赵智超

（河南省航空物探遥感中心，河南郑州 450053）

0 引言

CFG 桩（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基是目前应用较为广泛的一种地基处理方式。在实际应用过程中，由于桩基施工设备及人员技术等原因易造成桩身质量问题[1—2]，施工过程质量控制与加固效果检测至关重要。目前CFG 桩复合地基常用的检测方法有载荷试验[3—4]、低应变法[5—6]、钻芯法试验，CFG 桩复合地基承载力通过载荷试验确定，桩身完整性检测通过低应变法和钻芯法试验确定。针对某工程CFG 桩复合地基不满足设计要求，分析承载力不足及桩身缺陷的原因，对补强加固后的复合地基进行检测评价，为类似工程问题提供借鉴。

1 工程概况

1.1 项目概况

项目为高层住宅，地上30 层，地下2 层，建筑平面尺寸：长68.1 m、宽14.9 m，主楼高度89.9 m，剪力墙结构，筏板基础，基础埋深约9 m，采用CFG 桩复合地基。

1.2 工程地质情况

该工程场地地貌属黄河冲积平原，地层为第四系全新统和上更新统河流相冲洪积沉积物，主要岩性为粉土、黏性土及砂类土，地下水类型为潜水，埋深4.5～5.1 m。典型地质剖面图见图1，各土层主要参数见表1。

表1 地基各土层参数表

图1 典型地质剖面图

1.3 CFG 桩复合地基设计

基础埋深9.01 m，CFG 桩复合地基桩间土直接持力层为第④层粉质黏土夹薄层粉土，天然地基承载力特征值为115 kPa，CFG 桩以第⑥层细砂作为桩端持力层，设计桩径为ϕ400 mm，设计桩长17.0 m，桩位呈梅花形布置，桩间距1.3 m，面积置换率为0.086，设计桩数713 根，设计桩身混凝土强度等级为C25，设计单桩竖向抗压承载力特征值为773 kN，复合地基承载力特征值为549 kPa。CFG 桩复合地基平面布置及剖面示意图见图2。

图2 CFG 桩复合地基平面布置及剖面示意图

2 现场检测

2.1 承载力检测

CFG 桩施工完成后，根据《建筑地基检测技术规范》[7]要求，现场抽选6 根CFG 桩（竖向增强体）进行单桩竖向抗压静载试验，最大加载量取设计单桩竖向抗压承载力特征值的2 倍（1546 kN），加荷分级为10 级，每级加载量为155 kN，其中第一级取分级荷载的2 倍。单桩竖向抗压静载试验荷载-沉降（Q-s）曲线见图3，静载试验成果见表2。

表2 增强体竖向抗压静载荷试验成果表

图3 单桩静载试验荷载-沉降（Q-s）曲线

由图3 可以看出，6 根试验桩在尚未加至最大荷载时Q-s曲线均已出现陡降段，且总沉降量超过40 mm，表明6 根试验桩均已达到极限状态，试验终止。通过表2 可知，593#桩最大加载量为1240 kN，极限承载力为1085 kN，其余5 根最大加载量为1085 kN，极限承载力为930 kN。累计沉降量为41.52～56.22 mm，最大回弹量3.41～6.78 mm。6 根试验桩承载力的极限承载力均能确定，且满足极差不超过平均值的30%，取其平均值作为单桩竖向抗压极限承载力，单桩竖向抗压承载力特征值按极限承载力的一半取值为477 kN，小于设计单桩竖向抗压承载力特征值773 kN。

CFG 桩复合地基载荷试验抽检6 个点，承压板为直径1365 mm 圆形钢板（相当于单桩处理面积），最大加载量取设计复合地基承载力特征值的2 倍（约为1098 kPa），加荷分级为8 级，每级加载量为138 kPa。复合地基静载试验压力-沉降（P-s）曲线见图4，静载试验成果见表3。

表3 复合地基静载荷试验成果表

由图4 可以看出，6 个试验点在尚未加至最大荷载时P-s曲线均已出现陡降段，且承压板累计沉降量超过承压板直径的6%，表明6 个试验点复合地基已达到极限状态，终止加载。由表3 可知，626#、599#、595#、534#桩复合地基最大加载量为966 kPa，极限承载力为828 kPa，530#、540#桩复合地基最大加载量为828 kPa，极限承载力为690 kPa，累计沉降量为79.23～86.46 mm，最大回弹量7.38～11.89 mm。复合地基的极限承载力均能确定，且满足极差不超过平均值的30%，取其平均值为复合地基极限承载力，复合地基承载力特征值按极限承载力的一半取值为391 kPa，小于设计复合地基承载力特征值549 kPa。

通过静载试验可知，本场地6 组单桩和6 组复合地基承载力特征值均不满足设计要求。

2.2 完整性及强度检测

现场抽选145 根CFG 桩进行低应变检测，经检测分析，共有42 根为Ⅲ、Ⅳ类桩。根据规范要求，在未检桩中继续扩大检测。低应变检测桩共551 根，其中Ⅰ类桩64 根，占检测总数的11.6%，Ⅱ类桩155 根，占检测总数的28.1%，Ⅲ类桩241 根，占检测总数的43.7%，Ⅳ类桩91 根，占检测总数的16.5%。桩身缺陷主要分布在桩顶下5 m 范围内，以浅部缺陷为主。

现场抽检5 根CFG 桩做完整性对比检测，检测桩号依次为357#、359#、462#、464#、470#。通过低应变法和钻芯法进行桩身完整性检测，低应变法属于间接检测方法，钻芯法[8]属于直观检测方法。钻芯取样进行抗压强度检测，桩身上、中、下部取三组芯样做抗压试验，进一步分析桩身强度是否能达到设计要求。

由图5 可知，357#桩低应变法检测完整性类别为Ⅰ类。钻芯法芯样显示0.0～11.6 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面较光滑，局部见直径0.5～1.5 cm 的沟槽、小气孔、空洞，断口吻合，混凝土胶结较好，11.6～13.5 m 混凝土芯样连续性较差，岩芯呈短柱状、块状，表面粗糙，蜂窝麻面夹泥砂，断口不吻合，胶结较差，钻芯倾斜偏出桩身。钻芯法完整性类别为Ⅲ类。

图5 357#桩时域信号曲线图

357#桩三组芯样抗压强度平均值分别为：20.70 MPa、17.40 MPa、19.28 MPa，桩身强度代表值取17.40 MPa。

由图6 可知，359#桩低应变法检测桩身在2.2 m、3.8 m 有轻微缺陷，桩头信号显示为缩径，桩底有轻微反射信号，完整性类别为Ⅱ类。钻芯法芯样显示0.0～8.9 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面粗糙，蜂窝麻面较重，断口吻合，混凝土胶结较好，8.9～16.3 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面粗糙，蜂窝麻面较严重，沟槽直径大于3 cm，沟槽内夹泥严重，断口不吻合，胶结较差，钻芯钻至桩底，桩长为16.3 m。钻芯法完整性类别为Ⅳ类。

图6 359#桩时域信号曲线图

359#桩三组芯样抗压强度平均值分别为：22.26 MPa、25.67 MPa、29.50 MPa，桩身强度代表值取22.26 MPa。

由图7 可知，462#桩低应变法检测桩身在1.7 m、4.1 m、6.1 m 有轻微缺陷，桩头信号显示为缩径，桩底有轻微反射信号，完整性类别为Ⅱ类。钻芯法芯样显示0.0～5.7 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面较光滑，见直径为0.5～2.5 cm 的气孔、空洞，断口吻合，混凝土胶结较好，5.7～15.8 m 混凝土芯样连续性较差，岩芯呈短柱状，表面粗糙，蜂窝麻面较严重，沟槽直径大于4 cm，沟槽内夹泥严重，断口不吻合，胶结较差，出现断桩现象，钻芯钻至桩底，桩长为15.8 m。钻芯法完整性类别为Ⅳ类。

图7 462#桩时域信号曲线图

462#桩三组芯样抗压强度平均值分别为：23.25 MPa、17.60 MPa、19.66 MPa，桩身强度代表值取19.66 MPa。

由图8 可知，464#桩低应变法检测桩身在3.2 m有缺陷，桩底未见反射信号，完整性类别为Ⅲ类。钻芯法芯样显示0.0～8.6 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面较光滑，见直径为0.5～3.0 cm 的气孔、空洞，断口吻合，混凝土胶结较好。8.6～10.6 m 混凝土芯样连续性较差，岩芯呈短柱状，表面粗糙，蜂窝麻面较严重，沟槽直径大于3 cm，沟槽内夹泥严重，断口不吻合，胶结较差，钻芯倾斜偏出桩身。钻芯法完整性类别为Ⅲ类。

图8 464#桩时域信号曲线图

464#桩三组芯样抗压强度平均值分别为：21.85 MPa、26.60 MPa、26.74 MPa，桩身强度代表值取21.85 MPa。

由图9 可知，470#桩低应变法检测桩身在1.1 m、3.3 m 有缺陷，桩底未见反射信号，完整性类别为Ⅲ类。钻芯法芯样显示0.0～3.2 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面较光滑，见直径为0.5～2.0 cm 的气孔、空洞，断口吻合，混凝土胶结较好。3.2～4.1 m 混凝土芯样连续性较差，岩芯呈短柱、块状，表面粗糙，蜂窝麻面较严重，沟槽内夹泥严重，断口不吻合，胶结较差。4.1～12.9 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面较光滑，见直径为0.5～2.5 cm 的气孔、空洞，断口吻合，胶结较好。12.9～14.5 m 混凝土芯样连续，岩芯呈柱状，表面粗糙夹泥，见气孔、空洞，断口吻合性差，胶结较好，钻芯偏出未见桩底。钻芯法完整性类别为Ⅳ类。

图9 470#桩时域信号曲线图

470#桩三组芯样抗压强度平均值分别为：16.49 MPa、20.59 MPa、13.74 MPa，桩身强度代表值取13.74 MPa。

综合分析，357#、464#桩身完整性为Ⅲ类，359#、462#、470#三根桩桩身完整性为Ⅳ类。359#桩长为16.3 m、462#桩长为15.8 m，桩长不满足设计要求；芯样抗压强度为13.74～22.26 MPa，桩身实测强度不满足设计强度要求。

3 质量问题分析

通过检测可知，CFG 桩复合地基承载力、桩身完整性、桩身强度均不满足设计要求。经调查与综合分析，造成桩身质量缺陷的主要原因是由于CFG 桩成桩过程中提钻速度与混凝土泵送压灌速度不匹配，提钻速度过快导致混凝土灌注不连续，出现离析，在孔壁水土压力作用下出现缩径、塌孔，并产生桩身夹泥现象，致使桩身存在缺陷，桩体材料强度达不到设计要求。

4 加固后检测

针对CFG 桩复合地基承载力不足，采用高压旋喷桩[9]对CFG 桩复合地基进行了补强加固。旋喷桩设计桩径ϕ500 mm，有效桩长14.0 m，三角形布桩，桩间距1.3 m，总设计桩数687 根。加固后的桩位布置见图10。

图10 高压旋喷桩与CFG 桩桩位布置

复合地基补强加固完成后，抽选4 个点进行静载试验，承压板为直径1365 mm 圆形钢板（相当于单桩处理面积，见图10），加荷分级为8 级，每级加载量为138 kPa，复合地基静载试验压力-沉降（P-s）曲线见图11。4 个试验点的压力-沉降（P-s）曲线最大加载量为1104 kPa，累计沉降量为18.38～27.57 mm，最大回弹量4.50～7.62 mm。曲线为平缓的光滑曲线，相对变形值0.01b（13.95 mm）对应的压力值均大于最大试验荷载的一半（552 kPa），因此复合地基承载力特征值取为552 kPa，满足设计要求。

图11 复合地基静载试验压力-沉降（P-s）曲线

5 加固后沉降观测

主体结构施工期间，对建筑物进行了加密沉降观测，施工期间观测1 次/层，主体封顶后观测1 次/月。建筑物沉降观测曲线见图12，建筑物沉降等值线图见图13。

图12 建筑物沉降观测曲线图

图13 建筑物沉降等值线图（单位：mm）

由图12 和图13 可知，建筑物累计沉降量为18.11～26.44 mm，最大沉降量点号C02，最小沉降量点号C10，最大沉降差为8.33 mm，通过最大沉降差计算出基础倾斜度为0.00038，最后100 d 的最大沉降速率为0.034 mm/d。本工程主体建筑高度89.9 m，整体倾斜值和最后100 d 沉降速率均满足《建筑变形测量规范》[10]相关要求。

6 结论

（1）静载试验结果表明，该工程CFG 桩复合地基单桩承载力和复合地基承载力均达不到设计要求；低应变法和钻芯法检测表明，CFG 桩完整性差，桩身下部芯样不连续，存在夹泥现象，桩身强度达不到设计要求。

（2）造成桩身质量缺陷的主要原因是CFG 桩灌注成桩过程中提钻速度与混凝土泵送压灌速度不匹配，提钻速度过快导致混凝土灌注不连续，出现离析，在孔壁水土压力作用下出现缩径、塌孔，并产生桩身夹泥现象，致使桩身存在缺陷，桩体材料强度达不到设计要求。建议CFG 桩施工做好桩身混合料调度，避免灌注过程中出现等料、堵管等问题，并严格按施工规程控制提钻速度，使之与混合料压灌速度匹配，确保灌注的连续性。

（3）采用高压旋喷桩对CFG 桩复合地基进行补强加固，补强加固后的复合地基检测结果显示，经补强后的复合地基承载力满足设计要求，建筑物沉降观测结果表明，建筑最大沉降量与整体倾斜值均满足设计与相关规范要求。