基于CFG樁的承載力不足事故分析及處理

周尚武，劉松利，樊艷冬

（1.鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450002；2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，西安 710064）

0 引言

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱（即Cement Flying-ash Gravel），它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。CFG樁復(fù)合地基通過(guò)褥墊層與基礎(chǔ)連接，可保證樁間土始終參與工作。由于樁體的強(qiáng)度和模量較樁間土大，在荷載作用下，樁頂應(yīng)力比樁間土表面應(yīng)力大，樁可將承受的荷載向較深的土層中傳遞并相應(yīng)減少了樁間土承擔(dān)的荷載。這樣，由于樁的作用使復(fù)合地基承載力提高，變形減小。CFG樁體可以利用工業(yè)廢料粉煤灰作為摻和料，大大降低了工程造價(jià)。由于該技術(shù)具有施工速度快、工期短、工程造價(jià)低廉等特點(diǎn)，目前已成為全國(guó)最普遍的地基處理技術(shù)之一。但是由于施工設(shè)備及人為的原因，也容易造成樁身缺陷。

1 工程概況及地質(zhì)條件

本工程位于駐馬店市新蔡縣，為某住宅小區(qū)高層商住樓，地上26層，地下1層，總高度為79.5 m，該地區(qū)為非抗震地區(qū)，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)采用CFG樁復(fù)合地基加平板式筏形基礎(chǔ)，CFG樁徑為400 mm，樁間距為1 400 mm，有效樁長(zhǎng)不小于18.0 m。

根據(jù)該場(chǎng)地工程勘察報(bào)告，本場(chǎng)地地基土為中軟土，建筑場(chǎng)地為穩(wěn)定場(chǎng)地，各土層主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各層土參數(shù)表

2 檢測(cè)方法及缺陷

水泥粉煤灰碎石樁（CFG）復(fù)合地基承載力檢測(cè)應(yīng)在施工結(jié)束28 d后進(jìn)行復(fù)合地基靜載實(shí)驗(yàn)，樁身完整性檢測(cè)采用低應(yīng)變動(dòng)力實(shí)驗(yàn)檢測(cè)[1]。本工程經(jīng)靜載實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，單樁豎向抗壓承載力因極差超過(guò)平均值的30%，不滿足設(shè)計(jì)要求，與設(shè)計(jì)值相差約200 kN，而復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求；經(jīng)低應(yīng)變動(dòng)力實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，只有30%樁身完整，有35%樁身在2 m左右處嚴(yán)重缺陷，有35%為淺層斷樁。應(yīng)開(kāi)發(fā)商要求，對(duì)事故原因進(jìn)行分析，并提出加固方案。

3 缺陷原因及分析

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告和施工現(xiàn)場(chǎng)及施工人員的陳述，總結(jié)出產(chǎn)生缺陷的原因：1）清理樁間土過(guò)程中，機(jī)械與人工配合不當(dāng)，大型機(jī)械碰撞樁頭及在未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度區(qū)域運(yùn)行，使樁頭折斷或被壓碎。2）本場(chǎng)地粉質(zhì)黏土土質(zhì)較軟，易縮孔，下部廣泛分布著飽和粉土，土體易液化，樁體易側(cè)向膨脹、樁頂下沉，產(chǎn)生串孔。3）長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的排氣閥設(shè)置不當(dāng)，使CFG樁內(nèi)有空氣，容易形成斷樁。4）樁機(jī)的轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)進(jìn)速度和過(guò)快起拔混凝土導(dǎo)管導(dǎo)致樁身缺陷。

4 處理方案選擇

CFG樁身出現(xiàn)缺陷，目前常用的處理方法有接樁法、鉆孔補(bǔ)強(qiáng)法、補(bǔ)樁法等。每種方法都有其適用條件。當(dāng)成樁后缺陷深度較淺時(shí)，常采用接樁法處理，接樁方法分為兩種：開(kāi)挖接樁和嵌入式接樁。當(dāng)樁身混凝土離析、蜂窩、松散、強(qiáng)度不夠等時(shí)，可以采用高壓注漿法來(lái)處理，但此法一般不宜采用。當(dāng)斷樁較深且數(shù)量較多，樁身嚴(yán)重缺陷較多，樁間距不太小的情況下，可在樁與樁之間補(bǔ)樁。

經(jīng)綜合分析計(jì)算，對(duì)本工程樁身缺陷采用補(bǔ)樁進(jìn)行加固處理，既經(jīng)濟(jì)又能節(jié)省工期，補(bǔ)樁樁徑為400 mm，樁間距為1 400 mm，局部補(bǔ)樁示意圖詳見(jiàn)圖1。

圖1 局部補(bǔ)樁示意圖

5 復(fù)合地基加固計(jì)算分析

本工程地基加固關(guān)鍵是確定補(bǔ)樁長(zhǎng)度及單樁豎向承載力特征值，因原復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求，可以根據(jù)復(fù)合地基承載力及樁間土承載力來(lái)確定補(bǔ)樁長(zhǎng)度及單樁豎向承載力特征值。已施工后的樁間土平板荷載試驗(yàn)如表2及圖2。

表2 壓板靜載試驗(yàn)匯總表

圖2 P-S曲線

由圖及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》可知，樁間土地基承載力特征值為277 kPa。

單樁豎向承載力特征值根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）進(jìn)行計(jì)算，取勘察報(bào)告某一孔點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

則L6=0.581；則補(bǔ)樁樁長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.51+2.1+2.9+5.81=11.32 m

根據(jù)計(jì)算可知，補(bǔ)樁樁長(zhǎng)取11.5 m，樁徑為400 mm，單樁豎向承載力特征值為412 kN，此方案相比原設(shè)計(jì)減小了樁長(zhǎng)及單樁豎向承載力特征值，同時(shí)也滿足了上部荷載的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

水泥粉煤灰碎石樁（CFG）在粉質(zhì)黏土、粉土施工中，易導(dǎo)致樁體側(cè)向膨脹、樁頂下沉，產(chǎn)生串孔，清理樁間土過(guò)程中，由于機(jī)械與人工配合不當(dāng)，使樁頭折斷或被壓碎。因此施工時(shí)要采取相應(yīng)預(yù)防措施，施工前應(yīng)進(jìn)行工藝性試樁，確定配合比、單樁豎向承載力特征值及施工具體參數(shù)后方可進(jìn)行工程樁施工。若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，一定要認(rèn)真分析，全面了解工程地質(zhì)情況，缺陷位置及嚴(yán)重程度，根據(jù)樁的受力特性，以經(jīng)濟(jì)合理、可靠方便為原則，進(jìn)行專門的樁基加固設(shè)計(jì)，同時(shí)最大限度地利用已施工的樁基，盡量減少因事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

[1]JGJ79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]徐暉.某工程人工挖孔樁離析事故分析及處理[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2014，31（03）：91-93.