CFG樁復(fù)合地基由樁、樁間土及褥墊層三部分構(gòu)成,其加固機(jī)理為褥墊層受上部基礎(chǔ)荷載作用產(chǎn)生變形后以一定的比例將荷載分?jǐn)偨o樁及樁間土,使二者共同受力。土體受到樁的擠密而提高承載力,同時(shí)樁由于周?chē)恋膫?cè)應(yīng)力的增加改善了受力性能,二者共同工作,形成了一個(gè)復(fù)合地基的受力整體,共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來(lái)的荷載。CFG樁復(fù)合地基承載力的因素較多,如樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁體剛度、土層性質(zhì)等,其他影響因素包括成樁工藝、樁平面布置方式、褥墊層等。
二、工程實(shí)例
某建筑總建筑面積23 043.52m2,地下一層,地上11層,局部地上12層,建筑高度46.35m,建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)乙級(jí),抗震設(shè)防烈度7度,建筑結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系,地基采用 CFG樁復(fù)合地基。CFG樁共有1388根,樁位布置呈矩形,樁間距為1400mm×1300mm和1350mm×1300mm,樁徑400mm,施工樁長(zhǎng)16m,有效樁長(zhǎng)15.5m,地基承載力特征值為 200kpa,樁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,復(fù)合地基承載力特征值≥300kpa,單樁承載力特征值為450kN。
三、施工質(zhì)量檢測(cè)方法
為檢測(cè) CFG樁復(fù)合地基的施工質(zhì)量,本工程共采用了低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試、單樁豎向承載力檢測(cè)、單樁復(fù)合地基靜載荷檢測(cè)3種檢測(cè)方法。
1.低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試
低應(yīng)變測(cè)試的原理是:通過(guò)用力棒錘擊樁頭,其產(chǎn)生的應(yīng)力波向下傳遞,在傳遞過(guò)程中當(dāng)遇到樁身縮徑、裂縫和樁底土等阻抗發(fā)生變化處,應(yīng)力波發(fā)生反射,用樁基測(cè)試儀接受反射的信號(hào),并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析,來(lái)判斷樁身是否存在裂縫、縮徑、斷樁等缺陷,檢測(cè)樁身是否完好。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》要求,低應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量為總樁數(shù)的 10%,本工程共對(duì)139根樁進(jìn)行了低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試,為保證取樣的隨機(jī)性,選取了樁編號(hào)尾數(shù)為5的樁作為檢測(cè)樁。試驗(yàn)儀器為C5型FEI樁基分析系統(tǒng),試驗(yàn)錘擊裝置為力棒。檢測(cè)時(shí)首先進(jìn)行樁頭處理,使樁頭露出新鮮的混凝土,不能有雜物。傳感器安裝在距樁中心2/3半徑處,錘擊處在樁頂中心,傳感器安裝處和樁頂要在一平面,當(dāng)安裝傳感器處不平時(shí),可用石膏或牙膏找平。再在樁頂固定一個(gè)加速度計(jì),設(shè)置好有關(guān)參數(shù)后,用力棒進(jìn)行錘擊,及時(shí)檢查曲線(xiàn)質(zhì)量并由儀器記錄。為保證檢測(cè)結(jié)果,在一個(gè)樁上進(jìn)行多個(gè)對(duì)稱(chēng)測(cè)點(diǎn),每個(gè)測(cè)點(diǎn)錘擊5~10次,然后進(jìn)行室內(nèi)計(jì)算機(jī)分析。根據(jù)分析,當(dāng)基頻等于頻差,諧振峰較平緩較寬時(shí),存在離淅;當(dāng)基頻等于頻差,諧振峰較多較窄時(shí),存在裂縫裂縫;當(dāng)諧振峰特征介于離析和裂縫之間時(shí),存在縮徑。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,將樁分為四類(lèi)。Ⅰ類(lèi):樁身完整;Ⅱ類(lèi):樁身有輕微缺陷,不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮;Ⅲ類(lèi):樁身有明顯缺陷,對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響;Ⅳ:樁身存在嚴(yán)重缺陷,應(yīng)進(jìn)行工程處理。本工程檢測(cè)結(jié)果為Ⅰ類(lèi)樁133根,Ⅱ類(lèi)樁6根。
2.單樁豎向承載力檢測(cè)
本方法主要是檢測(cè)單樁的豎向抗壓承載力,基本原理是:豎向荷載逐漸施加于單樁樁頂,樁身上部受壓縮而產(chǎn)生相對(duì)于土體的向下位移,樁側(cè)表面有向上的摩擦阻力,隨著樁身荷載的增大,樁身壓縮變形和位移量也增大,以單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)為基礎(chǔ),取該曲線(xiàn)的前幾級(jí)荷載下沉降原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,進(jìn)而對(duì)Q-s曲線(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)。單樁豎向承載力試驗(yàn)檢測(cè)的儀器有千斤頂、JCQ-503C 靜荷載自動(dòng)試驗(yàn)儀等,千斤頂直接作用在樁頭上。最大加載值為設(shè)計(jì)要求承載力值的2倍,為 900kN,荷載分級(jí)為最大荷載的 1/10,第一級(jí)按2倍分級(jí)荷載加荷。
每級(jí)加荷后,間隔 5min、10min、15min、15min、15min各測(cè)讀一次,累計(jì)1h后每隔30min測(cè)讀一次,達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定并出現(xiàn)兩次時(shí)施加下一級(jí)荷載。每級(jí)卸載值為加載值的2 倍,卸載后隔15min測(cè)讀一次,讀兩次后,隔半小時(shí)再讀一次,即可卸載下一級(jí)荷載,全部卸載后,隔 3h~4h 再測(cè)讀一次。當(dāng)出現(xiàn)下述情況之一時(shí),可終止加載:
1)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量;
2)樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍時(shí),且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);
3)后一級(jí)荷載下的沉降量超過(guò)前一級(jí)的沉降量5倍時(shí)。
單樁豎向承載力檢測(cè)用時(shí)一周,共進(jìn)行7根樁的檢測(cè),經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)果的分析,單樁豎向承載力滿(mǎn)足≥450kN 設(shè)計(jì)要求。
3.單樁復(fù)合地基靜載荷檢測(cè)
本方法是檢測(cè)單樁復(fù)合地基承載力,采用壓重平臺(tái)反力載荷裝置,用沙袋堆載荷載,用鋼梁搭設(shè)平臺(tái),將配重均勻穩(wěn)固地放置于平臺(tái)上。平臺(tái)中心位置下的樁頂上放置面積為1.54m2的圓形鋼制承壓板。千斤頂穩(wěn)固在承壓板上,其活塞與主梁相連。平臺(tái)中心、承壓板中心、千斤頂?shù)酌嬷行呐c樁中心在同一鉛垂線(xiàn)上,保證受力均勻和加載時(shí)的垂直度。加載時(shí),通過(guò)壓重平臺(tái)裝置提供反力,用千斤頂在承壓板上逐級(jí)加壓。最大加載值為設(shè)計(jì)要求承載力值的2倍,即為600kPa,荷載分級(jí)為最大荷載的 1/10,每級(jí)加載后間隔30min通過(guò) JCQ-503C 靜荷載自動(dòng)試驗(yàn)儀測(cè)讀一次,沉降相對(duì)穩(wěn)定(△S<0.1mm/h)后施加下一級(jí)荷載直至達(dá)到規(guī)范荷載。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定,單樁復(fù)合地基承載力特征值為300Kpa。卸載級(jí)數(shù)為加載級(jí)數(shù)的一半,等量進(jìn)行,每卸一級(jí),間隔半小時(shí),讀記回彈量,待卸完全部荷載后,間隔 3h讀記回彈量。當(dāng)出現(xiàn)下述情況之一時(shí),停止加載:
1)沉降值急劇增大,壓板周?chē)帘粩D出或出現(xiàn)明顯的隆起時(shí);
2)承壓板的累積沉降量已大于其直徑的6%時(shí);
3)最大加載量達(dá)到設(shè)計(jì)要求壓力值的2倍以上時(shí)。
單樁復(fù)合地基靜載荷檢測(cè)用時(shí)一周,共進(jìn)行了7組檢測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)資料,對(duì)單樁復(fù)合地基測(cè)點(diǎn)的 P~S 和 S~lgt 關(guān)系曲線(xiàn)形態(tài)進(jìn)行分析,當(dāng)加荷至設(shè)計(jì)最大載荷值時(shí),沒(méi)有出現(xiàn)破壞和明顯的拐點(diǎn)和陡降段,每級(jí)沉降量基本均勻,為一條完整連續(xù)的平緩光滑曲線(xiàn)。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定,判斷所測(cè)單樁復(fù)合地基承載力特征值均不小于 300kPa。
4.評(píng)價(jià)方法要點(diǎn)探討
由于CFG樁法是一種以提高地基承載力和減小地基變形為目的的地基處理方法,所以檢測(cè)評(píng)價(jià)的主要針對(duì)于復(fù)合地基承載力和地基變形量。
1)在檢測(cè)時(shí),要全面了解CFG樁處理深度范圍內(nèi),軟弱土層的性狀、平面和深度分布和地基處理所要求達(dá)到的承載能力和變形指標(biāo)。在檢測(cè)手段上首先要依靠低應(yīng)變動(dòng)測(cè)試驗(yàn)的快捷性對(duì)整個(gè)工程的樁身結(jié)構(gòu)做出正確評(píng)價(jià),然后再進(jìn)行載荷試驗(yàn)。
2)單樁或多樁復(fù)合地基,在滿(mǎn)足試驗(yàn)抽樣數(shù)量的前提下,級(jí)差不超過(guò)平均值的30%時(shí),取其平均值為復(fù)合地基承載力特征值。
3)正確地給出檢測(cè)結(jié)論,這是檢測(cè)工作的最終目的。在結(jié)論里,不僅要給出復(fù)合地基承載力特征值fspk和地基的變形模量EO,同時(shí)還要給出樁體強(qiáng)度值是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的fcu為混凝土試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d立方體抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)。復(fù)合地基承載力結(jié)論要傾向載荷試驗(yàn)結(jié)果,傾向于上部地基變形大、承載力低的土層的值。這樣才能把建設(shè)方和施工方的風(fēng)險(xiǎn)降低到最小。
結(jié)束語(yǔ)
目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的有關(guān)CFG樁復(fù)合地基的檢測(cè)規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn),我們必須采取多種方法,增加試驗(yàn)數(shù)量,并且試驗(yàn)方法盡可能與工程實(shí)際承載狀態(tài)接近,才能取得真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),為巖土工程治理質(zhì)量管理提供依據(jù),為巖土工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。