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摘要:本文就我省當前CFG樁復合地基質量檢測中存在的承載力檢測數量、樁身淺部斷裂、樁長不足等問題進行了討論,供有關人員參考。...

CFG樁復合地基質量檢測中的若干問題

梁建智1   宋膺2   李發根3    張占偉4

1.陜西建工集團總公司,710003,西安;

24.西安大地工程檢測有限公司,710003,西安;

3.陜西秦洲房地產開發公司,710004,西安)

    水泥粉煤灰碎石樁(Cement Fly-ash Gravel pile)簡稱CFG樁,自上個世紀八十年代在我國應用以來,因其具有造價低、建筑物沉降量小等優點迅速得到推廣,本省已大量應用于甲、乙類住宅建筑中,但在其施工質量檢測中存在著承載力檢測數量、樁身淺部斷裂質量評價和樁長不足工程處理等問題值得探討。

1、關于承載力檢測數量問題

    CFG樁的承載力檢測數量,相關規范均規定為按總樁數的0.5%1%確定。范圍值較大。規范編者意圖,可能是具體檢測數量由檢測單位根據工程重要程度、建設場地地層情況和施工情況與有關單位協商確定。但在實際工作中,建設方為了節約投資常取下限,即按總樁數的0.5%確定承載力檢測數量與承包方(檢測方)簽訂合同;如系招標項目,投標方為達到“低標中”目的,亦根據此下限做標書。由于規范中規定的承載力檢驗項目屬重要項目,其中規定的檢測數量均指最低值,故不分建筑物重要性程度,一律按0.5%這一下限確定承載力檢測數量顯然不夠科學,如果說對丙類建筑取0.5%是合理的,則對甲乙類建筑來說,在某種程度上便存在著結構安全隱患。

    我們建議:對CFG樁承載力檢驗數量取總樁數的0.5%1%這一條款應予細化,具體意見是:對丙類建筑取總樁數的0.5%;對乙類建筑取總樁數的0.75%;對甲類建筑取總樁數的1%;且各類建筑每個單體工程的檢驗數量不應少于3點。

2、關于樁身淺部斷裂問題

    2.1 規范規定和造成樁身淺部斷裂原因

    《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2002)(以下簡稱JGJ 79-2002規范)第9.3.4條規定:CFG樁施工完畢在“清土和截樁時,不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。”為此,清土應避免機械設備超挖,并應預留至少50cm用人工清除,截樁則應用鋼釬或電鋸等工具沿樁周向樁心逐次剔除,而不可用重錘猛力橫向擊打,但缺乏經驗或為了趕進度又疏于管理的施工單位,往往因截樁不當而使樁頂標高以下0.5m1.5m范圍內樁身斷裂。

    2.2 樁身淺部斷裂工程實例

    2.2.1 工程概況

    某工程,位于西安市建工路與萬壽路十字西南角,地下1層地上14層,建筑面積約15000m2。框剪結構,梁板式筏形基礎。建設場地地層自上而下依次為:人工填土、第四系上更新統風積黃土、古土壤、中更新統風積黃土及沖洪積粉質粘土等。

    該工程設計采用CFG樁復合地基,樁徑400mm,樁長12.0m,樁間距1400mm,正方形布置,樁總數880根,樁身混凝土強度等級為C25CFG樁單樁復合地基承載力特征值fspk320kPa

    CFG樁施工采用400mm螺旋鉆成孔,C25商品混凝土灌注成樁。施工28天后采用小型挖掘機和人工聯合清土和截樁。

    2.2.2 施工質量檢驗結果

    (1) 承載力檢驗結果

    本工程采用配重堆載靜載荷試驗法檢驗CFG樁單樁復合地基承載力。共檢測5點。根據試驗結果,在最大加載量pmax=640kPa時,5個檢測點的壓板沉降量介于8.6515.66mm,在加載量p=320kPa時,5點壓板沉降量為3.897.64mm,其最大相對變形s/b=7.64/1400=0.0050.010,為此,判定該CFG樁復合地基承載力特征值fspk320kPa,滿足設計要求。

    (2) 樁身完整性檢測結果

    本工程采用低應變法檢測樁身完整性(采用美制PIT型樁身完整性檢測儀施測)。進行了兩次檢測。第一次按樁總數的20%檢測了176根樁,經分析,發現約有10%樁的樁身波形異常,經開挖驗證為樁身淺部斷裂,判為Ⅳ類樁。為保證建筑結構安全和查清全數樁的樁身完整性情況,建設單位決定對其余未檢樁進行全數檢測。

    根據低應變法檢測結果,發現97根樁樁身存在淺部斷裂缺陷,占880根受檢樁的11.02%

    樁身淺部斷裂樁低應變法檢測曲線如圖2.2.22)所示,波形呈低頻振蕩特性。

2.2.22  樁身淺部斷裂的低應變法檢測曲線

    2.2.3 樁身淺部斷裂樁的處理

    根據相關規范和科技書籍中關于“樁體斷至樁頂設計標高以下者,必須采取補救措施”的闡述,本工程對樁身淺部斷裂樁采取了如圖2.2.3所示接樁頭的方法予以處理。

2.2.3  淺部斷裂樁補強措施

D-CFG樁直徑;h—樁身斷裂面至樁頂設計標高距離

    2.3 樁身淺部斷裂樁工程處理討論

    2.3.1 相關規范規定

    (1) 《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)第9.3.4條規定,“清土和截樁時,不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土”。這里用“不得”二字,屬“嚴格”用詞。

    (2) 《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB50202-2002)表4.13.4規定樁身完整性檢測為“一般項目”,“允許偏差或允許值及檢查方法按基樁檢測技術規范”。

    (3) 中國建筑工程總公司編制的《建筑地基基礎工程施工質量標準》(ZJQ00-SG-014-2006)表4.13.4規定,樁身完整性檢測為“主控項目”,并在條文說明中指出:“樁身完整性和樁長是水泥粉煤灰碎石樁復合地基設計的重要參數,本標準將其列為主控項目。”允許偏差或允許值及檢查方法按“建筑基樁檢測技術規范”。

    (4) 《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2003)條文說明第3.4.13.4.5條指出:樁身完整性和單樁承載力是兩個獨立概念。“豎向承載力滿足設計要求而完整性為Ⅲ類或Ⅳ類也可能存在安全和耐久性方面的隱患。如樁身出現水平整合型裂縫(灌注樁因擠土、開挖等原因也常出現)或斷裂,低應變完整性為Ⅲ類或Ⅳ類,但高應變完整性可能為Ⅱ類,且豎向抗壓承載力可能滿足設計要求,但存在水平承載力和耐久性方面的隱患。”該規范在條文說明第3.5.3條還指出:“工程基樁整體評價滿足設計要求的必要條件應理解為:包括補強處理后復檢在內的承載力和完整性應全部符合要求”。

    2.3.2  兩種不同看法

    我省當前建筑工程界(以下簡稱業界)對CFG樁樁身淺部斷裂問題存在兩種看法,茲分述如下:

    (1) 第一種看法:CFG樁樁身淺部斷裂問題不重要,可不進行補強處理。

    此種看法認為CFG樁樁身淺部斷裂問題不重要的理由是:GB50202-2002規范規定CFG樁質量檢驗標準中樁體完整性為“一般項目”,并據此推理說既然是一般項目,則樁身完整性只須80%合格就可以了。

    持此種看法認為CFG淺部斷裂樁“如果斷裂部分無垂直方向偏移,在復合地基承載力特征值滿足設計要求的前提下,對斷裂樁體不必進行補強處理,可直接進行下道工序施工”,“這樣,既可節約建設資金,又可縮短建設工期”。

    (2) 第二種看法:CFG樁樁身淺部斷裂屬樁身存在明顯缺陷或嚴重缺陷,應評價為Ⅲ類樁或Ⅳ類樁,須進行補強處理。我們支持此看法,理由如下:

    1) 應該認真執行相關的技術規范。從本文第2.3.1條可以看出,對淺部斷裂的CFG樁是應判定為Ⅲ類樁或Ⅳ類樁的,《建筑基樁檢測技術規范》條文說明第3.4.13.4.5條明確指出:對于Ⅲ、Ⅳ類樁,即使豎向抗壓承載力滿足設計要求,但存在水平承載力和耐久性方面的隱患,因此,從消除隱患確保建筑結構安全角度說,對淺部斷裂的CFG樁應進行補強處理。

    2) “淺部斷裂樁問題不嚴重,可不進行處理”的論點會造成不良后果。那就是,此論點如果在某一工程項目被采用,將會有許多項目效仿,會出現許多淺部斷裂樁,這將是建筑工程質量的倒退。再者,淺部斷裂樁可不處理,那么深部斷裂樁須處理否?某項建筑工程中存在許多Ⅲ類樁、Ⅳ類樁如何進行質量驗收?該工程能評“長安杯”、“雁塔杯”、“魯班獎”否?

    3) 低應變法檢測樁身完整性方便快捷,淺部斷裂樁補強處理費用不多,耗時不長。

    一位操作熟練的低應變法檢測人員每日約可檢測100根樁。由清理樁間土或截樁造成的淺部斷裂樁的斷裂位置多在樁頂設計標高下50150cm內,一根補強樁樁身平均按樁徑40cm,長度100cm計,所需混凝土僅0.126m3,所以補強費用不多,耗時不長。再說,如能精心施工淺部斷裂樁是可以避免的,施工單位花費一點小錢,耽誤若干時日,對斷裂樁進行補強處理,保證了結構安全,對職工是一個教育,同時也踐行了“質量第一”的諾言,樹立了“質量就是生命”的企業形象。對業界管理人員和科技人員來說,堅持執行施工質量標準和技術規范對加強從業人員的質量意識,提高建筑工程質量的總體水平是大有裨益的。

3、關于樁長問題

    3.1 概述

    CFG樁當用長螺旋鉆機械成孔時往往很難穿過圓礫或砂層,導致施工樁長<設計樁長(以下稱樁長不足)。施工樁長原可以在鉆孔中根據設在鉆桿上的孔深標識和灌注成樁中的混凝土用量容易發現,但由于施工單位管理不善,監理人員監督不到位或其它不正常因素而發生樁長不足缺陷。我們近年來曾發現兩起樁長嚴重不足事故,茲簡述其要點并討論如下:

    3.2  樁長不足工程實例一

    3.2.1  工程概況

    某商住樓工程位于我省彬縣縣城公劉街,地下1層地上18層,建筑面積約44000m2.框架結構,筏形基礎,擬建場地地層自上而下為:

    ①-1層雜填土:主要由建筑垃圾和煤渣組成,成份雜亂,結構松散,層厚1.505.50m

    ①-2層素填土:主要由建筑垃圾和煤灰渣組成,成份雜亂,結構松散,層厚1.505.50m

    ②層黃土狀土:黃褐色,具針狀孔隙,可見氧化鐵條紋,軟塑狀態,層厚4.006.30m

    ③層圓礫:主要由砂巖碎塊組成,一般粒徑220mm,最大粒徑約100mm,混少量卵石,稍密狀態,層厚2.305.00m,地基土承載力特征值fspk250kPa

    ④層砂巖:深灰色,主要礦物成份以石英、長石為主,強風化,層厚1.202.70m,層底深度12.0015.50m,地基土承載力特征值fspk400kPa

    ⑤層砂巖:淺灰色,主要礦物成份以石英、長石為主,中等風化,該層未穿透,最大揭露厚度12.50m,地基土承載力特征值fspk750kPa

    該工程設計采用CFG樁復合地基,樁徑400mm,有效樁長5.907.80m,且樁端須進入④層砂巖>500mm,樁間距1.30m,正方形布樁,樁身混凝土強度等級為C20,樁總數2029根,要求處理后的CFG樁復合地基承載力特征值fspk350kPa,單樁豎向抗壓承載力特征值Ra420kPa

    CFG樁施工采用長螺旋鉆成孔,管內泵壓混合料成樁。施工單位自報樁長5.86.6m,且樁端進入④層砂巖不小于500mm,施工28天后采用小型挖掘機和人工聯合清土和截樁。

    3.2.2 施工質量檢測結果

    (1) 承載力檢測結果

    本工程采用配重堆載靜載荷試驗法檢驗CFG樁單樁復合地基承載力。共檢測9點。根據試驗結果,各檢測點在最大加載p=700kPa時,各檢測點的壓板沉降量介于17.3130.31mm,在設計值p=350kPa時,各檢測點的壓板沉降量介于6.779.92mm,其最大相對變形值S/b=9.92/13000.0080.010,為此,判定該CFG樁復合地基承載力特征值,滿足設計要求。

    (2) 樁身完整性檢測結果

    本工程采用低應變法檢測樁身完整性,前后兩次共檢測610根樁,其中有278根樁,根據施工單位樁長記錄(即自報施工樁長),測得波速大于4800m/s,占受檢樁總數的45.57%;波速大于5500m/s的達92根,占受檢樁總數的15.08%,有些樁的波速則高達6000m/s以上。

    3.2.3 低應變法檢測波速過高分析與開挖驗證

    (1) 波速過高分析

    1) 根據低應變法動測理論和工程檢測實踐得知,采用低應變法檢測樁身完整性時,波速高低與樁身材料和其密實度有關。如鋼樁波速C=5120m/s;工廠制作的高強混凝土管樁波速C=35004500m/s;混凝土灌注樁波速C=30004200m/s。而本工程采用低應變法檢測的610根樁中有278樁的波速高于4800m/s,且有92根樁的波速高于5500m/s,可見,此檢測結果屬異常情況。

    2) 根據公式(式中,C—波速,單位:m/sL—測點下樁長,單位:m—速度波第一峰與樁底反射波峰間的時間差,單位:ms)可知,波速與樁長成正比。CFG樁低應變法檢測在采樣和分析中,樁長L系根據施工單位提供的施工記錄設定的。如施工記錄不真實,比如,施工記錄樁長(以下稱名義樁長)是實際樁長的n倍,則低應變法曲線中顯示的波速(以下稱名義波速)亦為實際波速的n倍。因此,本工程低應變法檢測中得出的高于4800m/s的波速是名義波速,并可推斷相應的樁長為名義樁長,它比實際樁長數值大。據此,可得出這些高波速樁有“樁長不足”嫌疑。

    (2) 開挖驗證

    根據上述分析,經研究決定,在波速高于5000m/s(實際是名義波速)的樁中隨機抽樣選定5根樁進行開挖驗證。結果5根樁的實際樁長僅為2.70m2.90m3.00m3.15m4.00m,比施工單位提供的樁長(名義樁長)短許多,經計算,僅為名義樁長的67%77%

    3.3樁長不足工程實例二

    3.3.1工程概況

    某住宅樓位于咸陽市渭城區文匯西路。地下1層,地上18層。建筑面積約19000m2。剪力墻結構,梁筏基礎,建設場地地層自上而下依次為:①層人工填土、②層黃土、③層古土壤、④層粉質粘土、⑤層中細砂(該層砂粒級配不良,成份以長石、石英、云母等為主,中密狀態,層厚2.604.20m,地基土承載力特征值200kPa)、⑥層粉質粘土、⑦層中粗砂等。

    該工程設計采用CFG樁復合地基,樁身直徑400mm,有效樁長11.0m,且要求樁端穿過⑤層中細砂進入⑥層粉質粘土不少于500mm,樁間距1500mm,正三角形布置,樁身混凝土強度等級C20,工程樁總數595根。設計要求處理后CFG樁復合地基承載力特征值fspk350kPa

    CFG樁施工采用長螺旋鉆機成孔,混凝土輸送泵壓灌成樁,施工樁長11.0m

    3.3.2  施工質量檢測結果

    (1)承載力檢測結果

    本工程進行施工質量檢驗之初,設計單位僅要求做復合地基靜載荷試驗,不要求做單樁靜載荷試驗。根據復合地基靜載荷試驗結果,在最大加載量p=700kPa時,各檢測點的沉降量分別為:21.0729.80mm;在加載量p=350kPa時,各檢測點的沉降量介于7.6313.45mm;其最大相對變形值s/b13.45/13950.010,為此判定該CFG樁復合地基承載力特征值fspk=350kPa,滿足設計要求。

    (2)樁身完整性檢測結果及分析

    本工程采用低應變法檢測樁身完整性,共檢測120根樁,其中有74根樁波速C4600m/s,占受檢樁總數的61.7%;有21根樁波速C5000m/s,占受檢樁總數的17.5%,為此,如本文第3.2.3條第(1)款所述,判定波速過高樁有“樁長不足”嫌疑。

    3.3.3 單樁靜載荷試驗和鉆孔驗證

    根據上述對波速過高樁的分析,并因本工程樁身較長,且地下水位較高,不便進行開挖驗證,經研究決定在波速大于5000m/s樁中隨機選兩根做單樁靜載荷試驗和采取鉆芯法對樁長進行鉆孔驗證。設計要求單樁豎向抗壓極限承載力Qu1020kN

    根據靜載荷試驗結果,兩根樁的單樁豎向抗壓極限承載力Qu僅達510kN1020kN,不滿足設計要求;根據鉆芯法檢測結果,兩根樁的樁長分別為6.30m8.30m<設計樁長11.0m,均未穿透⑤層中細砂層。

    3.4  CFG樁長度不足的質量評價和工程處理

    3.4.1 樁長不足的質量評價

    GB50202-2002規范第4.13.4條將CFG樁樁長列為一般項目,不允許有負偏差(即不允許長度不足);中國建筑工程總公司標準ZJQ00-SG-014-20064.13.4條則把CFG樁樁長列為主控項目,亦不允許有負偏差;行業標準JGJ106-20033.5.1條條文說明中指出:對于實測樁長小于施工記錄樁長,不論是否影響樁的承載力,“按樁身完整性定義中連續性的涵義,顯然均應判為Ⅳ類樁”。而該標準第3.5.1條正文規定:“Ⅳ類樁應進行工程處理。”

    由此可見,CFG樁長度不足是一個重要問題,施工單位和監理單位應予以充分重視。如果施工人員在試驗樁施工階段由于擬建場地地層或所使用的施工設備原因,不能保證實際施工樁長滿足設計要求時,應及時如實向有關人員反映,看是否可變更設計或變更施工工藝(包括更換設備),以取得合理解決,避免出現本文第3.2節和第3.3節所述的嚴重后果。

    3.4.2  工程處理

    行業標準JGJ106-2003條文說明第3.5.2條解釋:本條所指的“工程處理”包括補強、補樁、設計變更或由原設計單位復核是否可滿足結構安全和使用功能要求。因此,對CFG樁復合地基來說,當小范圍樁長不足時可采取補樁處理(一般此時原打樁設備還未調離現場);大范圍樁長不足時可采取在樁間打素土樁或水泥土樁以增強樁間土的地基承載力;當設計有較大的安全儲備,經原設計單位復核若能滿足結構安全和使用功能要求,出具技術文件亦可作為工程處理。

參考文獻:

1.國家標準《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202-2002

2.行業標準《建筑地基處理技術規范》JGJ 79-2002

3.行業標準《建筑基樁檢測技術規范》JGJ 106-2003

4.《建筑地基基礎工程施工質量標準》ZJQ00-SG-014-2006,中國建筑工程總公司《地基處理技術》,閻明禮主編,中國環境科學出版社

(本文來源:陜西省土木建筑學會  文徑網絡:文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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