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摘要:本文就我省当前CFG桩复合地基质量检测中存在的承载力检测数量、桩身浅部断裂、桩长不足等问题进行了讨论,供有关人员参考。...

CFG桩复合地基质量检测中的若干问题

梁建智1   宋膺2   李发根3    张占伟4

1.陕西建工集团总公司,710003,西安;

24.西安大地工程检测有限公司,710003,西安;

3.陕西秦洲房地产开发公司,710004,西安)

    水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravel pile)简称CFG桩,自上个世纪八十年代在我国应用以来,因其具有造价低、建筑物沉降量小等优点迅速得到推广,本省已大量应用于甲、乙类住宅建筑中,但在其施工质量检测中存在着承载力检测数量、桩身浅部断裂质量评价和桩长不足工程处理等问题值得探讨。

1、关于承载力检测数量问题

    CFG桩的承载力检测数量,相关规范均规定为按总桩数的0.5%1%确定。范围值较大。规范编者意图,可能是具体检测数量由检测单位根据工程重要程度、建设场地地层情况和施工情况与有关单位协商确定。但在实际工作中,建设方为了节约投资常取下限,即按总桩数的0.5%确定承载力检测数量与承包方(检测方)签订合同;如系招标项目,投标方为达到“低标中”目的,亦根据此下限做标书。由于规范中规定的承载力检验项目属重要项目,其中规定的检测数量均指最低值,故不分建筑物重要性程度,一律按0.5%这一下限确定承载力检测数量显然不够科学,如果说对丙类建筑取0.5%是合理的,则对甲乙类建筑来说,在某种程度上便存在着结构安全隐患。

    我们建议:对CFG桩承载力检验数量取总桩数的0.5%1%这一条款应予细化,具体意见是:对丙类建筑取总桩数的0.5%;对乙类建筑取总桩数的0.75%;对甲类建筑取总桩数的1%;且各类建筑每个单体工程的检验数量不应少于3点。

2、关于桩身浅部断裂问题

    2.1 规范规定和造成桩身浅部断裂原因

    《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)(以下简称JGJ 79-2002规范)第9.3.4条规定:CFG桩施工完毕在“清土和截桩时,不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。”为此,清土应避免机械设备超挖,并应预留至少50cm用人工清除,截桩则应用钢钎或电锯等工具沿桩周向桩心逐次剔除,而不可用重锤猛力横向击打,但缺乏经验或为了赶进度又疏于管理的施工单位,往往因截桩不当而使桩顶标高以下0.5m1.5m范围内桩身断裂。

    2.2 桩身浅部断裂工程实例

    2.2.1 工程概况

    某工程,位于西安市建工路与万寿路十字西南角,地下1层地上14层,建筑面积约15000m2。框剪结构,梁板式筏形基础。建设场地地层自上而下依次为:人工填土、第四系上更新统风积黄土、古土壤、中更新统风积黄土及冲洪积粉质粘土等。

    该工程设计采用CFG桩复合地基,桩径400mm,桩长12.0m,桩间距1400mm,正方形布置,桩总数880根,桩身混凝土强度等级为C25CFG桩单桩复合地基承载力特征值fspk320kPa

    CFG桩施工采用400mm螺旋钻成孔,C25商品混凝土灌注成桩。施工28天后采用小型挖掘机和人工联合清土和截桩。

    2.2.2 施工质量检验结果

    (1) 承载力检验结果

    本工程采用配重堆载静载荷试验法检验CFG桩单桩复合地基承载力。共检测5点。根据试验结果,在最大加载量pmax=640kPa时,5个检测点的压板沉降量介于8.6515.66mm,在加载量p=320kPa时,5点压板沉降量为3.897.64mm,其最大相对变形s/b=7.64/1400=0.0050.010,为此,判定该CFG桩复合地基承载力特征值fspk320kPa,满足设计要求。

    (2) 桩身完整性检测结果

    本工程采用低应变法检测桩身完整性(采用美制PIT型桩身完整性检测仪施测)。进行了两次检测。第一次按桩总数的20%检测了176根桩,经分析,发现约有10%桩的桩身波形异常,经开挖验证为桩身浅部断裂,判为Ⅳ类桩。为保证建筑结构安全和查清全数桩的桩身完整性情况,建设单位决定对其余未检桩进行全数检测。

    根据低应变法检测结果,发现97根桩桩身存在浅部断裂缺陷,占880根受检桩的11.02%

    桩身浅部断裂桩低应变法检测曲线如图2.2.22)所示,波形呈低频振荡特性。

2.2.22  桩身浅部断裂的低应变法检测曲线

    2.2.3 桩身浅部断裂桩的处理

    根据相关规范和科技书籍中关于“桩体断至桩顶设计标高以下者,必须采取补救措施”的阐述,本工程对桩身浅部断裂桩采取了如图2.2.3所示接桩头的方法予以处理。

2.2.3  浅部断裂桩补强措施

D-CFG桩直径;h—桩身断裂面至桩顶设计标高距离

    2.3 桩身浅部断裂桩工程处理讨论

    2.3.1 相关规范规定

    (1) 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第9.3.4条规定,“清土和截桩时,不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土”。这里用“不得”二字,属“严格”用词。

    (2) 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)表4.13.4规定桩身完整性检测为“一般项目”,“允许偏差或允许值及检查方法按基桩检测技术规范”。

    (3) 中国建筑工程总公司编制的《建筑地基基础工程施工质量标准》(ZJQ00-SG-014-2006)表4.13.4规定,桩身完整性检测为“主控项目”,并在条文说明中指出:“桩身完整性和桩长是水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计的重要参数,本标准将其列为主控项目。”允许偏差或允许值及检查方法按“建筑基桩检测技术规范”。

    (4) 《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)条文说明第3.4.13.4.5条指出:桩身完整性和单桩承载力是两个独立概念。“竖向承载力满足设计要求而完整性为Ⅲ类或Ⅳ类也可能存在安全和耐久性方面的隐患。如桩身出现水平整合型裂缝(灌注桩因挤土、开挖等原因也常出现)或断裂,低应变完整性为Ⅲ类或Ⅳ类,但高应变完整性可能为Ⅱ类,且竖向抗压承载力可能满足设计要求,但存在水平承载力和耐久性方面的隐患。”该规范在条文说明第3.5.3条还指出:“工程基桩整体评价满足设计要求的必要条件应理解为:包括补强处理后复检在内的承载力和完整性应全部符合要求”。

    2.3.2  两种不同看法

    我省当前建筑工程界(以下简称业界)对CFG桩桩身浅部断裂问题存在两种看法,兹分述如下:

    (1) 第一种看法:CFG桩桩身浅部断裂问题不重要,可不进行补强处理。

    此种看法认为CFG桩桩身浅部断裂问题不重要的理由是:GB50202-2002规范规定CFG桩质量检验标准中桩体完整性为“一般项目”,并据此推理说既然是一般项目,则桩身完整性只须80%合格就可以了。

    持此种看法认为CFG浅部断裂桩“如果断裂部分无垂直方向偏移,在复合地基承载力特征值满足设计要求的前提下,对断裂桩体不必进行补强处理,可直接进行下道工序施工”,“这样,既可节约建设资金,又可缩短建设工期”。

    (2) 第二种看法:CFG桩桩身浅部断裂属桩身存在明显缺陷或严重缺陷,应评价为Ⅲ类桩或Ⅳ类桩,须进行补强处理。我们支持此看法,理由如下:

    1) 应该认真执行相关的技术规范。从本文第2.3.1条可以看出,对浅部断裂的CFG桩是应判定为Ⅲ类桩或Ⅳ类桩的,《建筑基桩检测技术规范》条文说明第3.4.13.4.5条明确指出:对于Ⅲ、Ⅳ类桩,即使竖向抗压承载力满足设计要求,但存在水平承载力和耐久性方面的隐患,因此,从消除隐患确保建筑结构安全角度说,对浅部断裂的CFG桩应进行补强处理。

    2) “浅部断裂桩问题不严重,可不进行处理”的论点会造成不良后果。那就是,此论点如果在某一工程项目被采用,将会有许多项目效仿,会出现许多浅部断裂桩,这将是建筑工程质量的倒退。再者,浅部断裂桩可不处理,那么深部断裂桩须处理否?某项建筑工程中存在许多Ⅲ类桩、Ⅳ类桩如何进行质量验收?该工程能评“长安杯”、“雁塔杯”、“鲁班奖”否?

    3) 低应变法检测桩身完整性方便快捷,浅部断裂桩补强处理费用不多,耗时不长。

    一位操作熟练的低应变法检测人员每日约可检测100根桩。由清理桩间土或截桩造成的浅部断裂桩的断裂位置多在桩顶设计标高下50150cm内,一根补强桩桩身平均按桩径40cm,长度100cm计,所需混凝土仅0.126m3,所以补强费用不多,耗时不长。再说,如能精心施工浅部断裂桩是可以避免的,施工单位花费一点小钱,耽误若干时日,对断裂桩进行补强处理,保证了结构安全,对职工是一个教育,同时也践行了“质量第一”的诺言,树立了“质量就是生命”的企业形象。对业界管理人员和科技人员来说,坚持执行施工质量标准和技术规范对加强从业人员的质量意识,提高建筑工程质量的总体水平是大有裨益的。

3、关于桩长问题

    3.1 概述

    CFG桩当用长螺旋钻机械成孔时往往很难穿过圆砾或砂层,导致施工桩长<设计桩长(以下称桩长不足)。施工桩长原可以在钻孔中根据设在钻杆上的孔深标识和灌注成桩中的混凝土用量容易发现,但由于施工单位管理不善,监理人员监督不到位或其它不正常因素而发生桩长不足缺陷。我们近年来曾发现两起桩长严重不足事故,兹简述其要点并讨论如下:

    3.2  桩长不足工程实例一

    3.2.1  工程概况

    某商住楼工程位于我省彬县县城公刘街,地下1层地上18层,建筑面积约44000m2.框架结构,筏形基础,拟建场地地层自上而下为:

    ①-1层杂填土:主要由建筑垃圾和煤渣组成,成份杂乱,结构松散,层厚1.505.50m

    ①-2层素填土:主要由建筑垃圾和煤灰渣组成,成份杂乱,结构松散,层厚1.505.50m

    ②层黄土状土:黄褐色,具针状孔隙,可见氧化铁条纹,软塑状态,层厚4.006.30m

    ③层圆砾:主要由砂岩碎块组成,一般粒径220mm,最大粒径约100mm,混少量卵石,稍密状态,层厚2.305.00m,地基土承载力特征值fspk250kPa

    ④层砂岩:深灰色,主要矿物成份以石英、长石为主,强风化,层厚1.202.70m,层底深度12.0015.50m,地基土承载力特征值fspk400kPa

    ⑤层砂岩:浅灰色,主要矿物成份以石英、长石为主,中等风化,该层未穿透,最大揭露厚度12.50m,地基土承载力特征值fspk750kPa

    该工程设计采用CFG桩复合地基,桩径400mm,有效桩长5.907.80m,且桩端须进入④层砂岩>500mm,桩间距1.30m,正方形布桩,桩身混凝土强度等级为C20,桩总数2029根,要求处理后的CFG桩复合地基承载力特征值fspk350kPa,单桩竖向抗压承载力特征值Ra420kPa

    CFG桩施工采用长螺旋钻成孔,管内泵压混合料成桩。施工单位自报桩长5.86.6m,且桩端进入④层砂岩不小于500mm,施工28天后采用小型挖掘机和人工联合清土和截桩。

    3.2.2 施工质量检测结果

    (1) 承载力检测结果

    本工程采用配重堆载静载荷试验法检验CFG桩单桩复合地基承载力。共检测9点。根据试验结果,各检测点在最大加载p=700kPa时,各检测点的压板沉降量介于17.3130.31mm,在设计值p=350kPa时,各检测点的压板沉降量介于6.779.92mm,其最大相对变形值S/b=9.92/13000.0080.010,为此,判定该CFG桩复合地基承载力特征值,满足设计要求。

    (2) 桩身完整性检测结果

    本工程采用低应变法检测桩身完整性,前后两次共检测610根桩,其中有278根桩,根据施工单位桩长记录(即自报施工桩长),测得波速大于4800m/s,占受检桩总数的45.57%;波速大于5500m/s的达92根,占受检桩总数的15.08%,有些桩的波速则高达6000m/s以上。

    3.2.3 低应变法检测波速过高分析与开挖验证

    (1) 波速过高分析

    1) 根据低应变法动测理论和工程检测实践得知,采用低应变法检测桩身完整性时,波速高低与桩身材料和其密实度有关。如钢桩波速C=5120m/s;工厂制作的高强混凝土管桩波速C=35004500m/s;混凝土灌注桩波速C=30004200m/s。而本工程采用低应变法检测的610根桩中有278桩的波速高于4800m/s,且有92根桩的波速高于5500m/s,可见,此检测结果属异常情况。

    2) 根据公式(式中,C—波速,单位:m/sL—测点下桩长,单位:m—速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差,单位:ms)可知,波速与桩长成正比。CFG桩低应变法检测在采样和分析中,桩长L系根据施工单位提供的施工记录设定的。如施工记录不真实,比如,施工记录桩长(以下称名义桩长)是实际桩长的n倍,则低应变法曲线中显示的波速(以下称名义波速)亦为实际波速的n倍。因此,本工程低应变法检测中得出的高于4800m/s的波速是名义波速,并可推断相应的桩长为名义桩长,它比实际桩长数值大。据此,可得出这些高波速桩有“桩长不足”嫌疑。

    (2) 开挖验证

    根据上述分析,经研究决定,在波速高于5000m/s(实际是名义波速)的桩中随机抽样选定5根桩进行开挖验证。结果5根桩的实际桩长仅为2.70m2.90m3.00m3.15m4.00m,比施工单位提供的桩长(名义桩长)短许多,经计算,仅为名义桩长的67%77%

    3.3桩长不足工程实例二

    3.3.1工程概况

    某住宅楼位于咸阳市渭城区文汇西路。地下1层,地上18层。建筑面积约19000m2。剪力墙结构,梁筏基础,建设场地地层自上而下依次为:①层人工填土、②层黄土、③层古土壤、④层粉质粘土、⑤层中细砂(该层砂粒级配不良,成份以长石、石英、云母等为主,中密状态,层厚2.604.20m,地基土承载力特征值200kPa)、⑥层粉质粘土、⑦层中粗砂等。

    该工程设计采用CFG桩复合地基,桩身直径400mm,有效桩长11.0m,且要求桩端穿过⑤层中细砂进入⑥层粉质粘土不少于500mm,桩间距1500mm,正三角形布置,桩身混凝土强度等级C20,工程桩总数595根。设计要求处理后CFG桩复合地基承载力特征值fspk350kPa

    CFG桩施工采用长螺旋钻机成孔,混凝土输送泵压灌成桩,施工桩长11.0m

    3.3.2  施工质量检测结果

    (1)承载力检测结果

    本工程进行施工质量检验之初,设计单位仅要求做复合地基静载荷试验,不要求做单桩静载荷试验。根据复合地基静载荷试验结果,在最大加载量p=700kPa时,各检测点的沉降量分别为:21.0729.80mm;在加载量p=350kPa时,各检测点的沉降量介于7.6313.45mm;其最大相对变形值s/b13.45/13950.010,为此判定该CFG桩复合地基承载力特征值fspk=350kPa,满足设计要求。

    (2)桩身完整性检测结果及分析

    本工程采用低应变法检测桩身完整性,共检测120根桩,其中有74根桩波速C4600m/s,占受检桩总数的61.7%;有21根桩波速C5000m/s,占受检桩总数的17.5%,为此,如本文第3.2.3条第(1)款所述,判定波速过高桩有“桩长不足”嫌疑。

    3.3.3 单桩静载荷试验和钻孔验证

    根据上述对波速过高桩的分析,并因本工程桩身较长,且地下水位较高,不便进行开挖验证,经研究决定在波速大于5000m/s桩中随机选两根做单桩静载荷试验和采取钻芯法对桩长进行钻孔验证。设计要求单桩竖向抗压极限承载力Qu1020kN

    根据静载荷试验结果,两根桩的单桩竖向抗压极限承载力Qu仅达510kN1020kN,不满足设计要求;根据钻芯法检测结果,两根桩的桩长分别为6.30m8.30m<设计桩长11.0m,均未穿透⑤层中细砂层。

    3.4  CFG桩长度不足的质量评价和工程处理

    3.4.1 桩长不足的质量评价

    GB50202-2002规范第4.13.4条将CFG桩桩长列为一般项目,不允许有负偏差(即不允许长度不足);中国建筑工程总公司标准ZJQ00-SG-014-20064.13.4条则把CFG桩桩长列为主控项目,亦不允许有负偏差;行业标准JGJ106-20033.5.1条条文说明中指出:对于实测桩长小于施工记录桩长,不论是否影响桩的承载力,“按桩身完整性定义中连续性的涵义,显然均应判为Ⅳ类桩”。而该标准第3.5.1条正文规定:“Ⅳ类桩应进行工程处理。”

    由此可见,CFG桩长度不足是一个重要问题,施工单位和监理单位应予以充分重视。如果施工人员在试验桩施工阶段由于拟建场地地层或所使用的施工设备原因,不能保证实际施工桩长满足设计要求时,应及时如实向有关人员反映,看是否可变更设计或变更施工工艺(包括更换设备),以取得合理解决,避免出现本文第3.2节和第3.3节所述的严重后果。

    3.4.2  工程处理

    行业标准JGJ106-2003条文说明第3.5.2条解释:本条所指的“工程处理”包括补强、补桩、设计变更或由原设计单位复核是否可满足结构安全和使用功能要求。因此,对CFG桩复合地基来说,当小范围桩长不足时可采取补桩处理(一般此时原打桩设备还未调离现场);大范围桩长不足时可采取在桩间打素土桩或水泥土桩以增强桩间土的地基承载力;当设计有较大的安全储备,经原设计单位复核若能满足结构安全和使用功能要求,出具技术文件亦可作为工程处理。

参考文献:

1.国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002

2.行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002

3.行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2003

4.《建筑地基基础工程施工质量标准》ZJQ00-SG-014-2006,中国建筑工程总公司《地基处理技术》,阎明礼主编,中国环境科学出版社

(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:文径 尹维维 编辑  刘真 审核)

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