CFG樁復合地基承載力檢測及施工.doc

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CFG樁復合地基承載力及施工檢測 樁基礎處理設計施工(軟土處理) 2008-01-14 18:46:33 閱讀62 評論0 字號：大中小 CFG樁復合地基承載力及施工檢測 提要 本文討論了CFG樁復合地基承載力確定，以及復合地基檢測應注意的幾個問題。 關鍵詞：CFG樁復合地基，承載力，施工檢測，褥墊厚度 Abstract : In this paper, bearing capacity of CFG pile composite foundation and its testing after construction are discussed. Key words:composite foundation of CFG pile; bearing capacity; construction testing; thickness of flexible cusion 中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 作者簡介：閆明禮（1942－），男，漢族，河北樂亭人，研究員，博士生導師，碩士學位。 一、引言 CFG樁復合地基技術已在全國廣泛推廣應用，國家行業(yè)標準《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2002)的頒布，為工程技術人員進行 CFG樁復合地基設計、施工及檢測提供了技術依據。但在復合地基承載力的確定及復合地基檢測方面，在不同地區(qū)基于某些地區(qū)性經驗，存在一些差異。本文將根據自己一些粗淺體會就上述問題做一些討論。 二、復合地基承載力的確定 根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GBJ79-2002)(簡稱地基規(guī)范)和《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2002)(簡稱地基處理規(guī)范)，復合地基承載力確定可分為設計階段和竣工驗收階段進行討論。 1、設計階段 在復合地基設計階段，地基規(guī)范規(guī)定：復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定；地基處理規(guī)范規(guī)定：復合地基承載力特征值，應通過現場復合地基載荷試驗確定。初步設計時，也可按下式估算： fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk (1) 式中：fspk— 復合地基承載力特征值(kpa)； m — 面積置換率； Ra — 單樁豎向承載力特征值(kN)； Ap — 樁的截面積(m2)； β — 樁間土承載力折減系數，宜按地區(qū)經驗取值，如無經驗時可取0.75～0.95，天然地基承載力較高時取大值； fsk — 樁間土承載力特征值(kPa)，宜按當地經驗取值，如無經驗時，可取天然地基承載力特征值。 實際工程中，有條件時先在擬建場地做現場載荷試驗，可為設計提供可靠的設計參數。而很多情況是在無試驗資料條件下按(1)式估算復合地基承載力，但要結合工程實踐經驗，合理確定Ra、fsk、β等參數的取值。希望公式計算值接近但不大于載荷試驗結果，而大量試驗結果表明，公式計算結果一般不大于載荷試驗結果。 2、竣工驗收階段 由以上討論可知，在復合地基設計階段，確定復合地基設計參數時，用公式(1)估算復合地基承載力是符合規(guī)范要求的。在竣工驗收階段，能否只做單樁靜載試驗.用單樁承載力Ra和地質報告提供的天然地基承載力fak(或樁間土靜載試驗結果fsk)按公式(1)計算確定復合地基承載力特征值,是需要說明的一個重要問題。 首先，加固后樁間土承載力特征值fsk與然地基承載力特征值fak是不同的， 通常fsk＝afak。a為樁間土承載力提高系數，對擠密效果好的土采用振動擠土成樁工藝，由于土密度的增加和樁對土的側向約束作用，fsk遠大于fak，用單樁承載力Ra和天然地基承載力fak確定復合地基承載力與實測值相比會有較大誤差。即使用單樁靜載試驗的Ra和樁間土靜載試驗結果fsk按公式(1)計算復合地基承載力，β的取值可能會因人而異，對于同一復合地基，得出不同的計算結果，這樣就不能保證復合地基承載力的準確性和唯一性。因此，地基處理規(guī)范用強制性條文規(guī)定復合地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗確定。 三、CFG樁復合地基載荷試驗應注意的問題 CFG樁復合地基載荷試驗要點詳見地基處理規(guī)范，此外試驗時還應注意如下幾個問題：1、褥墊鋪設及荷載板安裝 首先根據設計要求挖一試坑，坑的平面尺寸與荷載板相同，深度和褥墊厚度相同，如圖1所示。按設計要求的夯填度鋪設褥墊層，厚度為150mm。保證原狀土對褥墊層的側向約束。之后安裝荷載板并使荷載板與褥墊層密切接觸。 圖1 載荷試驗褥墊層鋪設及荷載板安裝示意圖 2、褥墊厚度 根據地基處理規(guī)范，靜載試驗褥墊厚度應取150mm。研究表明，褥墊厚度與樁、土荷載分擔密切相關，褥墊越厚，土承擔的荷載越多，樁承擔的荷載越少，反之亦然。當褥墊太薄，會導致樁頂應力集中，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，應該由樁間土承擔的荷載轉移至樁上，容易發(fā)生樁頭壓碎或樁過早首先達到單樁極限承載力，復合地基承載力偏低。 曾經見過這樣的報道，某工程為使復合地基竣工驗收承載力得以通過，靜載試驗時人為選用很小的褥墊厚度，目的是減少給定壓力下復合地基P—S曲線的變形。這樣做首先是不規(guī)范，同時也不一定獲得較高的承載力。如圖2所示。 曲線a為褥墊厚度150mm時試驗結果，曲線b為褥墊厚度20mm試驗結果。對正常設計的復合地基(樁體強度等級和單樁承載力不是過分保守)，S/B=0.01對應的荷載在曲線a和曲線b分別為Pa和Pb, 顯然Pb大于Pa。但由于曲線b褥墊太薄，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，和曲線a相比，由于樁過早達到單樁極限承載力，則有曲線b對應的承載力由極限荷載的一半Pc（Pc= ）來控制，PcPa。 3.由載荷試驗曲線確定復合地基承載力 地基處理規(guī)范規(guī)定： (1)當P—S曲線極限荷載能確定，其值不小于對應比例極限的2倍，可取比例極限作為承載力特征值；其值小于對應比例極限的2倍時，可取極限荷載的一半為承載力特征值。 (2)當P—S曲線是平緩的光滑曲線時，可按相對變形值確定承載力特征值，且該值不應大于最大加載壓力的一半。對于CFG樁復合地基，當以卵石、圓礫、密實粗中砂為主的地基，可取s/b（或s/d）等于0.008所對應的壓力；當以粘性土、粉土為主的地基，可取s/b（或s/d）等于0.01所對應的壓力為復合地基承載力特征值。按相對變形確定復合地基承載力特征值不大于最大加載壓力的一半。實際工程中由平緩光滑的P—S曲線確定復合地基承載力容易發(fā)生如下錯誤： ①只注意s/b（或s/d）等于0.01所對應的壓力，而忽視了不應大于最大加載壓力的一半的限制。如圖3所示， P1為s/b＝ 0.01所對應的壓力，P2為最大加載壓力，P3為最大加載壓力的一半。對圖3(a)，取P1為復合地基承載力特征值是不妥的，應取P3。 ②只注意最大加載壓力的一半，而忽視了s/b（或s/d）等于0.01所對應壓力的限制。如圖3(b)所示, 取P3為復合地基承載力特征值是不妥的，應取P1。 4.試驗前后對樁做低應變檢測 由于設計或施工的某種失誤，有時CFG樁復合地基承載力可能達不到設計要求，為弄清承載力偏低的原因，做復合地基靜載試驗前后，對樁做低應變檢測了解樁身有無缺陷是至關重要的。 當試驗前和試驗后低應變檢測判定樁身完整，而承載力偏低時，首先復核設計是否有誤。當排除設計原因后，對長螺旋鉆成孔管內泵送混凝土成樁工藝(采用常規(guī)側開門鉆頭)，且樁端土為飽和砂土、粉土或卵石，是樁端虛土過多樁無端阻所致的可能性最大。為了防止上述問題發(fā)生，需選用本文作者發(fā)明的專利鉆頭(專利號ZL 00 2 63200.4)。 試驗前做低應變檢測判定樁身完整，試驗后做低應變檢測發(fā)現樁頭或樁身破壞，說明樁體強度不夠導致承載力偏低。 當低應變檢測判定樁身有缺陷(縮頸、斷樁、離淅等)，靜載試驗結果還能滿足設計要求，說明這類樁身缺陷不影響復合地基豎向承載能力的使用；若靜載試驗結果不能滿足設計要求，再結合不低于總樁數10％低應變檢測結果，可為工程技術人員提供如何使用這類缺陷樁和采取怎樣的補強措施提供依據。 需要說明的是，如果靜載試驗前沒做低應變檢測，當發(fā)現承載力有問題，需要了解試驗樁是否有缺陷時，由于靜載試驗在荷載作用下可能使樁的初始狀態(tài)已經發(fā)生了改變，樁是否存在固有缺陷已無法判斷，對分析事故原因帶來很大困難。 此外，當靜載試驗時發(fā)現承載力有問題，試驗結束后應立即進行樁身檢驗，探查樁頭是否被壓壞或低應變檢測判定樁身某個部位被壓壞。 5.防止樁間土被擾動和含水量發(fā)生大的變化 某工程復合地基承載力檢測值比予估值大很多，經做樁間土靜載試驗發(fā)現承載力特征值為400kpa (地質報告提供的承載力特征值為200kpa)，其原因是復合地基涼槽達60余天，樁間土含水量大幅度降低。另一工程則是在雨季施工，清土后未抓緊檢測，雨后泡槽致使樁間土承載力從140 kpa降低到60～80kpa。顯然上述兩種情況均無法得到可靠的復合地基承載力值。 6.靜載試驗加載量的控制 地基處理規(guī)范規(guī)定，復合地基靜載試驗最大加載壓力不應小于設計要求壓力值的2倍。同時也規(guī)定，試驗點數量不應少于3點，當滿足其極差不超過平均值的30％時，可取平均值為復合地基承載力特征值。但許多檢測人員多按等于設計要求壓力值的2倍設計最大加載量，比如，設計要求復合地基承載力特征值為300kpa , 則設計最大加載量定為600kpa 。假如該工程為3臺靜載試驗，其中1臺試驗極限荷載為590kpa ，其余為600kpa，且P—S曲線是平緩的光滑曲線，承載力由最大加載量的一半控制，復合地基承載力特征值為298kpa ，不滿足設計要求；若最大加載量定為610kpa ,盡管其中1臺試驗極限荷載為590kpa ，其余兩臺為610kpa ，極差不超過平均值的30％，復合地基承載力特征值為301kpa ，滿足設計要求。因此，試驗方案設計，最大加載量不一定剛好等于復合地基承載力特征值的2倍，應根據樁身強度等級大小，適當加大。 7.試驗點選擇 復合地基靜載試驗的試驗點在平面上應均勻分布，當土性分布不均勻時，試驗點選擇應考慮土性對復合地基承載力的影響。 低應變檢測試驗點選擇除了注意在平面上應均勻分布外，還要注意隨機選點，以保證缺陷樁統(tǒng)計比例的真實性。比如，某工程因機械清土不當，造成樁淺部水平斷裂，隨機選取143根樁進行低應變檢測，發(fā)現25根樁有水平斷裂缺陷，缺陷樁為檢測樁的17％，又增加143根樁進行低應變檢測，缺陷樁為檢測樁的16.8％，目前，北京地區(qū)多用抽取樁號尾號數字來確定，比如，抽取總樁數的10％進行低應變檢測，選尾號數字3，則3、13、23、33、43……即為所選被檢測樁。 四、結語 1.設計階段，CFG樁復合地基承載力應通過現場復合地基載荷試驗確定，初步設計時可按公式(1)估算復合地基承載力特征值。復合地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗確定。 2.復合地基靜載試驗前，首先做樁的低應變檢測，靜載試驗后再做低應變檢測和樁頂部開挖探查，對分析判斷復合地基施工發(fā)生的問題具有重要意義。 3.褥墊厚度及荷載板安裝，褥墊材料是否具有側限、密實度大小及荷載板與褥墊層是否密切接觸，對試驗結果都有影響。 4.對于p-s曲線為平緩光滑的緩變型曲線，注意按不大于最大加載壓力的一半和相對變形值兩個控制條件，來確定復合地基承載力特征值。 5.復合地基靜載試驗最大加載量，不一定剛好等于復合地基承載力特征值的2倍，可根據樁身強度等級大小，適當加大。 參考文獻 [1] 建筑地基基礎設計規(guī)范(GB5007-2002)．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002 [2] 建筑地基處理技術規(guī)范(JGJ79-2002)．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002 [3] 建筑樁基技術規(guī)程(JGJ94-94)北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995 [4] 閻明禮、張東剛．CFG樁復合地基技術及工程實踐．北京：中國水利水電出版社，2001