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CFG樁復(fù)合地基承載力及施工檢測 樁基礎(chǔ)處理設(shè)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(fù)合地基承載力及施工檢測 提要 本文討論了CFG樁復(fù)合地基承載力確定，以及復(fù)合地基檢測應(yīng)注意的幾個問題。 關(guān)鍵詞：CFG樁復(fù)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(dǎo)師，碩士學位。 一、引言 CFG樁復(fù)合地基技術(shù)已在全國廣泛推廣應(yīng)用，國家行業(yè)標準《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)的頒布，為工程技術(shù)人員進行 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計、施工及檢測提供了技術(shù)依據(jù)。但在復(fù)合地基承載力的確定及復(fù)合地基檢測方面，在不同地區(qū)基于某些地區(qū)性經(jīng)驗，存在一些差異。本文將根據(jù)自己一些粗淺體會就上述問題做一些討論。 二、復(fù)合地基承載力的確定 根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GBJ79-2002)(簡稱地基規(guī)范)和《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)(簡稱地基處理規(guī)范)，復(fù)合地基承載力確定可分為設(shè)計階段和竣工驗收階段進行討論。 1、設(shè)計階段 在復(fù)合地基設(shè)計階段，地基規(guī)范規(guī)定：復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結(jié)果和其周邊土的承載力特征值結(jié)合經(jīng)驗確定；地基處理規(guī)范規(guī)定：復(fù)合地基承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定。初步設(shè)計時，也可按下式估算： fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk (1) 式中：fspk— 復(fù)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(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗取值，如無經(jīng)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?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)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(xiàn)場載荷試驗，可為設(shè)計提供可靠的設(shè)計參數(shù)。而很多情況是在無試驗資料條件下按(1)式估算復(fù)合地基承載力，但要結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，合理確定Ra、fsk、β等參數(shù)的取值。希望公式計算值接近但不大于載荷試驗結(jié)果，而大量試驗結(jié)果表明，公式計算結(jié)果一般不大于載荷試驗結(jié)果。 2、竣工驗收階段 由以上討論可知，在復(fù)合地基設(shè)計階段，確定復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)時，用公式(1)估算復(fù)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(zhì)報告提供的天然地基承載力fak(或樁間土靜載試驗結(jié)果fsk)按公式(1)計算確定復(fù)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(shù)，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(cè)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(fù)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(jié)果fsk按公式(1)計算復(fù)合地基承載力，β的取值可能會因人而異，對于同一復(fù)合地基，得出不同的計算結(jié)果，這樣就不能保證復(fù)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(fù)合地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗確定。 三、CFG樁復(fù)合地基載荷試驗應(yīng)注意的問題 CFG樁復(fù)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(yīng)注意如下幾個問題：1、褥墊鋪設(shè)及荷載板安裝 首先根據(jù)設(shè)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(shè)計要求的夯填度鋪設(shè)褥墊層，厚度為150mm。保證原狀土對褥墊層的側(cè)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(shè)及荷載板安裝示意圖 2、褥墊厚度 根據(jù)地基處理規(guī)范，靜載試驗褥墊厚度應(yīng)取150mm。研究表明，褥墊厚度與樁、土荷載分擔密切相關(guān)，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(dǎo)致樁頂應(yīng)力集中，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，應(yīng)該由樁間土承擔的荷載轉(zhuǎn)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(fù)合地基承載力偏低。 曾經(jīng)見過這樣的報道，某工程為使復(fù)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(fù)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(jié)果，曲線b為褥墊厚度20mm試驗結(jié)果。對正常設(shè)計的復(fù)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)大于最大加載壓力的一半。對于CFG樁復(fù)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(yīng)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(yīng)的壓力為復(fù)合地基承載力特征值。按相對變形確定復(fù)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(fù)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(yīng)的壓力，而忽視了不應(yīng)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(yīng)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(fù)合地基承載力特征值是不妥的，應(yīng)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(yīng)壓力的限制。如圖3(b)所示, 取P3為復(fù)合地基承載力特征值是不妥的，應(yīng)取P1。 4.試驗前后對樁做低應(yīng)變檢測 由于設(shè)計或施工的某種失誤，有時CFG樁復(fù)合地基承載力可能達不到設(shè)計要求，為弄清承載力偏低的原因，做復(fù)合地基靜載試驗前后，對樁做低應(yīng)變檢測了解樁身有無缺陷是至關(guān)重要的。 當試驗前和試驗后低應(yīng)變檢測判定樁身完整，而承載力偏低時，首先復(fù)核設(shè)計是否有誤。當排除設(shè)計原因后，對長螺旋鉆成孔管內(nèi)泵送混凝土成樁工藝(采用常規(guī)側(cè)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(yīng)變檢測判定樁身完整，試驗后做低應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)樁頭或樁身破壞，說明樁體強度不夠?qū)е鲁休d力偏低。 當?shù)蛻?yīng)變檢測判定樁身有缺陷(縮頸、斷樁、離淅等)，靜載試驗結(jié)果還能滿足設(shè)計要求，說明這類樁身缺陷不影響復(fù)合地基豎向承載能力的使用；若靜載試驗結(jié)果不能滿足設(shè)計要求，再結(jié)合不低于總樁數(shù)10％低應(yīng)變檢測結(jié)果，可為工程技術(shù)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(jù)。 需要說明的是，如果靜載試驗前沒做低應(yīng)變檢測，當發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)承載力有問題，試驗結(jié)束后應(yīng)立即進行樁身檢驗，探查樁頭是否被壓壞或低應(yīng)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(fù)合地基承載力檢測值比予估值大很多，經(jīng)做樁間土靜載試驗發(fā)現(xiàn)承載力特征值為400kpa (地質(zhì)報告提供的承載力特征值為200kpa)，其原因是復(fù)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(fù)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(fù)合地基靜載試驗最大加載壓力不應(yīng)小于設(shè)計要求壓力值的2倍。同時也規(guī)定，試驗點數(shù)量不應(yīng)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(fù)合地基承載力特征值。但許多檢測人員多按等于設(shè)計要求壓力值的2倍設(shè)計最大加載量，比如，設(shè)計要求復(fù)合地基承載力特征值為300kpa , 則設(shè)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(fù)合地基承載力特征值為298kpa ，不滿足設(shè)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(fù)合地基承載力特征值為301kpa ，滿足設(shè)計要求。因此，試驗方案設(shè)計，最大加載量不一定剛好等于復(fù)合地基承載力特征值的2倍，應(yīng)根據(jù)樁身強度等級大小，適當加大。 7.試驗點選擇 復(fù)合地基靜載試驗的試驗點在平面上應(yīng)均勻分布，當土性分布不均勻時，試驗點選擇應(yīng)考慮土性對復(fù)合地基承載力的影響。 低應(yīng)變檢測試驗點選擇除了注意在平面上應(yīng)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(yīng)變檢測，發(fā)現(xiàn)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(yīng)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(shù)字來確定，比如，抽取總樁數(shù)的10％進行低應(yīng)變檢測，選尾號數(shù)字3，則3、13、23、33、43……即為所選被檢測樁。 四、結(jié)語 1.設(shè)計階段，CFG樁復(fù)合地基承載力應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，初步設(shè)計時可按公式(1)估算復(fù)合地基承載力特征值。復(fù)合地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗確定。 2.復(fù)合地基靜載試驗前，首先做樁的低應(yīng)變檢測，靜載試驗后再做低應(yīng)變檢測和樁頂部開挖探查，對分析判斷復(fù)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(cè)限、密實度大小及荷載板與褥墊層是否密切接觸，對試驗結(jié)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(fù)合地基承載力特征值。 5.復(fù)合地基靜載試驗最大加載量，不一定剛好等于復(fù)合地基承載力特征值的2倍，可根據(jù)樁身強度等級大小，適當加大。 參考文獻 [1] 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)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(shù)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(shù)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(fù)合地基技術(shù)及工程實踐．北京：中國水利水電出版社，2001