对CFG桩质量缺陷的探讨

文章编号:100926825(2006)0120127203

对CFG 桩质量缺陷的探讨

收稿日期:2005209216

作者简介:张　维(19632),男,工程师,山西捷远建筑实业有限公司,山西太原　030027

吕　晶(19582),男,高工,山西捷远建筑实业有限公司,山西太原　030027

张维　吕晶

摘　要:根据具体工程的概况及水文地质条件,分析了CF G 桩在地下水位出现大面积缩颈现象和复合地基载荷试验达

不到设计要求的原因,并介绍了地基补强措施,以满足工程质量的要求。关键词:液化,复合地基,载荷试验中图分类号:TU473.1文献标识码:A

引言

近几年来,CF G 桩处理软弱地基发展很快,由过去的十几层

发展到现在的27层～28层,由于是复合地基,它能充分发挥地基土承载力作用,所以造价低,无噪音、无污染,施工方便,速度快,深受广大业主的欢迎。

但并不是所有的软弱地基都必须采用CF G 桩进行地基处理,必须考虑地质条件中的特殊因素。如山西捷远建筑实业公司施工的太原市平阳路某开发公司小区,采用CFG 桩处理地基工程,桩径400mm ,桩距1.6m ,

呈正方形布桩,桩长12.5m ～14.5m ,桩体强度C20。由于业主赶施工进度,未按施工图做试桩,工程桩按常规施工,工程完工后,基坑开挖验桩时发现在-2.4m ～3m 处(地下水位处)桩体产生缩颈现象,数量高达90%的特殊现象。桩径由400mm 缩颈成200mm ～250mm ,缩颈长度500mm ～800mm ,桩体修补后,单桩和复合地基载荷试验,承载力均达不浇带或沉降缝,是否需对基础板厚和构造进行调整等。

3　工程实例

深圳某建筑群主要由3座商住楼、写字楼组成,均采用框架———中心筒结构,其中1号写字楼地上40层,地面以上最大高度为150m 。2号楼地上21层,地面上高度为78m 。3号楼地上27层,地面以上高度为102m 。底下3层,地下室相连,不设变形缝,地下室底板面标高为-12.15m 。建筑物单柱最大轴力设计值为33000kN ,立面简图见图1,平面简图见图2。按共同作用变刚度调平设计进行优化。

筏板下桩的长径比为88,距径比为3.0,承台长宽比为2.1,由此计算的桩端荷载传递系数为0.041,即桩端位置的平均附加荷载为95.23kPa 。沉降计算至附加应力等于0.1倍自重应力深度。下卧层最大沉降为5.21cm ,最小沉降为1.24cm 。桩顶平均荷载为2652kN 。筏板采用C45混凝土。

桩位布置时首先考虑在柱下加密,桩距3d ,共布置817根桩;板中桩距适当加宽,按照5d 布桩。内力计算的时候选取设计

荷载:0.2×静荷载+1.4×活荷载。对整个筏板进行有限元剖分,共分为965个单元,1523个节点。

由于全部采用了55cm 的桩长,主楼的桩长缩短,不均匀沉降和最大沉降都有不同程度的增加,单此方案的整体倾斜率为1.65×10-3,满足设计规范要求。其最大沉降分别在主楼和裙房各有一处,主楼的最大沉降在40层主楼的电梯井处,为2.23cm 。裙房的最大沉降发生在靠近40层主楼的边上,为2.05cm 。

文中对桩筏基础的一种优化设计进行了探讨,得出以下几点结论:1)桩筏基础设计是双控的,从优化角度理解,承载力和沉降条件仅仅是两个约束条件。在特定条件下,承载力和沉降往往只起主控作用。在深厚软粘土地基上的桩筏基础,沉降往往是设计的主控要素,应提倡以沉降控制为原则的设计思想。2)以沉降控制为原则的减沉设计与变刚度调平设计,改变了传统桩基设计概念,取桩基与天然地基之长,达到扬长避短的作用。

实际工程实例证明上述思路是正确的,并在实际工程中取得了很好的经济效益。参考文献:

[1]赵锡宏.上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论[M ].上海:同济大学出版社,1989.

[2]刘金砺,迟铃泉.桩土变形计算模型和变刚度调平设计[C].中国建筑科学研究地基基础研究所论文,2000(3):11215.[3]赵春洪,赵锡宏.上部结构—筏—桩—地基共同作用分析的新方法[J ].建筑结构学报,1990(2):628.

N e w ideas to optimize the piled raft foundation design of high 2rise building

PENG Jun 2w en

Abstract :Combined with new design ideas ,from two as pects :reducing settlement design and variable rigidity design for balance settlement the optimization design of piled raft foundation is discussed.Practice shows the thou ght of reducing settlement design and variable rigidity design for balance settlement is correct ,which acquired good economic benefits in practice.

K ey w ords :piled raft foundation ,reducing settlement design ,variable rigidity design for balance settlement

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第32卷第1期2006年1月 山西建

筑SHANXI ARCHITECTURE

Vol.32No.1Jan.　2006

到设计要求。设计要求单桩承载力特征值不小于500kN ,实际试桩3根,分别为285kN ,273kN ,277kN ,设计要求复合地基承载力特征值不小于250kPa ,实际分别为186kPa ,180kPa ,183kPa 。是什么原因使地下水位处桩体产生如此大面积缩颈现象,桩体缩颈修补后为什么验桩仍达不到设计要求,而且差距较大,低应变检测桩体其他部位无明显的缺陷,Ⅰ,Ⅱ类桩达90%以上。经研究分析如下:1　水文地质条件

该工程建筑场地位于太原断陷盆地内,各层土粉系第四系冲

洪积物,地质时代Q 4～Q 3地层分布及工程特征如下:

①人工填土(Q 24),杂色,稍湿,松散～稍密,以炉渣、

砖块、水泥板为主,局部为素填土(粉土),埋深0.2m ～2.3m ,平均厚度1.0m 。

②粉土(Q 4),黄色、黄褐色、可塑～软塑,局部状态,含云母植物根系,局部夹存薄层粉粘,湿～饱和,压缩系数平均值0.23MPa -1为

中压缩性土,标贯击数平均值4.6击,底板埋深8.3m ～11.8m ,平

均厚度8.6m 。

③粉质粘土(Q 4),灰褐色、饱和、可塑～软塑,含氧化铝夹有

粉细砂及粉土,压缩系数平均值0.29MPa -1为中压缩性土,标贯

击数平均值7.5击,底板埋深12.7m ～15.2m ,平均厚度4.5m 。④粉质粘土与粉土互层(Q 4),灰褐色、灰黄色、饱和、含云母,

氧化铝、可塑～软塑,压缩系数平均值0.2MPa -1为中压缩性土,

标贯击数平均值9.9击,底板埋深16.75m ～19.0m ,平均厚度

4.0m 。

⑤粉细砂(Q 4

),灰褐色,主要成分为石英夹有粉粘粉土层饱

和局部为中砂,该层土标贯击数平均值15.6击,为稍密～中密状

态,底板埋深25.0m ～28.3m ,平均层厚度9.2m 。场地地下水稳定水位埋深介于2.4m ～3.2m 。

场地饱和粉土及砂土的液化评价:太原地区地震设防烈度为8度,拟建场地地下水初见水位2.4m ～3.2m ,在20m 范围内存在饱和粉土及砂土。依据G B 5001122001建筑抗震设计规范初步判别为液化土层,进一步判别采用标贯试验判别法,液化指数平均值为I CE =9.23,(5<9.23<15)判别为中等液化。

2　CFG 桩质量缺陷原因分析

经过翻阅大量资料、请教专家,分析研究后认为,局部液化是

产生上述缺陷的主要原因。

本场地第②层属于饱和粉土层,平均厚度8.6m ,粉土层某些特性,灵敏度高,又为中等液化土层。长螺旋钻机在施工过程中由于成桩的振动作用,搅动第②土层发生了局部液化,使第②土层失去了侧向约束的作用,导致新灌注CF G 桩桩体在强大的空隙水压作用下变形,产生桩体缩颈。

饱和粉土在长螺旋成桩振动作用下是否产生了液化?工程项目负责人和操作人员介绍,钻机在钻进过程中,到一定深度后,沿钻杆周边缝隙开始涌泥喷水,高达1m ～1.5m ,这一现象的实质就是场地土在长螺旋钻杆匀速旋转过程中,钻杆叶片反复挤压,周期干扰和振动,钻杆周围一定范围内饱和粉土产生局部液化现象。

土壤液化与其孔隙水压是直接相关的,砂土产生液化时,临界状态的孔隙水压力一般可按照下式确定:

(Б-u )tan φ=0。

式中:Б———作用于剪切面的有效正应力,饱和土层的孔隙水压

急剧增加;u ———孔隙水压力;

φ———土体的有效内摩擦角。

但饱和粉土除了颗粒间的骨架支撑压力外还具有一定内聚力,在计算临界状态的孔隙水压力时,应该考虑粉土内聚力的作用,在上式中加入C 值,可求得临界孔隙压力。

(Б-u )tan φ+C =0。

式中:C ———饱和粉土的内聚力。本工程实际参数C =7.3kPa ,φ=7.40,上覆压力Б=19.4

×2.4=46.56kPa (地下水位-2.4m ),代入得孔隙水压力:u =102.71。此时水位标高处的土颗粒间有效压力为:

Бe =Б-u =46.56-102.71=-56.15<0,其绝对值大于内聚力C 值,表明土颗粒呈悬浮游离状态,具液态流动性质。在局部液化后,部分孔壁段丧失了对桩体混凝土侧向约束作用,使桩

孔孔壁变形,较强大的孔隙水压力对液化饱和粉土层具有波动传

播般的推覆挤压作用,迫使液化的软土流向压力较低的桩孔区

域,导致产生桩体缩颈现象。

局部液化的软土,实际上完全丧失了桩侧阻力和地基土的承

载力,因此,单桩荷载试验不可能满足设计要求,自然复合地基也

不能满足设计要求。

原设计单桩估算为:R a =U p ∑n

q L i +q p ・A p 。其中,U p 为桩周长;n 为桩长范围内土层数;q si 为桩周i 层侧阻力特征值;q p 为桩端阻力特征值;L i 为土层厚度;A p 为桩体面积。R a =0.4×3.14×(7×27.5+4.5×22.5+1×30)-0.1256×900=519kN >500kN 。

复合地基:f spk =m (R a /A p )+β(α-m )f sk 。

其中,f spk 为复合地基承载力特征值;m 为面积置换率;β为桩间土承载力折减系数,如无经验时可取0.75～0.95;f sk 为处理后桩间土承载力特征值。

f spk =0.0487×(500/0.1256)+0.8×(1-0.0487)×120 =285kPa >250kPa 。

实际单桩承载试验平均值R a =280kN ,复合地基载荷试验平均值f spk =180kPa ,主要原因是第②层饱和粉土层,产生部分液化后桩册阻力完全丧失,单桩承载力特征值为:

R a =0.4×3.14×(7×0+45×22.5+1×30)+0.1256×

900=278kN 。

复合地基承载力特征值只达到180kPa 。一方面单桩承载力

特征值只达到278kN ,另一方面部分液化土层,完全丧失了承载力,只依靠另一部分未液化土层,本工程桩距1.6m ,是桩径的4倍,桩距比较大,桩间土还有一定的承载力。

180=0.0487(280/0.1256)+0.8(1-0.0487)f sk 。f sk =93.83kPa <120kPa 。

如果桩距为3倍或更小,桩间土丧失承载力更大。

3　地基补强措施

1)将缩颈桩洗净、凿毛,按原桩径支模,现浇同强度等级的混

凝土,并加强养护。

2)单桩及复合地基载荷试验,达不到设计要求,决定采用深层搅拌桩,进行加强处理,在CF G 桩的桩间插打补强的深层搅拌桩,固化剂采用32.5MPa 矿渣硅酸盐水泥用量65kg/m ,要求水泥土试块抗压强度f cu ≥2MPa 。补强后,经复合地基检测满足设计要求。

4　结语

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821・第32卷第1期2006年1月

山西建筑