淺談CFG樁缺陷的低應變識別

李國良 馬連強

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司, 天津 300251)

1 概述

CFG樁是20世紀80年代末研發的一種新型地基處理工法。CFG是英文cement fly-ash grave的縮寫,意為水泥粉煤灰碎石樁,由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和,用各種成樁機械制成的可變強度樁。通過調整水泥摻量及配比,其強度等級一般在C5～C25之間變化,是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。

CFG樁作為一種地基處理方法，其應用領域得到了極大的開發,無論是在工民建還是在公路及其軌道交通方面都得到了廣泛的應用[1-4],并取得了非常好的效果。這種處理方法具有造價低、工期短、質量易控制等優點。低應變反射波法是檢測CFG樁樁身完整性最常用的方法,該方法具有測試成本低、檢測速度快、適應性強等優點。反射波法是以手錘或力棒等激震裝置撞擊樁頂,產生一縱向應力波信號沿樁身傳播,由傳感器拾取樁身缺陷及不同界面處的反射信號,通過一系列分析來判斷樁身完整性。[5-6]

2 CFG樁常見的幾種缺陷形式及產生原因

CFG樁是地下隱蔽性工程,在施工過程中常出現縮徑、擴徑、夾泥、離析和斷樁的缺陷,而且這種樁直徑一般比較小,樁身范圍內沒有鋼筋等提高強度的材料,水平抗剪能力比較差,所以存在著淺部樁體受外力作用后容易出現裂紋的問題。CFG樁缺陷產生的原因很多,不同的地質環境,不同的施工工藝都會對缺陷的類型發生影響。以某軟土地區的高速鐵路為例說明其缺陷產生形式及原因。該工程路基地基處理應用了大量的CFG樁,產生缺陷的原因主要有以下幾種。

(1)機械使用不當

在未做好樁身保護工作的前提下,使用大型機械(如挖土機)清除樁間土極容易造成樁頭部分破壞,當樁身強度較高時,破壞部位還會相應的加深。在對該鐵路路基工程CFG處理段進行檢測時,發現某項目部一段區間CFG樁樁身普遍規律性的在樁頭0.6～1.0 m處斷裂,經調研得知該項目部為了加快清理進度,用大型挖掘機直接在樁頭上開挖及行走,造成大量樁體淺部斷裂。

(2)未能控制好灌注過程中的拔管速率和混合料塌落度

拔管速率太快導致樁徑偏小或縮頸斷樁,而拔管速率過慢又造成水泥漿分布不勻,容易形成混合料離析現象,導致樁身強度不足。

(3)未設置保護樁長

使得浮漿部分在有效樁長的范圍內,致使樁頭破壞。

及時發現這些樁存在的質量隱患是極其重要的。使用低應變的方法檢測出這些樁的淺部缺陷是一種直接有效而且快捷的方法。在樁身完整性檢測中,低應變反射波法理論依據充分、測試技術簡單、波形判讀直觀,可以診斷樁身各種缺陷,并能確定其所在部位。

3 樁身完整性分析

在實際的檢測工作中,用低應變反射法所采集的CFG樁曲線多種多樣。以下提供幾個工地上CFG樁檢測滿足要求的Ⅰ類樁與存在缺陷樁的波形信號比較。

圖1 某工程K03號樁低應變曲線

圖1為樁長11.0 m、樁徑500 mm的CFG樁,檢測儀器為PIT,反射波波形規則,波列清晰,樁底反射明顯,樁身完整,為Ⅰ類樁。

圖2為樁長14.0 m、樁徑500 mm的CFG樁低應變實測曲線,檢測儀器為PIT,反射波波形不規則,成波浪形,無樁底反射,推定為斷樁。為了對推斷結果進行驗證,對該樁進行了開挖,顯示在樁頂下0.65 m的位置樁身開裂。對該片區域進行大范圍的測試,資料顯示大多數樁顯示的曲線為波浪形震蕩,斷樁位置大多集中在0.5～1.0 m處,圖3為與之相鄰不遠的G10號樁的曲線。經與施工單位溝通,得知其在清理樁頭時采用了大型挖掘機,此為造成大面積斷樁的主要原因。

圖2 某工程G12號樁低應變曲線

圖3 某工程G10號樁低應變曲線

圖4為圖3所示樁取出斷樁后的復測信號,反射波波形基本規則,波列清晰,能見樁底反射,樁身完整。

圖4 某工程G10號樁(處理后)低應變曲線

圖5是曲線樁長為9 m的一條CFG樁低應變實測曲線,樁徑500 mm,測試儀器為PIT。反射波波形不太規則,可見樁底反射。經開挖原因為樁頂浮漿過多,施工單位未設置樁頭保護。

圖5 某工程C15號樁低應變曲線

圖6為樁長13 m一條CFG樁低應變實測曲線,樁徑400 mm,測試儀器為PIT。該樁在3.8 m處存在嚴重缺陷。已經不能準確判斷樁底位置,經鉆探核實,該樁在3.8 m處存在離析,并有加泥現象。這是在CFG樁施工過程中產生的缺陷,與施工中拔管速度、混凝土塌落度有直接關系。

圖6 某工程C202-21號樁低應變曲線

在低應變反射法測試樁身完整性的實際測試中,還要對施工樁基場地的地層情況進行詳細了解。地層對低應變曲線有直接的影響。這是由于樁所在地層介質發生變化時,對信號傳遞有一定的影響。

圖7 某工程H05號樁低應變曲線

圖7是對一根樁長為7.5 m CFG樁的實測曲線,樁徑500 mm。反射波波形欠規則,樁底反射明顯。地層情況：0～1.5 m為淤泥質土；1.5～6.0 m為粉質黏土；6.0～10.5 m為黏土。開挖后證實樁身完整,樁側壁較為光滑,無缺陷。該樁為Ⅰ類樁。

4 結束語

由于工程環境及施工工藝不同,CFG樁的低應變曲線會有很大的差異性。特別是不同的工程甚至不同的施工隊伍都要區別對待。但樁身完整性的缺陷反應在曲線上大致有其相似性。成功的經驗就是在工程的初期進行開挖驗證,將曲線與實際缺陷一一對應。這樣在隨后的分析中就能有的放矢,有所依據。對產生的缺陷,要分析其原因,抓住影響CFG樁的主要影響因素,在地基處理過程中加以掌控。同時,地層變化引起的曲線變化要在分析和判釋的過程中予以充分考慮。

[1] 馮麗紅.CFG樁在高層建筑復合地基中的[J].山西建筑,2005,31(19)：104-105

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[3] 劉 明.CFG樁復合地基技術在軌道交通工程中的應用[J].市政技術,2004,22(3)：170-172

[4] 孫勁松.CFG樁在時速200 km客貨共線鐵路上的應用[J].鐵道標準設計,2006(8)：8-10

[5] 萬 毅.反射波法低應變樁基檢測影響因素及波形分析[J].西部探礦工程,2002(1)：46-48

[6] 齊耀文.低應變反射波法測樁技術[J].河北煤炭,2002(4)：57-58

[7] 陳 凡，徐天平，陳久照，等.基樁質量檢測技術[M].北京：中國建筑工業出版社,2003

[8] JGJ 94—2008 建筑樁基技術規范[S]

[9] JGJ 79—2002 建筑地基處理技術規范[S]

[10] GB 50007—2002 建筑地基基礎設計規范[S]