復雜地質條件下 CFG 樁復合地基的質量管理

劉豪杰

（煙臺市住房和城鄉建設執法監察支隊，山東 煙臺 264003）

0 引言

長螺旋鉆孔管內泵壓 CFG 樁利用長螺旋鉆機鉆孔至設計標高，停鉆后在提鉆的同時通過設在內管鉆頭上的混凝土孔壓灌超流態混凝土。該方法的特點是低噪音、不受地下水位影響、成樁速度快、施工效率高、施工質量容易得到保證［1］。樁基施工后，進行必要的質量檢測，是排查安全隱患、評價工程質量的重要手段，加強施工過程的質量控制及施工后的質量檢測對確保工程質量具有重要意義。

1 工程概況

某擬建工程包括 1 棟 26 層酒店、1 棟 26 層辦公樓和 1 棟 5 層商業樓，酒店及辦公樓與商業樓不連體，地下室均為 2 層。根據巖土工程勘察報告，工程擬建場區在大地構造單元上屬膠北地塊的膠北隆起區北部邊緣，所處原始地貌為山前平原地貌，近期經人工改造，場地呈西高東低，南高北低，地形起伏相對較小。場地內主要巖土層自上而下依次為①雜填土②粉質黏土③黏土④全風化云母片巖④-1全風化粗砂巖⑤強風化云母片巖⑤-1強風化粗砂巖⑤-2強風化花崗巖⑥斷層泥⑦中風化云母片巖。場區內斷裂構造發育，距離場區較近的活動斷裂為桃村-初家斷裂，該斷裂在場區西南角穿過，為微弱全新活動斷裂。場地中南部為兩條隱伏斷裂的交匯處。兩條斷裂分別為嵐店-初家斷裂、二灘斷裂。中風化基巖面起伏較大，基巖較破碎且風化程度不均，場地地質構造條件復雜，斷層破碎帶沿場區中部從北至南，從西至東逐漸變厚。

商業樓位于場區南部，設計采用 CFG 樁復合地基。設計樁徑 600 mm，樁長 12～28 m，樁身混凝土強度等級為 C30，總樁數 416 根，持力層為②粉質黏土③黏土，設計要求單樁豎向抗壓承載力特征值 1 850 kN/1 450 kN，復合地基承載力特征值 800 kPa/600 kPa。

2 CFG 樁的施工

現場采用長螺旋鉆孔管內泵壓混凝土的方法施工，長螺旋鉆機，鉆至設計要求標高后停止鉆進，邊提升長螺旋鉆桿，邊向孔內泵注超流態混凝土，混凝土灌注至設計要求標高，移機至下一根樁繼續施工。施工過程中發現部分樁位的樁頂混凝土面下沉，最深可達 4 m 左右，發現樁頂下沉后立即組織施工，重新澆灌混凝土至設計要求標高。

當樁混凝土強度達到設計強度的 70 % 后，采用人工配合小型機械的方法進行樁間土的清除。小型機械作業時，保證樁周圍有 20 cm 的保護層，然后再用人工清除。清理完畢后用電鎬將樁頭鑿至設計標高，并按檢測要求將樁頂磨平。

3 工程質量檢測

樁基工程檢測主要分為施工前為設計提供參數的試驗樁檢測和施工后的驗收檢測。樁身完整性和樁基承載力檢測作為工程驗收不可或缺的環節，是對施工質量進行評價的依據，也是對樁基質量隱患進行工程處理的基礎。

3.1 低應變法樁身完整性檢測

3.1.1 檢測結果

采用低應變法進行 CFG 樁的樁身完整性檢測，根據檢測規范［2］及委托合同采用隨機抽檢的方式檢測 85 根樁，其中樁身完整性為 I 類的樁 71 根，占比83.53 %；樁身完整性為 IV 類的樁 14 根，占比 16.47 %，IV 類樁缺陷深度 0.7～3.6 m，檢測結果如表 1 所示。

表1 IV 類樁樁號及缺陷位置

通過檢測數據，初步判斷 CFG 樁缺陷類型為斷樁。根據經驗，CFG 樁淺部斷樁大多是由鑿除樁頭時機械外力造成的。而施工單位表示在鑿除樁頭時為避免造成斷樁，采用了人工配合小型機械的方法，對鑿除樁頭時造成斷樁的初步判斷不認可。為給后續工程處理提供依據，經工程各參建單位協商，選取部分缺陷位置埋深相對較淺 IV 類樁進行樁周土開挖，明確樁身缺陷類型，分析產生缺陷的原因。樁周土的開挖采用人工配合小型機械作業的方法，避免對樁身缺陷類型及原因的分析產生干擾［3］。通過現場開挖，發現樁體明顯分成上下兩截，中間夾一層低強度混凝土，確定缺陷類型為斷樁，與檢測時的判斷一致。選取其中檢測曲線較為典型、開挖后缺陷比較容易觀察的 223 號樁（IV 類樁），對其檢測缺陷位置與現場開挖實際缺陷位置進行對比分析，223 號樁低應變法檢測缺陷位置如圖 1 所示，現場開挖后 223 號樁身缺陷位置如圖 2 所示，檢測判斷的缺陷位置與實際缺陷位置相吻合。

圖1 223 號樁（IV 類樁）低應變法檢測缺陷位置

圖2 233 號樁樁身缺陷位置

3.1.2 IV 類樁原因分析

根據檢測結果對比施工記錄，IV 類樁均位于樁頂混凝土面下沉并進行了二次澆注的施工區域。樁基檢測時，施工、建設及監理單位忽視了施工過程中的異常情況，未對二次澆灌區域樁基質量提出懷疑。

結合現場開挖情況對二次澆灌區域出現樁基質量問題（IV 類樁）的原因進行分析，該場區斷裂構造發育，樁基施工區域有斷層通過，造成了長螺旋鉆孔管內泵壓混凝土后部分混凝土流失，混凝土灌注面下沉，發現問題后雖立即將長螺旋鉆桿放入孔內并澆灌混凝土，但兩次澆灌的混凝土中間已經存在離析層，導致樁身不連續，低應變法檢測判定為 IV 類樁（樁身存在嚴重缺陷）。

3.2 承載力檢測

3.2.1 檢測結果

根據檢測規范［4-5］及委托合同，單樁豎向抗壓承載力特征值為 1 850 kN 的樁檢測 9 根，2 根達到設計要求，7 根未達到設計要求；單樁豎向抗壓承載力特征值為 1 450 kN 的樁檢測 3 根，均達到設計要求；單樁豎向抗壓承載力實測結果匯總如表 2 所示。

選取承載力達到設計要求的 28 號樁與承載力未達到設計要求的 314 號樁的試驗曲線進行對比，28 號樁單樁豎向抗壓承載力靜載試驗曲線（Q-s曲線、s-lgQ曲線、s-lgt 曲線）如圖 3 所示；314 號樁單樁豎向抗壓承載力靜載試驗曲線（Q-s 曲線、s-lgQ 曲線、s-lgt 曲線）如圖 4 所示。

通過314號樁單樁豎向抗壓承載力靜載試驗實測Q-s 曲線可以發現，未達到承載力設計要求的樁均是由于在最后一級加壓時樁頂沉降突然增大，加壓至3 330 kN 時樁頂沉降大于前一級的 5 倍，且總沉降超過40 mm，達到終止加載條件所致，取 Q-s 曲線明顯陡降的起始點對應的荷載值 2 960 kN 為單樁豎向抗壓極限承載力。對未達到承載力設計要求的樁進行現場開挖，發現部分樁在原樁與實驗接樁處混凝土破裂。

復合地基承載力特征值為 800 k Pa 的基礎檢測 3 組，均達到設計要求；復合地基承載力特征值為600 kPa 的基礎檢測 3 組，均達到設計要求。復合地基承載力靜載試驗結果匯總如表 3 所示，選取試驗曲線較為有代表性的 213 號復合地基承載力靜載試驗實測曲線（P-s曲線、s-lgP 曲線、s-lgt 曲線）如圖 5 所示。

表2 單樁豎向抗壓靜載承載力檢測結果匯總表

實際上該工程所測的極限荷載（最大加載值）是工程檢測中的極限荷載。在工程驗收檢測中靜載試驗用來驗證樁基是否達到設計要求，在未達到真正的極限荷載時便達到了試驗目的，終止了試驗。相對于真正的樁基承載力，試驗得到的極限承載力往往是偏于安全的。

3.2.2 原因分析

通過對比承載力檢測結果發現部分單樁承載力達不到設計要求，復合地基承載力達到設計要求。在 JGJ 79－2012《建筑地基處理技術規范》實施前，CFG 樁復合地基中單樁承載力檢測不是強制性項目，很少對單樁進行檢測，因此該問題很少被發現。而自規范實施后，復合地基承載力滿足設計要求但單樁承載力達不到設計要求的問題已屢見不鮮，主要原因是單樁靜載試驗時最大軸力處位于樁頂，沒有樁側土的約束，樁頂易破壞，影響單樁承載力；復合地基靜載試驗中的單樁，其最大軸力處位于離樁頂不遠的中性點處，該處有樁側土的約束，其強度比無側向土的約束時有很大的提高，檢測時不至因樁頂破壞而影響承載力試驗結果；實驗資料表明，復合地基中樁的實際承載力較單樁承載力有明顯提高［6-7］。

圖3 28 號樁單樁承載力靜載試驗實測曲線

圖4 314 號樁單樁承載力靜載試驗實測曲線

圖5 213號復合地基承載力靜載試驗實測曲線

表3 復合地基承載力靜載試驗結果匯總表

4 工程處理

對低應變法檢測判定為 IV 類的樁進行工程處理。根據樁號確定樁位并進行標識，人工開挖基坑至缺陷位置以下 20 cm，樁間土開挖時避免擾動基礎持力層，保證坑壁的穩定，嚴格控制開挖標高，避免超挖或二次開挖，如圖 6 所示。人工清挖樁頭，斷樁接頭處處理干凈平整，杜絕樁頭表面有土、松散混凝土顆粒等雜物，斷口處先刷水泥漿，將 3 mm 鐵皮制作的直徑 800 mm 套筒安放在斷樁處并固定，套筒中軸線與原樁身中軸線重合。補樁采用 C 40 混凝土澆筑并振搗密實，防止出現空樁斷樁現象，振搗后要收抹并用薄膜覆蓋?；炷翝仓髧婪乐匦蜋C械擾動，防止接樁部分出現質量問題。

圖6 開挖缺陷樁示意圖（單位：mm）

對單樁承載力達不到設計要求，復合地基承載力達到設計要求的問題進行論證。該工程地質條件較差，由于該工程在工程樁施工前沒有按照要求進行試驗樁檢測，無法提供單樁承載力實測數據。設計單位根據經驗提的單樁承載力偏高，造成部分工程樁的實測承載力達不到設計要求。經建設單位組織專家進行論證，依據承載力實測值重新校核，將單樁承載力設計要求統一調整為 1 450 kN，復合地基承載力設計要求不變，承載力調整后仍然可以滿足上部建筑對承載力及變形控制的要求。

5 結論

通過梳理該工程的樁基施工與質量檢測環節，分析了該工程產生質量問題的原因，對檢測發現的質量問題進行了工程處理，保障了工程的質量與安全。針對工程中發現的問題及處理方案，提出以下建議，為復雜地質條件下樁基的質量管理提供一定的借鑒。

1）施工前應按照規范要求進行試驗樁的施工及檢測，為設計提供依據，防止預估承載力與實測承載力存在較大差異對后續工程造成影響。

2）堅持預防為主，施工前制定應急預案，編制施工工程中可能出現的問題及處理方案。

3）加強施工過程控制，施工過程中發現意外情況及時與建設、勘察、設計單位溝通及處理，杜絕在施工過程中人為原因造成質量問題。

4）加強施工后的工程質量檢測，發現問題及時分析原因，進行工程處理，消除質量隱患。