建筑工程中CFG樁基檢測(cè)技術(shù)研究與沉降分析

摘要：本文以實(shí)際工程為研究對(duì)象，對(duì)CFG樁施工過(guò)程中的檢測(cè)方法及結(jié)果和后續(xù)施工階段樁身沉降變形規(guī)律進(jìn)行了深入分析。首先總結(jié)了適用于建筑樁基礎(chǔ)的各項(xiàng)檢測(cè)方法，并對(duì)研究對(duì)象所進(jìn)行的樁基檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明CFG樁施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。在此基礎(chǔ)上，對(duì)基坑沉降量隨時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了樁基沉降曲線存在沉降平臺(tái)期、沉降異常點(diǎn)等情況。綜合分析發(fā)現(xiàn)地下水波動(dòng)會(huì)對(duì)樁基沉降量產(chǎn)生明顯的規(guī)律性影響。因此，本文為建筑樁基礎(chǔ)應(yīng)力變形規(guī)律的研究提供了一定程度上的理論支持。

關(guān)鍵詞：建筑工程，CFG樁，樁基檢測(cè)，樁基沉降，地下水位變化

中圖分類號(hào)：TU431""""""" """""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：

CFG Pile Foundation Detection Technology Research and Settlement Analysis in Construction Engineering

CAI Junhui

（Shenzhen Shenshui Water Consulting Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong 518112， China）

Abstract： In this paper， the actual project is taken as the research object， and the detection methods and results in the construction process of CFG pile and the settlement deformation law of pile body in the subsequent construction stage are analyzed in depth. Firstly， the summarizes the detection methods suitable for building pile foundation， and analyzes the pile foundation detection results of the research object，the results show that the construction quality of CFG pile meets the design requirements. On this basis， the variation law of foundation pit settlement with time is analyzed， and it is found that the settlement curve of pile foundation has settlement platform period and settlement anomaly point. The comprehensive analysis shows that the fluctuation of groundwater will have obvious regular influence on the settlement of pile foundation. Therefore， this paper provides theoretical support for the study of stress deformation of building pile foundation to a certain extent.

Keywords： construction engineering， CFG pile， pile foundation detection， pile foundation settlement， groundwater level change

1 研究背景

1.1 背景概況與工程地質(zhì)條件

本文以某公司新建總部為例，該公司位于廣東省深圳市某大型綜合建筑體內(nèi)，主要包括公司總部辦公樓、生產(chǎn)車間、研發(fā)中心、培訓(xùn)中心、展示與接待中心、員工生活區(qū)等建筑及多個(gè)配套建筑物。其中新建辦公樓為高56 m高層建筑物，生產(chǎn)車間為大型廠房，研發(fā)中心、培訓(xùn)中心、展示與接待中心則為多層建筑物，生活區(qū)主要為員工宿舍及餐廳等，總建筑面積87 458 m2。

前期勘察工作所得場(chǎng)地地質(zhì)條件概況見(jiàn)表1。根據(jù)表1可知，本段天然地基的承載力無(wú)法滿足建設(shè)需求，需進(jìn)行地基處理，經(jīng)多方面考證后，該段采用CFG樁進(jìn)行地基加固。

1.2 CFG樁情況

CFG（Cement Fly-ash Gravel Pile）是指水泥粉煤灰碎石樁，其建設(shè)原料包括水泥、粉煤灰、碎石、砂等。CFG樁通過(guò)樁土協(xié)作來(lái)提高樁間承載力，并將上部荷載傳遞至深層穩(wěn)定地層。針對(duì)軟弱地層的特點(diǎn)，本工程采用了1 552根CFG樁，總長(zhǎng)度為27 256 m，樁基分布情況見(jiàn)表2。

2 樁基檢測(cè)技術(shù)及結(jié)果

2.1 樁基檢測(cè)技術(shù)概述與選擇

常用樁基礎(chǔ)檢測(cè)方法及其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表3。各個(gè)方法均具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和不足，在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目所在地區(qū)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及樁基礎(chǔ)受力特點(diǎn)等因素進(jìn)行選擇，既要在滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)需求，又要選擇成本較低且方法簡(jiǎn)單便捷的檢測(cè)方法[1-2]。

針對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行的檢測(cè)工作的主要目的是檢測(cè)樁身完整性、混凝土強(qiáng)度及承載能力等性能。樁基檢測(cè)技術(shù)可分為無(wú)損和有損檢測(cè)兩類。無(wú)損檢測(cè)又被稱為半直接法，通過(guò)獲取波、電等信息間接評(píng)價(jià)樁身完整性，代表性方法有超聲波透射法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法等。其中，超聲波透射法采用預(yù)先嵌入柱體中的聲測(cè)管作為放置換能器通道，在檢測(cè)時(shí)通過(guò)換能器探頭接收和發(fā)射超聲波脈沖，并對(duì)其進(jìn)行解譯以達(dá)到評(píng)價(jià)樁身完整性的目的。低應(yīng)變法根據(jù)一維波動(dòng)理論，通過(guò)振動(dòng)波在不同介質(zhì)中傳播特性差異來(lái)推斷樁身缺陷情況。有損檢測(cè)包括鉆芯取樣法，該方法是在養(yǎng)護(hù)完好的樁身上進(jìn)行鉆孔取樣，并通過(guò)觀察和試驗(yàn)獲取樁身完整性及承載力的相關(guān)情況。該方法是最直接、最普遍的方式，但由于采用開(kāi)放式取樣方式，可能對(duì)樁身造成一定程度的損傷。除此之外還包括施工過(guò)程中的混凝土試驗(yàn)，用以實(shí)時(shí)控制樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量，并進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，采用最直接的加荷載方式測(cè)試樁身承載能力，是最直接且最可靠的樁身承載能力測(cè)試方法。

考慮低應(yīng)變?yōu)闊o(wú)損檢測(cè)手段具備成熟的技術(shù)，因此該工程選擇低應(yīng)變法作為樁身完整性檢測(cè)方法，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定抽檢比例。同時(shí)，在施工過(guò)程中對(duì)各個(gè)批次的混凝土進(jìn)行制樣試驗(yàn)，選擇混凝土試塊試驗(yàn)作為樁身混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法，以充分反映樁身施工質(zhì)量。另外，為確保已完成施工的樁身實(shí)際承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)來(lái)其承載能力。

2.2 樁身完整性檢測(cè)

在CFG樁施工完成28 d后，對(duì)已完工的CFG樁按照＞10%的比例進(jìn)行抽檢，并進(jìn)行低應(yīng)變測(cè)試，以檢驗(yàn)樁身質(zhì)量與完整性是否符合相關(guān)要求。根據(jù)表4中的分類依據(jù)，將低應(yīng)變測(cè)試得到的樁身完整性分為四類，按照＞10%的抽檢比例，在各個(gè)分區(qū)中共抽檢170根樁進(jìn)行低應(yīng)變測(cè)試，由表4可知其測(cè)試結(jié)果，Ⅰ類樁162根，占比約為95%，Ⅱ類樁8根，占比約為5%，檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明樁身完整性滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 混凝土試塊強(qiáng)度測(cè)試

在相同臺(tái)班和養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土與樁身混凝土保持高度一致，并且制作與檢測(cè)過(guò)程十分方便，是評(píng)估樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量的重要資料[3]。根據(jù)本工程具體情況，在每個(gè)臺(tái)班澆筑混凝土的同時(shí)制作了符合相同條件養(yǎng)護(hù)的試塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室抗壓強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。本工程混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C15，混凝土試塊測(cè)試結(jié)果均＞15 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

靜載荷試驗(yàn)主要測(cè)試單樁承載力，是單樁承載力檢測(cè)方法中應(yīng)用最廣的一種，且被公認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)最準(zhǔn)確和可靠的一種。已被列入各國(guó)樁基工程規(guī)范或規(guī)定中[4]。試驗(yàn)過(guò)程需要注意的內(nèi)容：①試驗(yàn)加載過(guò)程應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，并逐級(jí)等量加載，卸載過(guò)程同樣逐級(jí)等量卸載，且卸載量一般是加載量的2倍。在本工程中，起始荷載為400 kN，單級(jí)加載量為200 kN，共加載8級(jí)，最大荷載為2 000 kN，卸載過(guò)程單級(jí)最大卸荷量為400 kN，既加載量的2倍；②加載后分別按照一定時(shí)間間隔（5 min，15 min，30 min，45 min，60 min）讀取樁頂沉降量，后每30 min讀取一次，直至穩(wěn)定；③卸載過(guò)程，單級(jí)荷載維持時(shí)間為1 h，并須按照一定時(shí)間間隔進(jìn)行讀取，卸載歸零后，需測(cè)定參與沉降量，維持時(shí)間應(yīng)大于3 h；④根據(jù)《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340—2015）要求，加載量為設(shè)計(jì)承載力特征值的2倍[5]。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示的Q-s曲線（見(jiàn)圖2）可知，三處?kù)o載荷試驗(yàn)的最大沉降量分別為1.50 mm，2.25 mm，1.95 mm。Q-s曲線平緩，且在各級(jí)荷載下均能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明樁身承載力能夠滿足設(shè)計(jì)承載力特征值要求。

3 樁基沉降分析

在施工過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)樁基礎(chǔ)沉降量進(jìn)行了監(jiān)。監(jiān)測(cè)周期包括主體結(jié)構(gòu)施工期、室內(nèi)裝修階段和建筑實(shí)用階段等。本研究對(duì)各個(gè)分區(qū)中沉降量最大的沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，并將隨時(shí)間變化的樁身沉降量繪制成曲線（見(jiàn)圖3）。可知各個(gè)區(qū)域的樁基礎(chǔ)最大沉降量為4.30 mm發(fā)生在B2區(qū)內(nèi)。樁基礎(chǔ)整體沉降量較小且規(guī)律性明顯，在沒(méi)有明顯突變情況下說(shuō)明其施工質(zhì)量滿足工程建設(shè)需求。圖3所示的沉降量曲線規(guī)律主要與上部荷載有關(guān)，在主體結(jié)構(gòu)施工階段，隨著主體結(jié)構(gòu)逐漸增大，導(dǎo)致樁基礎(chǔ)沉降量也逐漸增大加。

在建筑工程主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，樁基礎(chǔ)沉降量并不呈現(xiàn)高度擬合的規(guī)律性。最主要的表現(xiàn)為圖3所示的沉降平臺(tái)期和沉降異常點(diǎn)。在該階段，樁基礎(chǔ)沉降趨勢(shì)會(huì)發(fā)生明顯不規(guī)律的變化，甚至出現(xiàn)沉降增加量減小甚至為零。由圖3可知，沉降平臺(tái)期在施工期間共出現(xiàn)過(guò)兩次，每次維持時(shí)間在3個(gè)月—4個(gè)月，間隔約1年。在沉降平臺(tái)期內(nèi)，幾乎所有樁基礎(chǔ)沉降均發(fā)生明顯變化。樁基礎(chǔ)的受力主要來(lái)自于樁土作用力、上部荷載和浮力等因素的共同作用。其中浮力會(huì)隨著地下水波動(dòng)而發(fā)生明顯變化，在這種情況下樁基礎(chǔ)承受的浮力也會(huì)發(fā)生周期性變化，從而引起沉降平臺(tái)期的出現(xiàn)。除此之外，在圖3中還觀察到一些異常點(diǎn)的沉降量與前后沉降量存在明顯差異。通過(guò)回溯施工過(guò)程可知，在這些異常點(diǎn)處均存在一定程度上施工進(jìn)度變化導(dǎo)致樁基荷載發(fā)生突變從而引起沉降量發(fā)生突變。但是這些異常點(diǎn)樁基整體沉降并未產(chǎn)生明顯影響。在建筑物后續(xù)施工及使用過(guò)程中，樁基礎(chǔ)沉降量處于穩(wěn)定狀態(tài)，但仍會(huì)存在一定波動(dòng)。造成波動(dòng)的原因主要包括地下水位變化及建筑內(nèi)活荷載等因素。根據(jù)研究成果表明，在建筑物施工和使用過(guò)程中特別是重大荷載變化（施工暫停、大型荷載施加等）時(shí)應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)樁基沉降情況，并及時(shí)采取措施解決問(wèn)題以確保建筑物安全穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本文以實(shí)際工程為研究對(duì)象，深入分析了建筑工程中CFG樁施工過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)及施工完成后的沉降變形規(guī)律，得出結(jié)論如下。

1） 總結(jié)分析了適用于建筑樁基礎(chǔ)的各項(xiàng)檢測(cè)方法，并對(duì)研究對(duì)象所進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行分析，明確了各個(gè)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)。

2） 對(duì)研究背景的樁基沉降情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樁基沉降曲線會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)期、異常點(diǎn)等情況，綜合分析發(fā)現(xiàn)地下水的波動(dòng)會(huì)對(duì)樁基沉降量產(chǎn)生明顯的規(guī)律性影響；且在工程建設(shè)完成后，建筑物仍會(huì)存在一定的沉降波動(dòng)，其原因主要在于地下水位變化和建筑活荷載變化等。

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編輯：劉 巖

收稿日期：2024-06-25

作者簡(jiǎn)介：蔡俊輝（1983～），男，廣東省梅州市人，工程師，碩士，研究方向：水利水電巖土工程。