CFG桩复合地基承载力及施工检测

CFG桩复合地基承载力及施工检测 江苏省常熟市工程质量检测中心 摘要：随着CFG桩复合地基技术的进步，研究其承载力及施工检测凸显出重要意义。本文首先分析了CFG桩的特点及作用机理，介绍了桩侧摩阻力和桩端阻力特性。在探讨CFG复合地基检测中常见问题的基础上，指出了其载荷试验应注意的问题。 关键词：CFG桩；复合地基；承载力；施工检测 一、前言 作为一种有着自身特殊性的桩基，CFG桩在近期得到了长足的发展和进步。研究CFG桩复合地基承载力及施工检测，能够更好地提升其实际效果，从而优化桩基工程的实践。本文从介绍CFG桩的特点及作用机理着手本课题的研究。 二、CFG桩的特点及作用机理分析 CFG桩与天然地基同属地基范畴，但其组成材料，应力分布及变形过程不尽相同；CFG桩与桩基都是以桩的形式处理地基，两者有相似之处。但CFG桩属于地基范畴，而桩基属于基础范畴。CFG桩中桩体与基础不直接相连，它们之间通过碎石或者砂石连接；而桩基中桩体与基础直接相连，两者形成一个整体。 CFG桩复合地基计算理论的基本假定为桩与桩间土的协调变形，它的实质就是考虑桩土的共同作用。这种共同作用与桩基中考虑土的作用是有本质区别的，这种区别导致了桩基中桩和复合地基中桩的施工工艺和结构连接的不同。CFG桩复合地基受力过程及施工工艺决定了其加固湿陷性黄土的机理主要有以下三个方面： 1.挤密作用。CFG桩一般采用振动沉管成孔，由于桩管振动和桩尖土侧向挤压作用使桩间土得到了挤密，消除了桩间土的湿陷性，提高桩间土的承载力。 2.置换作用。CFG桩具有一定粘结强度，设计时一般按CIO-C15砼强度设计，荷载作用下桩身压缩性比周围土小许多，桩土应力比可达到10-30，甚至更高，这一点是其他柔性桩无法比拟的，其复合地基强度较高。 3.桩体作用。CFG桩属于刚性桩，它和桩间土共同作用，既具有复合地基的特点，也具有桩基的某些特征，在处理范围内桩身的变形控制复合地基的变形，变形量很小。 三、桩侧摩阻力和桩端阻力特性 1.桩侧摩阻力特性 桩侧摩阻力的产生是由于桩和桩侧土在荷载作用下存在相对位移趋势或产生相对位移，若桩与桩间土之间不存在相对位移或相对位移趋势，则桩侧摩阻力为零。理论上，理想的刚性桩在垂直荷载的作用下，桩顶和桩低的位移相等，桩周各处的摩擦力能得到充分发挥。若地基土质均匀，则桩侧摩阻力沿桩深度方向分布是均匀的，并且随荷载的增大呈线性增大。 但对于半刚性桩的CFG桩而言，在荷载作用下桩体自身会发生一定压缩量，此时桩顶位移大于桩低位移，桩与桩间土之间相对位移自上而下是逐步减少的。假设地基土质均匀，则桩侧摩阻力自上而下也是逐步减少的。然而，由于褥垫层的存在，在上部荷载作用下，桩体在一定程度下会刺入褥垫层，此时桩周土体发生沉降且沉降量超过桩的沉降时，桩周土体对桩产生向下的摩阻力作用，即产生负摩擦力，桩顶的摩擦力受到削弱，从而使得在沿桩长，摩擦阻力从桩顶到桩底呈先逐渐增大，然后逐渐减少的趋势。 2.桩端阻力特性 桩端持力层的特性会直接影响到桩端阻力的大小，对于理想的刚性桩而言，桩顶和桩端位移相等，如果桩端落在高强度的砾、砂类岩层上时，桩端阻力能够得到很好的发挥，复合地基承载力也得到了很大的提高。对于柔性桩，在上部荷载的作用下，桩体的压缩量可能等于桩顶的位移，这样桩端不管落在何种地层中，桩端阻力都不会得到很好的发挥，复合地基承载力的提高不明显。 CFG桩属于半刚性桩的范畴，桩上的相对模量介于刚性桩和柔性桩之间，桩顶的位移由桩体产生的位移和桩体自身的压缩量构成，并且桩体自身的压缩量只占一小部分，这样当桩端落在较好的土层上，桩端阻力能够得到有效的发挥，复合地基的承载力有显著的提高。 四、CFG复合地基检测中常见问题 1.承压板刚度不够 CFG桩复合型地基的设计桩距变化大，需要检测单位备有不同尺寸足够刚度的承压板，但是多数检测单位只是采用厚度相当的钢板作为替代，达不到规范规定的承压板应具有足够刚度的要求。试验过程中，随着荷载不断增加，荷载板发生明显的中间下凹周边上翘的挠曲变形。复合地基由桩、桩间土共同承担荷载，承压板刚度不够，板下桩间土只有很少一部分承载力充分发挥，因此荷载主要由桩承担，桩过早达到极限承载力，就会导致复合地基承载力偏低，直接影响检测结果的可靠性。 2.褥垫层铺设不符合要求 CFG桩加固地基时，通常会在桩顶和基础之间设置褥垫层，其主要作用是保证桩、土共同承担荷载，使桩间土的承载力充分发挥；调整桩、土荷载分担比例；减少基础底面的应力集中。在进行复合地基静载荷试验时，一般铺设的褥垫层只是超出荷载板20cm左右，使得在加压过程中，褥垫层没有侧向约束，褥垫材料挤出，增大竖向变形；铺设褥垫层厚度不够，也会加大桩、土荷载分担比例，使桩体过多承担上部传来荷载，竖向变形增大，有时甚至在试验过程中将桩头压碎，大大降低检测结果的准确度。 3.试验终止荷载的控制 实际检测中，不少检测单位选取的最大加载值刚好是设计要求承载力的2倍，虽然是严格按照技术规范进行的，但是也会影响检测结果。建筑地基技术处理规范中规定，试验点3时，极差不超过平均值的30%时，可取平均值作为地基承载力特征值。例如：设计要求复合地基承载力特征值200kPa。最大加载值选用设计要求的复合地基承载力特征值的2倍，即400kPa，且试验结果地基承载力由1/2最大加载值控制。 五、CFG桩复合地基载荷试验应注意的问题 1.褥垫铺设及荷载板安装 首先根据设计要求挖一试坑，坑的平面尺寸与荷载板相同，深度和褥垫厚度相同。按设计要求的夯填度铺设褥垫层，厚度为150mm。保证原状土对褥垫层的侧向约束。之后安装荷载板并使荷载板与褥垫层密切接触。 2.褥垫厚度 根据地基处理规范，静载试验褥垫厚度应取150mm。研究表明，褥垫越厚，土承担的荷载越多，桩承担的荷载越少，反之亦然。当褥垫太薄，会导致桩顶应力集中，容易发生桩头压碎或桩过早首先达到单桩极限承载力，复合地基承载力偏低。 3.由载荷试验曲线确定复合地基承载力 当PS曲线极限荷载能确定，其值不小于对应比例极限的2倍，可取比例极限作为承载力特征值；其值小于对应比例极限的2倍时，可取极限荷载的一半为承载力特征值。 这里就出现了一个问题，某些工程的复合地基载荷试验中，极限荷载能确定，但是P-S曲线较为平滑，比例极限难以确定，而相关规范对比例界限的确定无相关规定，这就造成人为因素比较大，这对试验结果的确定产生了很大影响。笔者参考了林宗元编著的岩土工程试验监测手册，其中介绍了7种常见确定比例界限的方法，其中斜率法适用范围更广，具体方法就是先绘制p-s/p曲线，在其曲线上取第一转折点所对应的荷载为比例界限荷载值，取第二转折点对应的荷载值为极限荷载值。 4.试验前后对桩做低应变检测 为弄清承载力偏低的原因，做复合地基静载试验前后，对桩做低应变检测了解桩身有无缺陷是至关重要的。当低应变检测判定桩身有缺陷，静载试验结果还能满足设计要求，说明这类桩身缺陷不影响复合地基竖向承载能力的使用；若静载试验结果不能满足设计要求，再结合不低于总桩数10%低应变检测结果，可为工程技术人员提供如何使用这类缺陷桩和采取怎样的补强措施提供依据。 六、结束语 通过对CFG桩复合地基承载力及施工检测的相关 研究，我们可以发现，该项工作的良好开展，有赖于对方面技术优势因素的利用，有关人员应该从CFG桩符合地基的客观实际出发，研究制定最为优化的施工检测实施方案。 参考文献： 1阎明礼.地基处理技术J.环境科学.2013（10）：88-89. 2