文章摘自《工程勘察》

【非原創(chuàng)，侵刪】

基于承壓水對(duì) CFG 樁承載力的影響研究

馮科明 ^1,2 ，蘇長龍 ¹，劉利鋒 ¹

（1.北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司；2.城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

摘要：在北京，因建筑地基持力層承載力或變形滿足不了設(shè)計(jì)要求時(shí)，設(shè)計(jì)常建議采用 CFG 樁復(fù)合地基進(jìn)行地基處理。正常情況下，一般參考勘察報(bào)告成果，預(yù)估 CFG 樁的特征值進(jìn)行設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目考慮到樁長范圍內(nèi)存在承壓水，無法預(yù)估承壓水對(duì) CFG 樁承載力的影響，故在同一場(chǎng)區(qū)進(jìn)行了事前試樁，其結(jié)果與估算值有較大的偏差。在先后兩次專家咨詢的基礎(chǔ)上，采用補(bǔ)勘、復(fù)壓、人工挖探等輔助手段，并進(jìn)行了原因分析，采取了針對(duì)性的措施，最終滿足了設(shè)計(jì)要求。可供承壓水地區(qū) CFG 樁設(shè)計(jì)與施工人員參考。

關(guān)鍵詞：承壓水；CFG 樁；靜載荷試驗(yàn)；對(duì)策

1     前言

在北京，高層、超高層建筑越來越多，當(dāng)?shù)鼗某休d力、變形、滲透性等滿足不了設(shè)計(jì)要求的情況下，需要采取地基處理措施。現(xiàn)在普遍采用的地基處理措施，即 CFG 樁復(fù)合地基方案，其具有施工機(jī)具配套、施工效率高，施工工藝成熟，施工質(zhì)量有保證，監(jiān)測(cè)方法成熟、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是，當(dāng)設(shè)計(jì)樁長范圍內(nèi)存在承壓水，且不對(duì)地下水實(shí)施控制措施時(shí)，即成樁過程受到承壓水影響時(shí)，采用CFG 樁復(fù)合地基處理地基方案要慎重。下面就以某工程案例來介紹一下承壓水作用對(duì) CFG 樁承載力的影響。

2     工程概況

2.1      建筑物概況

某地塊擬建 9 棟建筑（地下 1-3 層，地上 15 層）及 1 座上部覆土 3 米的地下 2 層車庫，因天然地基承載力滿足不了設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)建議采用 CFG 樁復(fù)合地基處理。

2.2      工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探野外描述、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，按巖性及工程特性將地層劃分為6大層,自上而下分述如下：

黏質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土素填土①：黃褐色，稍濕，松散。含植物根系。本層厚度為   0.40～1.00m，層底標(biāo)高為 36.82～39.10m。

黏質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土②：褐黃色，稍濕～濕，中密～密實(shí)。含云母及氧化鐵條紋。夾粉質(zhì)黏土-重粉質(zhì)黏土②₁ 層，本大層厚度為 4.10～7.60m，層底標(biāo)高為 31.13～33.80m。

黏質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土③：灰色，局部褐黃色，稍濕～濕，中密～密實(shí)。夾粉質(zhì)黏土③₁、、重粉質(zhì)黏土-黏土③₂，本大層厚度為 3.00～5.80m，層底標(biāo)高為 27.01～29.35m。

粉質(zhì)黏土④：褐黃色，局部灰色，很濕，可塑。夾黏質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土④₁ 黏土④₂，本大層厚度為 4.30～ 7.90m，層底標(biāo)高為 19.98～22.86m。

粉質(zhì)黏土⑤：褐黃色，很濕，可塑。夾黏質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土⑤₁、細(xì)中砂⑤₂、圓礫⑤₃、黏土-重粉質(zhì)黏土⑤₄ 層，本大層厚度為 6.40～10.60m，層底標(biāo)高為 11.35～14.90m。

卵石⑥：雜色，飽和，密實(shí)。一般粒徑為 3～7cm，最大粒徑約 14cm。充填約 35%～40%的黏性土及細(xì)砂。本層最大揭露厚度為 10.00m，層底標(biāo)高低于為 11.46m。

2.3      水文地質(zhì)條件

在勘探深度范圍內(nèi)觀測(cè)到兩層地下水： 第一層地下水類型為潛水， 穩(wěn)定水位埋深為 12.10 ～ 13.00m，水位標(biāo)高為 26.06～27.21 m；第二層地下水類型為承壓水，水頭埋深為 13.60～14.30 m，水頭標(biāo)高為 24.78～25.65m。

2.4      試樁

2.4.1      試樁目的

在本工程場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行試樁，其試驗(yàn)?zāi)康臑椋和ㄟ^試樁來實(shí)測(cè)我們所懷疑的承壓水對(duì) CFG 成樁質(zhì)量及其承載能力的影響，從而對(duì)施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的調(diào)整。

 2.4.2      試樁依據(jù) 

1）   《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ  106-2014）；

2）   《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）；

3）   業(yè)主及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)的要求。

2.4.3     試樁數(shù)量

經(jīng)與業(yè)主、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位溝通達(dá)成一致意見，擬在工程場(chǎng)地內(nèi)標(biāo)高 36.66m 處做試樁，結(jié)合選擇不同的樁端持力層，分別在 34#、51#勘察孔附近進(jìn)行 2 組試樁，每組 3 根，要求進(jìn)行低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)及單樁豎向靜載荷試驗(yàn)。

2.4.4      試樁方案

試樁采用 C30 商品混凝土，樁徑 400mm，樁長 18m；樁間距根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地和堆載面積綜合考慮，以不相互影響和干擾為止。

34#勘察孔樁端持力層為粘質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土⑤1 層，根據(jù)《規(guī)范》推薦的公式，估算單樁承載力特征值為 634.4kN；51#勘察孔樁端持力層為粉質(zhì)粘土⑤層，根據(jù)《規(guī)范》推薦的公式，估算單樁承載力特征值為 635kN，建議試樁最大荷載按 3.2 倍進(jìn)行加載控制。

成樁工藝采用長螺旋成孔中心壓灌商品混凝土方案。

2.4.5     試樁檢測(cè)

2.4.5.1低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)

其成果參見下圖。

2.4.5.2       單樁靜載荷試驗(yàn)

受篇幅限制，僅以某試樁為例，予以說明。

2.4.6      專家咨詢

2.4.6.1       第一次咨詢

10 月 28 日，召開了該項(xiàng)目 CFG 樁試樁結(jié)果專家咨詢會(huì)。與會(huì)專家聽取了項(xiàng)目 CFG 成樁工藝及樁試結(jié)果的匯報(bào)，質(zhì)詢了前期工作的主要事件及情況，提出以下意見：

1）  對(duì)樁身完整性進(jìn)行復(fù)測(cè)，若完整性良好，建議對(duì)單樁承載力進(jìn)行復(fù)壓；

2）  在試樁旁選取 2~3  個(gè)鉆孔進(jìn)行補(bǔ)勘，驗(yàn)證勘察資料的準(zhǔn)確性；

3）  根據(jù)復(fù)測(cè)情況，對(duì)  4#樁進(jìn)行人工挖孔檢查樁身質(zhì)量；

4）  若無可靠依據(jù)，建議加大設(shè)計(jì)樁徑，選擇可靠的樁端持力層。

2.4.6.2     第二次咨詢

       經(jīng)歷了上述三項(xiàng)工作以后，11 月 19 日，召開了該項(xiàng)目 CFG 樁試樁復(fù)壓結(jié)果專家咨詢會(huì)。與會(huì)專家取了該項(xiàng)目 CFG 樁施工、檢測(cè)、補(bǔ)勘、復(fù)測(cè)、人工挖孔檢查等情況匯報(bào)，進(jìn)行深入的分析與探討，初步判定承水對(duì)樁體承載力影響較大，最終形成專家意見如下：

      1）  采取地下水控制措施降低承壓水頭；

      2）  增加 CFG  樁設(shè)計(jì)樁長、樁徑，建議取卵石⑥層作為樁端持力層；

      3）  建議對(duì)承壓水及高低差影響范圍內(nèi)的土層側(cè)阻力進(jìn)行適當(dāng)折減。

3     原因分析及其對(duì)策

3.1      原因分析

      1）  承壓水的“破壞”’作用

      有文獻(xiàn)⑴認(rèn)為，在泵壓混凝土未初凝時(shí)，由于承壓水的作用，地下水向孔口方向涌水移動(dòng)上升，帶出混凝土中的水泥漿，從而影響成樁質(zhì)量；也有文獻(xiàn)⑵認(rèn)為，承壓水在鉆進(jìn)地層的過程中，使得飽和的粉土、粉細(xì)砂發(fā)生液化，從而影響成樁質(zhì)量。

筆者認(rèn)為，由于施工揭穿承壓水覆蓋層，必然在強(qiáng)大的水頭作用下，對(duì)地層原狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，甚至使粘性土、粉土及粉細(xì)砂持力層的端阻趨于零；同時(shí)，由于承壓水沿著鉆孔孔壁不斷上升，及其鉆具上提過程中產(chǎn)生的負(fù)壓，導(dǎo)致地下水上升很高，甚至有時(shí)可見流出孔口，這樣勢(shì)必對(duì)側(cè)壁黏性土層產(chǎn)生了需要很長時(shí)間才能恢復(fù)的泥皮，從而影響樁側(cè)阻的發(fā)揮；當(dāng)然，承壓水上升過程中，必然會(huì)帶走部分水泥漿甚至混凝土中的細(xì)顆粒，使得樁側(cè)壁不能密貼樁側(cè)土層，更導(dǎo)致樁側(cè)阻受損，造成承載力的急劇降低。

2）  勘察、設(shè)計(jì)的預(yù)判性

沒有考慮對(duì)參數(shù)進(jìn)行折減，就難以達(dá)到《規(guī)范》推薦公式計(jì)算的預(yù)估值。遇有承壓水存在時(shí)，一般有經(jīng)驗(yàn)的勘察單位，會(huì)根據(jù)承壓水的特性，提醒注意復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)，考慮承壓水對(duì) CFG 樁成樁的不利影響，有時(shí)候還會(huì)對(duì)提供給設(shè)計(jì)人員的側(cè)阻及端阻參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的折減。

同樣，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該預(yù)判承壓水對(duì) CFG 樁的不利影響，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能不揭穿承壓水，將樁長設(shè)計(jì)短一些，密一些；當(dāng)采用上述措施無法滿足設(shè)計(jì)承載力或沉降要求時(shí)，可以找一個(gè)對(duì)承壓水抗力較強(qiáng)的地層作為樁端持力層，如密實(shí)的卵石層，并對(duì)樁端阻力及樁側(cè)阻力進(jìn)行必要的折減。

3）  施工過程的控制

施工過程控制的好壞，也直接影響單樁承載力的發(fā)揮。由于成孔時(shí)間長，造成承壓水減阻作用增加；或者灌注中存在停工待料；造成地下水上升侵蝕灌注的混凝土面層，造成離析甚至斷樁；或者是操作不當(dāng)，沒有壓灌到排氣孔排出混凝土?xí)r就上提鉆具，管內(nèi)混凝土壓不住承壓水的壓力，導(dǎo)致管內(nèi)混凝土不能順利排出，造成樁底“虛脫”。上述情況，都會(huì)影響到 CFG 樁的單樁承載力發(fā)揮。

3.2      對(duì)策

1、有條件時(shí)，可以采用泥漿護(hù)壁成孔水下灌混凝土工藝③，成孔過程中消除了發(fā)生滲流的水力條件，成樁質(zhì)量容易保證，從而確保單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求；

2、成樁前采取地下水控制措施，減低承壓水水頭，減輕其對(duì)成樁的影響，確保單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求；

3、如果由于工期和環(huán)境保護(hù)的壓力，必須采用長螺旋成孔中心壓灌商品混凝土的成樁工藝，需要采取如下綜合預(yù)防措施：

1）      選擇受承壓水影響較小的地層作為樁端持力層，本項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)時(shí)選用卵石⑥層作為樁端持力層，使其端阻得到充分發(fā)揮。

2）      設(shè)計(jì)時(shí)考慮承壓水對(duì)樁端阻力及其側(cè)阻的影響，估算單樁承載力時(shí)，對(duì)承載力進(jìn)行適當(dāng)折減。

3）      施工時(shí)選用大功率長螺旋鉆機(jī)，提高鉆進(jìn)效率，減少承壓水對(duì)地層側(cè)阻及端阻的影響，且采用正轉(zhuǎn)正常鉆進(jìn)、反轉(zhuǎn)自動(dòng)開門的專用鉆頭，在壓灌混凝土返到出氣孔時(shí)開始提鉆，并確保混凝土始終埋住鉆頭，確保混凝土灌注質(zhì)量；

4）      加強(qiáng)施工過程的控制，只有在商品混凝土能確保單樁灌注量的時(shí)候，才開始成孔作業(yè)，并搞好前后臺(tái)的配合，確保一次性成樁，不在灌注中間等料。

3.3      成果

根據(jù)試驗(yàn)成果及其承壓水對(duì) CFG  樁承載力影響研究，施工圖階段，我們采用樁徑 500mm，以卵石層為樁端持力層的 CFG  樁方案，其結(jié)果滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.3.1      樁身完整性檢測(cè)

3.3.2   單樁載荷試驗(yàn)

          參見下圖。

4  結(jié)語

      本案例充分說明，在設(shè)計(jì)樁長范圍內(nèi)存在承壓水或存在承壓水作用的情況下，必然對(duì) CFG 樁的單樁承載力產(chǎn)生不利

影響，這一點(diǎn)，對(duì)于勘察單位、CFG 樁設(shè)計(jì)單位、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位以及業(yè)主單位都應(yīng)該有清醒的認(rèn)識(shí)。條件適宜時(shí)，應(yīng)該優(yōu)

先考慮其他施工工藝，如泥漿護(hù)壁成孔水下灌注商品混凝土工藝減輕承壓水對(duì)承載力的影響，或直接采用樁基方案；也可

采取降低承壓水水頭的輔助措施，來滿足單樁承載力的要求；當(dāng)然在工期或環(huán)境保護(hù)壓力的情況下，也可采用上述綜合預(yù)

防措施，達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求的目的，這一點(diǎn)在本項(xiàng)目的實(shí)際施工中得到了驗(yàn)證，可供同行們參考。

參考文獻(xiàn)

⑴ 潘廣燦 鄭州市東區(qū)等長螺旋成孔 CFG 樁工程質(zhì)量事故原因 巖土工程界 2005 第八卷 第 7 期 58-59

⑵ 馬秉務(wù) 長螺旋管內(nèi)泵壓 CFG 樁施工過程中竄孔問題研究 巖土工程界 2003 第 7 卷 第 12 期 50-52

⑶ JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 207

Study on the Influence of Compressive Water on the Bearing Capacity of CFG Pile

Feng keming①② Su changlong① Liu lifeng①

Beijing city survey and design Institute limited liability company① Beijing Key Laboratory of Geotechnical Engineering for Urban Rail Traffic Deep Pit②

No. 6, Anhui District, Chaoyang District, Beijing，100101

Abstract：In Beijing, CFG pile composite foundation is often recommended for foundation treatment when the bearing capacity or deformation of the foundation can not meet the design requirements. Under normal circumstances, general reference survey report results, estimated CFG pile characteristics of the design. Considering the presence of bearing water in pile length, the influence of bearing capacity of CFG pile can not be predicted. Therefore, the results of pre-test pile in the same field have great deviation from the estimate. On the basis of two expert consultations, the reasons were analyzed by means of re-survey, re-pressure and manual excavation, and the measures were taken to meet the design requirements. Can be used for CFG pile design and construction personnel reference.

Key word：Pressurized water；CFG piles；Static load test；countermeasure