孙永攀
中国核电工程有限公司郑州分公司 郑州 450052
摘 要：以洛阳涧西区某项目CFG桩复合地基处理的质量检测结果为实例，部分CFG桩出现单桩承载力急剧骤降的现象，分析复合地基承载力特征值不满足设计要求的原因及提出解决措施，进一步认识地下水对CFG桩的重要影响，为以后勘察报告相关参数的提出积累宝贵的经验，可供类似工程参考。
关键词：CFG 桩复合地基；单桩承载力：静载荷试验；地下水；处理方案
ANALYSIS OF CFG PILE COMPOSITE FOUNDATION SINGLE PILE BEARING CAPACITY OF INSUFFICIENT REASONS AND SOLUTIONS
SUN Yong Pan
（Zhengzhou Branch of China Nuclear Power Engineering Corporation Ltd，450052，Zhengzhou，China）
Abstract：Taking the quality test results of CFG pile composite foundation treatment of a project in Jianxi District, Luoyang as an example, some CFG piles appear the phenomenon of a sharp drop in the bearing capacity of a single pile, analyze the reasons why the characteristic value of composite foundation bearing capacity does not meet the design requirements and put forward solutions, and further understand the important impact of groundwater on CFG piles.It accumulates valuable experience for the proposed of relevant parameters in the future survey report and can be used as reference for similar projects.
Key words : CFG pele composite foundation; Bearing capacity of single pile; Static load test ; groundwater；Treatment scheme
水泥粉煤灰碎石桩（CFG）复合地基由水泥 、粉煤灰 、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成竖向增强体的复合地基，主要适用于处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基，在河南地区应用极为广泛，施工工艺较为成熟，主要采用长螺旋钻或泥浆护壁成孔等施工工艺，属于可变强度桩，通过调整水泥掺量及配比，其强度等级可在一定范围变化，充分利用桩间土力学性能，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，具有施工速度快、工期短、质量易控制、造价低廉的优点，桩体材料由混凝土搅拌站供应。按《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012规定，对有粘结强度复合地基增强体应进行强度及桩身完整性检验，复合地基承载力的验收检验应采用复合地基静载荷试验，对有强度的复合地基增强体尚应进行单桩静载荷试验。 一般来说，复合地基承载力容易满足设计要求，但单桩承载力达不到设计要求的问题普遍存在。针对该场地出现CFG桩复合地基单桩承载力不足的问题进行简易分析，查明原因，为以后CFG复合地基出现此类问题提供了强有力的支持。
1、工程实例
1.1工程概况
某工程位于洛阳市涧西区，以7#楼为例，25F/3D，等效长宽为24.1m×22.8m，剪力墙结构，筏板基础，上部荷载为380kPa，基底标高为202.95m。基础持力层为第④层粉质黏土，第④层承载力特征值ak为140kPa，不满足上部荷载要求，需进行地基处理，要求处理后的复合地基承载力达到380kPa，单桩承载力特征值达到425kN，采用长螺旋钻成孔的施工工艺，泵送混凝土压灌成桩。
该场地南侧邻近一条干涸冲沟，地貌单元为坡洪积裙。
1.2场地工程地质及水文地质条件
依据场地详勘报告，基础持力层为第④层粉质黏土。该场地勘察时间为2016年1月，根据场地黄土湿陷性评价，单孔计算最大湿陷量为39.6mm，小于300mm，判定地基土具轻微湿陷性，为非自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅰ（轻微）级。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004第5.1.3.1条规定，可不考虑湿陷性影响，按一般地区的规定设计。
根据地下水埋藏条件及水理性质属潜水，平均水位埋深为6.5m，平均水位标高为196.80m。
2、CFG桩单桩承载力不足的原因分析及处理方法
2.1事故原因分析
经桩基检测，7#楼复合地基承载力满足上部荷载要求，选取6根桩做单桩静载荷试验，最后一级加载时，发现有4根桩出现沉降量突然增大的情况，沉降量均超过50mm，进而判定单桩承载力不满足设计要求。
经小应变检测后，桩身完整性合格，桩头未出现压碎情况，表明桩身质量没有问题，从另一角度验证复合地基检测部位的土体偏软的工程特性，复合地基整体下沉的现象，表明试桩周围土体发生剪切压缩破坏，与第⑤1层粉质黏土软塑的性质相符。
在7#楼CFG桩之间布置静力触探孔，孔深为20m，通过静力触探曲线了解基底以下软弱土层的分布厚度及其力学性质，可作为检测CFG桩桩间土的力学性能的参考依据，如图1。
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工程地质剖面图 图1
根据本次施工勘察，很明显发现第⑤1层粉质黏土力学性能差，初步判断是第⑤1层粉质黏土造成CFG桩的单桩承载力不足的原因。第⑤1层粉质黏土静力触探成果锥尖阻力平均值为qc=1.38Mpa，侧壁摩阻力平均值为s=1.38Mpa，根据黏性土比贯入阻力值经验公式Ps=1.227qc-0.0613，Ps为1.6Mpa，与原详勘报告相比，第⑤1层粉质黏土各项参数应适当降低。
经多方咨询，地下水丰富是影响CFG桩成桩质量的另一原因，含有较多粉土颗粒的粉质黏土在CFG桩施工时，残留大量的泥土沉渣，产生泥皮效应，使CFG桩侧摩阻力失去效用，只发挥出端阻力的作用，CFG桩的安全性能大大降低。因此，根据7号楼的试桩资料和施工勘察静力触探成果，各层土的物理力学性质指标调整后，见表1-1 。
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2.2事故处理方法
对于7号楼单桩承载力不足的结果，采用AB桩进行满堂补桩，A桩直径400mm，桩距1200mm，有效桩长为12m，B桩（短桩）直径350mm，桩距1200mm，有效桩长为10m，短桩的桩端持力层为第⑤1层粉质黏土，不满足要求的4根桩单桩承载力特征值平均值为345kPa，根据具有粘结强度的多桩型复合地基承载力特征值公式：
估算后，RA取值为345kPa，考虑群桩效应，B桩（短桩）按0.7折减后为RB为171kN，
取值为391kPa，大于筏板基础基底压力380kPa，可满足设计要求。
3、影响CFG桩单桩承载力不足的因素
影响CFG桩单桩承载力不足的因素很多，比如桩间土物理力学性质、桩径是否合理，桩身混凝土强度是否合格，商品混凝土材料是否达标、地下水等等。
3.1桩间土的力学性能
桩间土是CFG桩分担上部荷载的重要组成部分，复合地基设计、施工参数的选择有很强的地区特性，要以静载荷试验的检测结果为依据，确定合理、有效的设计参数，结合地区经验、原位测试数据等，为以后详勘报告地层参数的选择提供强有力的支持，更能有效发挥出桩间土的力学性能。应重视每一次现场验槽揭露的地质异常情况，给予足够的重视，查找原因，为以后详勘报告提供更有说服力的计算参数，并提醒设计时予以重点考虑。
3.2商品混凝土
商品混凝土又称预拌混凝土，在建筑领域得到广泛应用，有提高建筑工程质量、浆体多、和易性好、施工速度快、减少材料浪费、降低综合造价的特性。
郑州某工地亦出现单桩承载力不足的现象，详见不合格单桩静载荷沉降测试曲线图。
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为排除检测过程中桩身被压破坏造成承载力不合格的因素，在单桩静载荷测试结束后，多方查找原因，要求进行二次低应变桩身完整性检测，低应变检测结果表明，均在2m～4m位置出现断桩的现象，如图2；经咨询专家及查找原因，是混凝土材料的问题，采用含泥量较高的粉砂搅拌混凝土，且部分桩的石子含量较低。因此，商品混凝土应严格按照有关标准进行设计，验算、试验和调查，加强每一个施工环节的控制，是保证质量的根本所在，也是保证施工方利益的有力依据。
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断桩位置图 图2
为客观详细分析造成单桩承载力不满足设计要求的原因，多方人员商讨结果后，查找各方面原因，包括成桩直径（断桩后的直径）、桩身混凝土强度（多次进行回弹试验）、桩身倾斜度、也可作抽芯试验等等。当采用机械挖桩时，一定要有经验丰富的作业人员指挥，避免开挖过程中碰撞桩体，产生裂缝或碰断桩身。
对于浅层断桩处理方法，一般是把断面清理干净，至无松动石子，沿桩中心外扩5cm，深度控制在完整断面下约15cm，接桩浇筑前用高一标号水泥浆补面，同时用高一标号混凝土浇筑至桩顶标高。此处原因涉及到混凝土材料问题，可采用AB桩进行满堂补桩，以保证整体施工质量。
3.3桩端持力层选取
本工程桩端持力层选取有问题，造成多次变更桩基参数，其余楼个别桩基的单桩承载力依然达不到设计要求，主要原因是桩端持力层被刺穿，也有可能提钻过早，造成桩端存在较多沉渣，使得端阻力减小，沉降量较大，使沉渣和离析后的水泥浆进一步压实，最终方案以第⑦层卵石为桩端持力层，此种问题才得以解决。
3.4桩基检测原因
CFG桩的检测应委托有资质有经验的桩基检测公司进行检验，实际要求每一根桩均进行低应变桩身结构完整性检测，桩基定位时，要保持探头与桩头的垂直度，避免因偏心荷载造成桩身劈裂压碎。也要提醒工人注意，避免因锤击时，造成桩体产生振动裂缝，要保持桩头表面平整光滑，才能得到合理、正确的桩基检测数据。CFG桩施工现场应监管到位，质量控制、衔接等对施工质量影响较大，对破坏掉的桩头应再次加固处理，以保证试验结果具有代表性。
3.5地下水影响
根据埋藏条件，地下水可分为包气带水、潜水、承压水，该工地地下水呈现形式以潜水为主，有微承压性。地表至潜水面的垂直距离为潜水的埋深，潜水与大气直接相通，具有自由表面，承受大气压力，春夏季多雨，水位上升，冬季少雨，水位下降，因此大气降水是补给潜水的主要来源，主要排泄方式为人工开采和大气蒸发，因此，潜水对CFG桩施工影响较大。
当地下水非常丰富时，在黏土层中，极易产生大量的泥浆和沉渣，对桩基施工质量要求极高，极易产生泥皮效应。所谓的泥皮效应，是指桩基施工时用膨润土或黏土进行泥浆护壁，泥浆面与地下水位有一定水头差，在孔壁形成一层不透水的泥皮层，防止地下水的渗透，保持孔壁的稳定性。由于泥皮的存在，桩、土之间的摩擦变为桩与泥皮的摩擦，使得摩擦系数大幅度降低，导致桩侧摩阻力损失过多，承载力变小。因此，若在黏土地层施工时，应考虑泥皮效应对桩基施工的影响，也是造成CFG桩桩端承载力不满足上部荷载要求的原因之一，选择好桩端持力层则是解决此问题的主要关键点。
当提钻速率过快时，又容易造成缩径、离析、裂缝、断桩等不利因素，裂缝之间存在泥块时，CFG桩被压缩时，极易产生断桩的现象。一般来说，可采用隔排隔桩跳打的施工顺序，既能保质保量地提高桩基施工质量，又能避免对周围土体的挤密效应和扰动破坏。
查阅资料时，很少涉及到地下水对CFG桩施工的影响程度，因此，在提出桩基参数时，应根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008规定的基础上，也要考虑地下水的影响，要对本地桩基参数进一步折减。
4、结语
CFG桩在国内应用极为广泛，但不同区域的地质条件，均会出现复合地基承载力和单桩承载力不足的现象，相对来说，CFG桩单桩承载力不足的现象普遍存在，施工过程中应予以重视，查找原因，寻找合适的解决办法，为以后勘察报告参数的提出和桩基施工积累丰富的宝贵经验，搜集区域性地质资料及桩基检测出现的普遍问题，综合分析，形成更好的指导性实践经验。
參考文献：
[1]、《工程地质手册》（第五版），中国建筑工业出版社；
[2]、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，中华人民共和国住房和城乡建设部2008年10月1日；
[3]、《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012，中华人民共和国住房和城乡建设部2013年6月1日；
[4]、任贵生、史哲， CFG桩复合地基单桩承载力不合格原因，建筑技术，2016年12月；