CFG桩转桩机械更改对工程复合地基的效果分析

2016-07-19何哲颖

陕西水利 2016年1期

关键词：荷载试验CFG桩

何哲颖

（广州市水务规划勘测设计研究院　广东　广州　510640）

CFG桩转桩机械更改对工程复合地基的效果分析

何哲颖

（广州市水务规划勘测设计研究院广东广州510640）

摘要结合广州市南沙区万顷沙二十涌西水闸重建工程现场情况，对CFG桩+水泥搅拌桩结合的长短桩复核地基中的CFG桩转桩机械进行更改。桩转桩机械更改后从CFG桩单桩静载、桩间土静载、多桩复合地基荷载试验结果总结分析复合地基质量。

关键词CFG桩；桩机更改；荷载试验

1　项目概况

万顷沙联围内河网纵横交错，二十涌为其中之一，规划河道长4.1km，河道宽度在84m左右。二十涌西水闸控制的排水区总集雨面积为2.29km2。二十涌西原闸址离外江较远，约有130m，河道宽约85m，河段地形平缓，两侧为未达标海堤。二十涌西水闸现状破损严重，已不能满足防洪排涝、纳潮灌溉及保持涌内水景观等要求。通过重建水闸，满足了现状灌溉方式和防洪（潮）、排涝、引水的要求，同时增强了河涌亲水性。

2014年4月，二十涌西水闸重建工程正式开工，本次水闸采用的CFG桩（长桩）、水泥搅拌桩（短桩）长短桩结合的复合地基，长短桩复合地基由于造价低、沉降小等优点，在工程中应用越来越多，但在广州南沙地区应用较少。南沙万顷沙二十涌西水闸重建工程地基处理方案采用长短桩(即由长桩为CFG桩和短桩为水泥搅拌桩共同组成)复合地基这样一种新的形式，而在这次基础施工中，CFG桩也出现了一次现场技术上的小改良，值得以后作为现场的经验推广。

2　桩机更换原因及流程

根据设计图纸要求粉煤灰碎石桩（CFG桩）采用长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩，设计桩有效长度分别为33m、37m、39m，由于目前省内市场长螺旋最深只能施打30m，另外就打30m深的长螺旋桩机塔高38m，自重75吨左右，对场地条件要求极高，二十涌西水闸重建闸址出的按照地质报告厚度达到30m深，不能满足长螺旋施工要求，存在陷机、机身倾倒等重大安全隐患；打桩过程中由于桩机自身过重，在桩机转移过程中产生的压力对桩体的成桩影响较大，甚至可能导致断桩。为了推进施工进度，同时保证水泥粉煤灰碎石桩的施工质量，减少现场安全生产风险，经各参建单位协商确定将水泥粉煤灰碎石桩长螺旋设备更换为SPJ300型钻孔桩机成孔灌注，成桩效果质量保证达到设计要求，也能满足设计深度。

根据以上两种灌注机械的工作流程图对比，SPJ300型钻孔桩机的施工工序简单且操作简便，而且对场地的要求相对较低，可满足二十涌西水闸建设现场的需求。

图1　长螺旋杆钻孔施工工艺流程图

图2　SPJ300型钻孔桩机施工工艺流程图

3　设计要求

CFG桩：

（1）现场载荷试验：应在成桩28d后进行单桩竖向承载力载荷试验，试验数量为总桩数的1.0%，且不少于3个点。

（2）桩身完整性检验：桩施工28d后抽芯检测应抽取不少于总桩数的0.5%，且不少于6个点。采用低应变动力试验检测桩身完整性，检查数量不低于总桩数的10%。

（3）CFG单桩承载力应根据现场试验计算分析确定，水闸基础下暂定不小于630kN，内涌堤岸翼墙下暂定不小于1000kN，外江堤岸翼墙下暂定不小于900kN。

水泥搅拌桩：

（1）现场载荷试验：静载试验应在成桩28d后进行，单桩载荷试验不少于总桩数的1.0%，且不少于3根。

（2）取芯检验：在成桩28d后，采用双管单动取样器钻取芯样作水泥土抗压强度检验，检验数量为施工总桩数0.5%，且不少于6点。

（3）水泥搅拌桩单桩承载力应根据现场试验计算分析确定，暂定135kN。

长短桩复合地基：

（1）多桩复合地基载荷试验，对每个单体工程检验数量不得少于3点，即水闸、翼墙和管理房区域的多桩复合地基载荷试验不得少于3点。

（2）要求在长短桩桩顶和桩间土上均设置土压力盒，测试桩土应力分布，承压板面积为实际桩数所承担的处理面积。

（3）水闸基础下复合地基承载力要求不小于100kPa，内涌堤岸翼墙复合地基承载力不小于140 kPa，外江堤岸翼墙复合地基承载力不小于130 kPa。(4)水闸及翼墙沉降控制在50mm以内。

复合地基载荷试验要点参照《建筑地基处理技术规范》附录A。

表4.1　CFG桩单桩竖向抗压静载试验成果汇总表

表4.2　桩间土静载试验成果汇总表

表4.3　多桩复合地基荷载试验成果汇总表

4　桩基试验结果

4.1试验现场要求

根据相关规范及设计要求，长短桩复合地基施工前必须进行现场试验确定成桩适宜性，判定水泥搅拌桩及CFG桩适宜性；成桩后，须对天然地基土及桩间土、水泥搅拌桩及CFG桩单桩复合地基和长短桩复合地基进行载荷试验，以此判定复合地基承载力特征值及其沉降是否满足设计要求，并根据现场试验结果利用切线模量法反推实际复核地基的沉降。试验时，应在现场合适位置根据要求分别施工9根水泥搅拌桩和CFG桩作为试验桩。按如下要求进行：

1）CFG桩径500mm，桩长33m，水泥搅拌桩桩径550mm，桩长12m。桩间距2.5m，长短桩按实际地基交叉布置。

2）天然地基及桩间土载荷试验不少于三点，试验时承压板面积不应小于1.0m2；另外建议试验期间通过原位测试手段测试地基土层力学参数(如CPTU、旁压试验等手段)。

3）水泥搅拌桩单桩载荷试验和CFG桩单桩载荷试验各不少于三点，承压板面积为桩的面积。

4）复合地基(两根CFG桩+两根水泥搅拌桩)载荷试验不少于3点，要求在长短桩桩顶和地基土面设置土压力盒，测试桩和桩间土应力分布，承压板面积为实际桩数所承担的处理面积。

5）水泥搅拌桩和CFG桩均应抽芯检测，以判断桩身强度和完整性。

试验时，对褥垫层厚度作必要的改变，寻求最佳垫层厚度，垫层厚度宜在0mm～200mm之间变化。试验成果给出地基土体p- s、水泥搅拌桩和CFG桩单桩Q- s、复合地基p- s曲线，利用切线模量法，并通过现场试验研究长短桩复合地基桩土变形协调的关系，对水闸和挡墙实际复合地基承载能力进行学科评估分析。

4.1试验成果

二十涌西水闸的基础已经全部完成，以下是粉煤灰碎石桩（CFG桩）的检测结果。

根据《南沙区万顷沙二十涌西水闸重建工程复合地基载荷试验检测报告》，CFG桩竖向抗压静载试验的检测点为3个，平板载荷试验从加载到最大荷载分别为1800kN、2000kN和1900kN时，压板沉降逐级递增，Q～s曲线和s～lgt曲线均未出现突变现象；在各级荷载的作用下，3个点的沉降量在每级荷载作用下均能达到相对稳定标准，试验Q～s曲线平滑，均为缓变曲线，均未出现陡降；s～lgt曲线均呈平缓规则排列，曲线尾部均未出现明显向下弯曲的趋势。

上述3个点平板载荷试验的Q～s曲线和s～lgt曲线在受荷阶段未出现极限荷载特征，无明显的比例界限点，根据《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106.2003）, Q～s曲线呈缓变型，可取桩顶总沉降s为40mm所对应的荷载值为单桩竖向抗压极限承载力。另外根据《建筑基础检测技术规范》（JGJ106.2003），若桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压承载力应取最大试验荷载值。所以3个点的CFG桩极限承载力均不小于试验荷载值1800kN，其特征值Ra大于900kN，满足要求。

按照试验结果结论，根据相关规范可知：CFG桩单竖向抗压承载力特征值Ra不小于900kN，满足了设计的要求；桩间土地基承载力特征值大于125kPa（桩间土回填砂垫层较厚，且CFG桩和搅拌桩施工期间桩间土和砂垫层让浆液进行了加固，导致桩间土承载力较地勘结果高）；多桩（2CFG根桩+2根搅拌桩）复合地基地基承载力特征值大于140kPa。

3个点的试验数据分别见表4.1、表4.2、表4.3。