文章摘(zhai)自《工程勘察》

【非原創(chuang)，侵刪(shan)】

基(ji)于承壓(ya)水對(dui) CFG 樁承載力的影響研究(jiu)

馮科明(ming) ^1,2 ，蘇長(chang)龍 ¹，劉利鋒 ¹

（1.北京城(cheng)建勘測設計研究院有限責任公司；2.城(cheng)市(shi)軌道交通深基坑(keng)巖土工(gong)程北京市(shi)重點實驗室）

摘要：在北(bei)京，因(yin)建筑地(di)(di)基持力(li)層承(cheng)載力(li)或(huo)變形滿(man)足(zu)不了設計(ji)要求(qiu)時，設計(ji)常建議(yi)采用 CFG 樁復(fu)合地(di)(di)基進(jin)(jin)行(xing)地(di)(di)基處理。正(zheng)常情況下，一般參考勘(kan)察報告成果，預估 CFG 樁的特征值進(jin)(jin)行(xing)設計(ji)。本項(xiang)目考慮到樁長范圍內(nei)存在承(cheng)壓(ya)水(shui)，無法預估承(cheng)壓(ya)水(shui)對 CFG 樁承(cheng)載力(li)的影響，故在同一場(chang)區進(jin)(jin)行(xing)了事前試樁，其結(jie)果與估算值有較大的偏差。在先(xian)后兩次專家咨詢的基礎上(shang)，采用補(bu)勘(kan)、復(fu)壓(ya)、人工(gong)挖探等(deng)輔助手段，并(bing)進(jin)(jin)行(xing)了原因(yin)分析，采取了針對性的措(cuo)施(shi)，最終滿(man)足(zu)了設計(ji)要求(qiu)。可供承(cheng)壓(ya)水(shui)地(di)(di)區 CFG 樁設計(ji)與施(shi)工(gong)人員參考。

關鍵詞(ci)：承(cheng)壓水；CFG 樁；靜載荷試驗；對策

1     前言

在(zai)(zai)北京，高層、超高層建筑越來越多，當地(di)基的(de)(de)承載力(li)、變形、滲透(tou)性等(deng)滿足不了(le)設(she)計(ji)(ji)要求的(de)(de)情況下，需要采取(qu)地(di)基處理(li)措(cuo)施。現在(zai)(zai)普(pu)遍采用(yong)(yong)的(de)(de)地(di)基處理(li)措(cuo)施，即 CFG 樁(zhuang)復(fu)合地(di)基方(fang)案，其具有施工(gong)(gong)機具配(pei)套、施工(gong)(gong)效率高，施工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝成(cheng)熟，施工(gong)(gong)質(zhi)量有保證，監測方(fang)法成(cheng)熟、簡便等(deng)優點。但是，當設(she)計(ji)(ji)樁(zhuang)長(chang)范(fan)圍(wei)內存在(zai)(zai)承壓(ya)水(shui)(shui)，且不對地(di)下水(shui)(shui)實施控制措(cuo)施時，即成(cheng)樁(zhuang)過(guo)程受到承壓(ya)水(shui)(shui)影響(xiang)(xiang)時，采用(yong)(yong)CFG 樁(zhuang)復(fu)合地(di)基處理(li)地(di)基方(fang)案要慎重。下面就以(yi)某(mou)工(gong)(gong)程案例來介紹(shao)一下承壓(ya)水(shui)(shui)作用(yong)(yong)對 CFG 樁(zhuang)承載力(li)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)。

2     工程概況

2.1      建筑物概況

某地塊擬建(jian) 9 棟建(jian)筑(zhu)（地下(xia) 1-3 層，地上(shang) 15 層）及(ji) 1 座上(shang)部覆土 3 米的地下(xia) 2 層車庫，因天(tian)然地基(ji)承載(zai)力(li)滿足不了(le)設(she)計要求，設(she)計建(jian)議采用 CFG 樁復合地基(ji)處理。

2.2      工程地(di)質(zhi)條(tiao)件(jian)

根(gen)據鉆探野外描(miao)述(shu)、原位測(ce)試及室內土(tu)工(gong)試驗結果(guo)，按巖性(xing)及工(gong)程特性(xing)將地層(ceng)劃分為6大層(ceng),自上(shang)而下分述(shu)如下：

黏質粉土-砂(sha)質粉土素(su)填土①：黃褐色，稍濕，松(song)散。含(han)植物(wu)根(gen)系(xi)。本層厚(hou)度(du)為   0.40～1.00m，層底標(biao)高為 36.82～39.10m。

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

黏質粉土-砂(sha)質粉土③：灰色，局部褐(he)黃色，稍濕～濕，中(zhong)密～密實(shi)。夾粉(fen)質(zhi)黏(nian)土③₁、、重粉質黏(nian)土-黏(nian)土③₂，本大(da)層(ceng)厚(hou)度為 3.00～5.80m，層(ceng)底(di)標高(gao)為 27.01～29.35m。

粉(fen)質黏土④：褐(he)黃色(se)，局部灰色(se)，很濕，可塑(su)。夾黏質(zhi)粉(fen)土(tu)-砂質(zhi)粉(fen)土(tu)④₁ 黏土④₂，本大(da)層厚度為(wei)(wei) 4.30～ 7.90m，層底(di)標高為(wei)(wei) 19.98～22.86m。

粉質黏土⑤：褐黃色，很濕，可塑。夾黏質粉土-砂質粉土⑤₁、細中砂⑤₂、圓礫⑤₃、黏土-重粉質黏土⑤₄ 層(ceng)(ceng)，本(ben)大層(ceng)(ceng)厚度為 6.40～10.60m，層(ceng)(ceng)底標(biao)高為 11.35～14.90m。

卵石⑥：雜色，飽和，密實。一般粒(li)徑(jing)為(wei) 3～7cm，最大粒(li)徑(jing)約(yue) 14cm。充(chong)填約(yue) 35%～40%的黏性土及細砂。本層最大揭露厚度為(wei) 10.00m，層底(di)標高低于(yu)為(wei) 11.46m。

2.3      水文(wen)地(di)質條(tiao)件(jian)

在勘探深(shen)度(du)范(fan)圍(wei)內觀測到兩層(ceng)(ceng)地(di)下水(shui)(shui)： 第(di)一層(ceng)(ceng)地(di)下水(shui)(shui)類型為(wei)(wei)潛水(shui)(shui)， 穩定水(shui)(shui)位埋(mai)深(shen)為(wei)(wei) 12.10 ～ 13.00m，水(shui)(shui)位標高(gao)為(wei)(wei) 26.06～27.21 m；第(di)二(er)層(ceng)(ceng)地(di)下水(shui)(shui)類型為(wei)(wei)承壓水(shui)(shui)，水(shui)(shui)頭(tou)埋(mai)深(shen)為(wei)(wei) 13.60～14.30 m，水(shui)(shui)頭(tou)標高(gao)為(wei)(wei) 24.78～25.65m。

2.4      試樁

2.4.1      試(shi)樁(zhuang)目的(de)

在本工(gong)程場地內進行試(shi)樁(zhuang)，其(qi)試(shi)驗目的(de)(de)為：通過(guo)試(shi)樁(zhuang)來實(shi)測我們所懷疑的(de)(de)承(cheng)壓水對(dui) CFG 成樁(zhuang)質量及其(qi)承(cheng)載能(neng)力的(de)(de)影響，從(cong)而對(dui)施工(gong)圖設計進行必要的(de)(de)調整。

 2.4.2 ;     試樁依據 

1）   《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ  106-2014）；

2）   《建筑地基(ji)處(chu)理技術規范》（JGJ79-2012）；

3）   業(ye)主(zhu)及結構設計對(dui)試驗(yan)的要求。

2.4.3     試樁(zhuang)數量

經(jing)與業主、結構設計、監理單(dan)位溝通達成一致意見(jian)，擬在工程場地內標高 36.66m 處做試(shi)樁(zhuang)，結合選(xuan)擇不同(tong)的(de)樁(zhuang)端持力層，分(fen)別(bie)在 34#、51#勘察(cha)孔(kong)附近進行 2 組(zu)試(shi)樁(zhuang)，每組(zu) 3 根，要求(qiu)進行低應變樁(zhuang)身完整性檢測及(ji)單(dan)樁(zhuang)豎(shu)向靜載(zai)荷(he)試(shi)驗。

2.4.4      試樁方案

試(shi)樁采用 C30 商品混凝土，樁徑 400mm，樁長(chang) 18m；樁間距根據試(shi)驗場地和(he)堆載(zai)面積綜合考慮，以不(bu)相互影響和(he)干擾為(wei)止。

34#勘察孔樁(zhuang)端(duan)持力層為粘質粉土-砂(sha)質粉土⑤1 層，根據(ju)《規(gui)范(fan)》推薦的公式，估算(suan)單樁承(cheng)載力特征值為 634.4kN；51#勘察孔(kong)樁端(duan)持力層為粉質粘(zhan)土⑤層，根據《規范》推(tui)薦的公式，估(gu)算單樁(zhuang)(zhuang)承載力特征(zheng)值為 635kN，建議試樁(zhuang)(zhuang)最大(da)荷載按(an) 3.2 倍進行加載控制(zhi)。

成(cheng)樁工藝采用長螺旋成(cheng)孔中心壓灌(guan)商品混凝土(tu)方案(an)。

2.4.5     試樁檢測

2.4.5.1低應變樁身完整(zheng)性(xing)檢測

其成(cheng)果參見下圖。

2.4.5.2       單(dan)樁(zhuang)靜載荷(he)試驗

受篇(pian)幅(fu)限制，僅(jin)以(yi)某(mou)試樁(zhuang)為例，予(yu)以(yi)說明。

2.4.6      專家咨詢

2.4.6.1       第一次咨詢(xun)

10 月 28 日，召開了(le)該項目 CFG 樁(zhuang)試樁(zhuang)結(jie)(jie)果專(zhuan)家咨詢會。與會專(zhuan)家聽取了(le)項目 CFG 成樁(zhuang)工(gong)藝及樁(zhuang)試結(jie)(jie)果的匯報，質詢了(le)前期工(gong)作的主要事件(jian)及情(qing)況(kuang)，提出以(yi)下意見：

1）  對樁身完整性(xing)進行(xing)復測，若完整性(xing)良好，建(jian)議對單樁承載力進行(xing)復壓；

2）  在試樁旁選取(qu) 2~3  個鉆(zhan)孔進行補(bu)勘(kan)(kan)，驗證(zheng)勘(kan)(kan)察資料的準確(que)性(xing)；

3）  根據復(fu)測(ce)情(qing)況，對  4#樁進行人工挖孔檢查樁身質量；

4）  若無可(ke)靠依據，建議加(jia)大設計樁徑，選擇可(ke)靠的樁端持力層。 

2.4.6.2     第(di)二次咨詢

       經歷了上述三項工作以后，11 月(yue) 19 日，召開(kai)了該(gai)項目 CFG 樁試樁復壓結果專(zhuan)家(jia)咨詢會(hui)(hui)。與(yu)會(hui)(hui)專(zhuan)家(jia)取了該項目 CFG 樁施(shi)工(gong)、檢測(ce)(ce)、補勘、復測(ce)(ce)、人工(gong)挖孔檢查等情況匯報，進行(xing)深入(ru)的(de)分析與探討，初步判(pan)定承水對樁體承(cheng)載力影響較大，最(zui)終形成專家意見(jian)如下：

      1）  采取地(di)下水控(kong)制措施降低承壓(ya)水頭；

      2）  增加 CFG  樁設(she)計樁長、樁徑，建議取(qu)卵石⑥層(ceng)作(zuo)為樁端持力層(ceng)；

      3）  建(jian)議對(dui)承壓水及高低(di)差(cha)影(ying)響范圍內的土層側(ce)阻力進行適(shi)當(dang)折減。

3     原因分析及其對策

3.1      原因(yin)分析

      1）  承壓(ya)水的“破壞”’作(zuo)用

      有文獻⑴認(ren)為，在泵壓(ya)混凝土(tu)未初凝時，由于承壓(ya)水(shui)的作用，地(di)下水(shui)向孔口方(fang)向涌(yong)水(shui)移動上升，帶出混凝土(tu)中的水(shui)泥漿(jiang)，從而影響成樁質量(liang)；也(ye)有文獻⑵認為，承壓水在鉆進(jin)地層的過(guo)程中，使得飽和的粉土(tu)、粉細砂(sha)發(fa)生液化，從而影響成(cheng)樁質量。

筆者(zhe)認為，由于(yu)施工揭穿承壓(ya)(ya)水(shui)覆蓋層(ceng)(ceng)，必然在(zai)強大(da)的(de)水(shui)頭作用下，對地層(ceng)(ceng)原狀結構產生(sheng)(sheng)破(po)壞，甚至(zhi)使(shi)粘(zhan)性(xing)土(tu)(tu)、粉土(tu)(tu)及粉細(xi)砂持力層(ceng)(ceng)的(de)端阻(zu)趨于(yu)零；同時，由于(yu)承壓(ya)(ya)水(shui)沿著(zhu)鉆孔(kong)孔(kong)壁(bi)不(bu)斷上(shang)升，及其鉆具上(shang)提過程中(zhong)產生(sheng)(sheng)的(de)負(fu)壓(ya)(ya)，導(dao)致(zhi)地下水(shui)上(shang)升很高(gao)，甚至(zhi)有(you)時可見流出孔(kong)口，這樣勢(shi)必對側壁(bi)黏(nian)性(xing)土(tu)(tu)層(ceng)(ceng)產生(sheng)(sheng)了需要很長時間才(cai)能恢(hui)復的(de)泥皮，從而(er)影響(xiang)樁(zhuang)(zhuang)側阻(zu)的(de)發揮；當(dang)然，承壓(ya)(ya)水(shui)上(shang)升過程中(zhong)，必然會帶走部(bu)分水(shui)泥漿甚至(zhi)混凝(ning)土(tu)(tu)中(zhong)的(de)細(xi)顆粒，使(shi)得樁(zhuang)(zhuang)側壁(bi)不(bu)能密貼樁(zhuang)(zhuang)側土(tu)(tu)層(ceng)(ceng)，更(geng)導(dao)致(zhi)樁(zhuang)(zhuang)側阻(zu)受損，造成承載力的(de)急劇降低。

2）  勘察、設計的預判性

沒有(you)考慮對參(can)數進(jin)行折減，就(jiu)難以達到《規范》推薦(jian)公式計(ji)算的(de)預(yu)估值。遇(yu)有(you)承(cheng)(cheng)壓(ya)(ya)水存在時，一般有(you)經驗的(de)勘察單位(wei)，會(hui)根據承(cheng)(cheng)壓(ya)(ya)水的(de)特性(xing)，提(ti)醒注(zhu)意復(fu)合地基設(she)計(ji)時，考慮承(cheng)(cheng)壓(ya)(ya)水對 CFG 樁(zhuang)成(cheng)樁(zhuang)的(de)不利影響，有(you)時候還(huan)會(hui)對提(ti)供給設(she)計(ji)人(ren)員的(de)側(ce)阻(zu)及端阻(zu)參(can)數進(jin)行相應(ying)的(de)折減。

同樣，設計(ji)(ji)(ji)人(ren)員也(ye)應該(gai)預判(pan)承(cheng)壓(ya)水(shui)(shui)對(dui)(dui) CFG 樁(zhuang)的(de)(de)不(bu)利影響，設計(ji)(ji)(ji)時盡可(ke)能不(bu)揭穿承(cheng)壓(ya)水(shui)(shui)，將樁(zhuang)長設計(ji)(ji)(ji)短一些，密(mi)一些；當采用(yong)上(shang)述(shu)措施無法滿足設計(ji)(ji)(ji)承(cheng)載(zai)力(li)或沉(chen)降要求時，可(ke)以找一個對(dui)(dui)承(cheng)壓(ya)水(shui)(shui)抗(kang)力(li)較強(qiang)的(de)(de)地層作為(wei)樁(zhuang)端(duan)持力(li)層，如密(mi)實的(de)(de)卵石層，并(bing)對(dui)(dui)樁(zhuang)端(duan)阻力(li)及樁(zhuang)側阻力(li)進(jin)行必要的(de)(de)折減(jian)。

3）  施工過(guo)程的控制(zhi)

施工(gong)(gong)過程控制的(de)(de)(de)好(hao)壞，也直(zhi)接影響單樁(zhuang)(zhuang)承(cheng)載力(li)的(de)(de)(de)發揮。由于成孔時間(jian)長，造(zao)(zao)成承(cheng)壓(ya)水減阻作用增加；或者灌注中(zhong)存在停工(gong)(gong)待料；造(zao)(zao)成地下水上(shang)(shang)升侵蝕(shi)灌注的(de)(de)(de)混凝土面層，造(zao)(zao)成離析甚(shen)至斷樁(zhuang)(zhuang)；或者是操作不(bu)當，沒有壓(ya)灌到排氣(qi)孔排出混凝土時就(jiu)上(shang)(shang)提鉆(zhan)具，管內混凝土壓(ya)不(bu)住承(cheng)壓(ya)水的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)，導致管內混凝土不(bu)能(neng)順利(li)排出，造(zao)(zao)成樁(zhuang)(zhuang)底(di)“虛(xu)脫”。上(shang)(shang)述(shu)情況，都會影響到 CFG 樁(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)單樁(zhuang)(zhuang)承(cheng)載力(li)發揮。

3.2      對策(ce)

1、有條件(jian)時，可以采(cai)用泥漿護壁成孔水下灌混(hun)凝土工藝(yi)③，成(cheng)孔(kong)過程中消除(chu)了發生滲(shen)流的(de)水力條件，成(cheng)樁質量(liang)容易(yi)保(bao)證，從而確(que)保(bao)單樁承載力滿足設計(ji)要求(qiu)；

2、成樁(zhuang)(zhuang)前采取地下水(shui)(shui)控制措(cuo)施，減低承(cheng)壓(ya)水(shui)(shui)水(shui)(shui)頭(tou)，減輕其(qi)對成樁(zhuang)(zhuang)的(de)影響，確(que)保單(dan)樁(zhuang)(zhuang)承(cheng)載(zai)力滿足設計(ji)要求；

3、如(ru)果由于工(gong)期和環境保(bao)護的壓力，必(bi)須采用長螺旋成孔中心(xin)壓灌商(shang)品(pin)混凝土的成樁工(gong)藝(yi)，需要采取(qu)如(ru)下綜合預防(fang)措施(shi)：

1）      選擇受承壓水(shui)影響較小的地層(ceng)作(zuo)為樁端持力層(ceng)，本項目施(shi)工圖(tu)設計時選用卵(luan)石⑥層作為樁端持力層，使其端阻得到充分發揮。

2）      設計時考慮承壓水對樁端(duan)阻力及其側阻的影響，估算(suan)單樁承載力時，對承載力進行適當(dang)折減。

3）      施工(gong)時(shi)選用(yong)大功率長螺旋鉆(zhan)機，提(ti)高鉆(zhan)進效率，減少(shao)承壓水對地(di)層側(ce)阻(zu)及端阻(zu)的影響(xiang)，且采用(yong)正轉正常鉆(zhan)進、反轉自動(dong)開(kai)門(men)的專用(yong)鉆(zhan)頭(tou)，在壓灌混(hun)凝土返到(dao)出氣孔時(shi)開(kai)始提(ti)鉆(zhan)，并確(que)保(bao)混(hun)凝土始終埋住(zhu)鉆(zhan)頭(tou)，確(que)保(bao)混(hun)凝土灌注質量；

4）      加強施工過程的控制，只有在商品混凝土能確(que)保單(dan)樁(zhuang)(zhuang)灌注量的時候，才開始成孔作業，并搞好前后臺的配合(he)，確(que)保一次性成樁(zhuang)(zhuang)，不在灌注中間(jian)等(deng)料。

3.3      成果

根據(ju)試驗成果(guo)及其承(cheng)壓水(shui)對(dui) CFG  樁承(cheng)載力(li)影響(xiang)研究(jiu)，施(shi)工圖階段(duan)，我們采用樁徑 500mm，以(yi)卵石(shi)層為(wei)樁端持(chi)力層的 CFG  樁方案(an)，其結果滿足了設計要求(qiu)。

3.3.1      樁身完整性檢(jian)測(ce)

3.3.2   單樁載荷試(shi)驗(yan)

          參見下(xia)圖。

4  結語

      本案(an)例充分(fen)說明，在(zai)設(she)計樁(zhuang)長范圍內存(cun)在(zai)承壓水或(huo)存(cun)在(zai)承壓水作用(yong)的情況下(xia)，必(bi)然對(dui) CFG 樁(zhuang)的單樁(zhuang)承載力產生不利(li)

影響，這一點，對于(yu)勘(kan)察單位(wei)、CFG 樁設(she)計(ji)單位(wei)、結構設(she)計(ji)單位(wei)以及(ji)業(ye)主單位(wei)都應該(gai)有清醒的認識。條件適宜時，應該(gai)優

先考慮其他(ta)施工工(gong)藝(yi)，如泥漿護壁(bi)成孔水下灌注商品混凝土工(gong)藝(yi)減輕(qing)承壓水對承載力的影響，或(huo)直接(jie)采用樁基方(fang)案(an)；也可

采取降低承壓(ya)水水頭的輔助措(cuo)施，來(lai)滿足單樁(zhuang)承載力的要求；當(dang)然在工期(qi)或環境保護(hu)壓(ya)力的情況下，也(ye)可采用上(shang)述綜合預

防措施，達到(dao)滿足設計要求的目的，這一點在(zai)本項目的實際施工中得到(dao)了(le)驗證，可供同行們參考。

參考文獻

⑴ 潘(pan)廣燦(can) 鄭(zheng)州市東(dong)區(qu)等長(chang)螺旋(xuan)成孔 CFG 樁工(gong)程(cheng)質量事故原因 巖土(tu)工(gong)程(cheng)界 2005 第八卷 第 7 期(qi) 58-59

⑵ 馬秉務 長螺旋管內(nei)泵壓 CFG 樁(zhuang)施(shi)工過程(cheng)中竄(cuan)孔問題(ti)研究(jiu) 巖土(tu)工程(cheng)界 2003 第 7 卷 第 12 期(qi) 50-52

⑶ JGJ79-2012 建筑地基處理技術規范 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