0 引言

　　CFG桩因较好的经济性能指标，在工业和民用建筑结构基础设计中应用越来越广泛，但其主要适用于处理黏性土、粉土、砂土和桩端具有相对硬土层、承载力标准值≥70kPa的淤泥质土、非嵌固结人工填土等地基。对于承载力很低、灵敏度高、压缩性高的淤泥质土不同的地段差异性较大，甚至对于同一幢建筑物采用CFG桩进行处理，也有较大的离散性，再加上施工因素的影响，达不到设计要求的承载力和变形。本文对唐山市某小区7号楼采用CFG桩地基处理的质量事故进行分析，旨在为CFG桩处理软土地基提供借鉴和参考。

　　1 工程概况

　　唐山市南堡经济技术开发区某小区7号楼位于唐山市曹妃甸区滨海花园南侧。该工程的地基土工程地质分层、特征及物理力学性质如表1所示。

　　7号楼地上15层，结构体系为钢筋混凝土剪力墙结构，总高度43.9m，基础形式为筏板基础，地基基础设计等级为乙级，基础垫层混凝土强度等级C20，基础筏板混凝土强度等级C35，筏板厚度为650mm。CFG桩设计桩径为400mm，桩间距为1 500mm×1 500mm，桩端持力层为(5)粉土层，桩端进入(5)粉土层≥1.5m，桩长19m，基础埋深3.0m，设计要求处理后复合地基承载力特征值为285kPa。

　　2 CFG桩现场勘验和复合地基检测情况

　　该工程完成CFG桩施工3个月后进行了施工开挖，开挖采用20t后退式反铲挖掘机，在开挖过程中发现CFG桩已倾斜。开挖完毕后现场勘验发现，大部分CFG桩尺寸均有负误差，且有的负误差较大，图1为现场截桩以后的桩位布置，图2为现场勘验。

　　  

　　表1 地基土工程地质分层、特征及物理力学性质 

　　 

　　 

　　

　　注:*表示经验值

　　

　　图1 7号楼现场桩位布置 

　　 

　　

　　图2 7号楼现场CFG桩勘验 

　　 

　　开挖完成后进行了截桩，并进行了静载试验和小应变检测。竖向抗压承载力静载试验结果如表2所示，单桩复合地基静载试验结果如表3所示。

　　由7号楼静载试验结果可知，38,73,74,75,86,237号单桩竖向抗压承载力特征值分别为120,480,480,480,300,120kN，对应沉降为23.34,20.87,22.87,18.24,17.34,19.77mm。

　　7号楼共抽检低应变154根(除桩头在地表以下的桩无法检测，其余桩均进行了检测)，检测结果显示其中148根桩存在严重缺陷。

　　3 原因分析

　　该项目临近滦河支流西河，该工程基底下(2),(3)层粉质黏土是影响CFG桩承载力的主要持力层，勘察报告的日期为3月份枯水期，一定程度上影响了土工试验的土性参数，单桩承载力特征值计算时(2),(3)层粉质黏土桩侧摩阻力q_sik=40kPa，采用e=0.9时的取值，桩长取值没有余量。根据当地的试桩资料，该两层土的q_sik取值宜为30～35kPa。静载试验结果中，单桩承载力特征值偏低，未达到设计要求的主要原因之一就是该项目处于软土地基，勘察所给岩土工程参数偏大，设计对软土的力学性能参数取值经验不足。

　　通过低应变探查确定该工程38号桩严重缺陷部位在1.5～1.8m处，开挖发现施工过程中单桩上下断开且存在夹泥，是该单桩承载力特征值异常偏低、小应变异常的主要原因;通过表面观察237号试验桩，发现该桩截取桩头时倾斜，在进行静载试验时也未采取处理措施，导致桩头局部劈裂，发生突然沉降和变形，从而影响试验结果的准确性。根据低应变结果可知，该桩存在浅层断桩，是开挖不当扰动所致。在对38,237号桩进行浅层断桩、桩头处理后重新进行静载试验，单桩竖向抗压承载力特征值超过485kPa。试验结果如表4所示。

　　  

　　表2 7号楼单桩竖向抗压静载试验结果  

　　 

　　 

　　

　　  

　　表3 7号楼单桩复合地基静载试验结果  

　　 

　　 

　　

　　  

　　表4 7号楼38,237号桩桩头处理后单桩竖向抗压静载试验结果 

　　 

　　 

　　

　　通过分析低应变检测结果可知，导致大面积检测结果异常，判定为IV类桩的原因是土质较软、开挖设备扰动。

　　部分单桩直径未达到400mm主要是由于该项目处于软土地基，(2)层粉质黏土层密实度为流塑～软塑，局部可塑的状态，导致窜孔，现场开挖验证并未发现局部缩颈，验证了此前的判断。

　　4 处理方案

　　经过和建设单位、施工单位沟通，对设计单位质询，确定2个施工方案。

　　1)方案1改变基础形式，废除原有的CFG桩，由CFG桩地基处理+筏板基础的地基基础方案，改为采用预应力管桩+筏形承台基础方案。

　　2)方案2在原有CFG桩地基处理的基础上处理桩间土，提高桩间土承载力特征值，其方法是采用水泥土搅拌桩进行二次复合桩间土，同时为了加快提升桩间土的强度，在处理时掺入外加剂。

　　经过仔细分析，考虑施工成本，采用预应力管桩基础方案增加成本为60万元人民币，而采用二次复合地基处理后，达到同样的效果，成本增加15万元人民币，最终决定采用水泥土搅拌桩进行二次复合地基处理以提高桩间土承载力方案。

　　在采用方案2时，通过进行加倍静载试验，剔除特殊桩的试验结果，确定稳定的单桩承载力特征值，同时对低应变检测结果异常的所有单桩分析原因，并分别处理。经过加倍静载试验后，最终确定CFG单桩承载力特征值为300kPa。

　　在采用方案2时，还须对原CFG桩大面积浅层断桩进行处理。把浅层断桩的部位全部挖出，用直径600mm的铁皮套筒套在该CFG桩的中心，采用C30的混凝土进行浇注，并振捣密实。

　　水泥土搅拌桩二次处理方法提高了桩间土体的地基承载力特征值，桩径取500mm，桩长7m，布桩方式是围绕原CFG桩矩形布桩的连线中心布桩(见图3)，水泥搅拌桩增加外加剂增强的复合土体强度f_cu=2.5MPa，采用干法施工，强度折减系数η采用0.25。通过反算，当水泥上搅拌桩土体承载力特征值达到110kPa时，二次复合后的地基承载力特征值可达到290kPa，满足设计承载力要求。所用外加剂采用五合一外加剂，该外加剂具有速凝、早强、减水、引气、微膨胀的特点，这5种外加剂掺量比例根据不同的土质配比不同，7d可达设计强度的80%～90%。

　　

　　图3 水泥土搅拌桩二次处理 

　　 

　　水泥土搅拌桩桩径500mm，桩长l=7m,f_cu=2.5MPa,q_s=10.0MPa。

　　

　　 

　　同时需满足:

　　

　　 

　　式中:q_s为桩周土的侧阻力特征值(kPa);R_a为单桩竖向承载力特征值(kPa);μ_p为水泥土搅拌桩的周长(m);q_p为桩端土端阻力特征值，浅层软土取q_p=f_sk=85kPa，偏于安全;α为水泥土桩端天然地基土的承载力折减系数，取0.5。

　　水泥土搅拌桩单桩承载力特征值取:

　　

　　 

　　CFG单桩承载力特征值取值(按检测数值):

　　

　　 

　　原桩基础处理矩形面积:

　　

　　 

　　水泥土桩面积:

　　

　　 

　　CFG桩面积:

　　

　　 

　　

　　图4 7号楼二次复合地基处理平面 

　　 

　　式中:λ₁为水泥土搅拌桩单桩承载力修正系数，按照本地经验取值;λ₂为CFG桩单桩承载力修正系数，按照本地经验取值;β为桩间土承载力折减系数，按照土层性质及本地经验取值。

　　二次复合后的地基处理平面如图4所示。

　　5 处理后复检试验

　　地基处理完毕后，对7号楼的基桩进行了检测，检测项目包括增强体的单桩竖向抗压承载力、多桩复合地基承载力及低应变。增强体的多桩复合地基静载试验用载荷板1 611mm×1 611mm，其布置如图5所示。增强体的单桩竖向抗压静载试验检测结果如表5所示，多桩复合地基承载力特征值检测如表6所示。

　　根据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》，7 号楼73,75,86号CFG桩增强体单桩竖向抗压承载力特征值均达到300kN，满足设计要求。

　　7号楼的58,82,76,47,68,102号试验组的多桩复合地基承载力特征值均达到285kPa，满足设计要求。

　　根据JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》，7号楼采用反射波法共抽检低应变检测桩53根，无Ⅲ类、Ⅳ类桩。

　　该建筑物目前主体已施工完毕，建筑物四角及周边共设置位移监测点8个，各点监测位移分别为3.25,1.95,2.48,5.33,4.32,3.66,2.87,4.15mm，最大位移差3.38mm，在规范容许的范围内。

　　6结语

　　1)二次复合处理后，复合地基承载力特征值经静载试验后满足设计要求的285kPa，说明该方法是有效的，保证了建筑物的安全。

　　

　　图5 处理后复检试验布置 

　　 

　　  

　　表5 增强体的单桩竖向抗压静载试验结果  

　　 

　　 

　　

　　  

　　表6 多桩复合地基静载试验结果 

　　 

　　 

　　

　　2)软土地区进行复合地基设计应充分考虑软土地区的土性参数取值经验。

　　3)合适的施工机械以及合理施工工序是保障CFG桩复合地基质量的关键。

　　4)在提高桩间土承载力时采用合适的外加剂可提高二次复合土体强度，减少达到设计强度所需要的时间。