CFG桩复合地基的基本问题及事故分析_工程事故并分析伦理问题

　　摘要 本文主要介绍了CFG桩复合地基的基本问题，包括设计阶段的持力层、桩长等的确定问题，施工阶段的堵管、缩径、扩径、断桩等问题，最后结合工程事故，从工程地质、水文地质和施工等方面去分析原因。
　　关键词 CFG桩复合地基；基本问题；分析
　　中图分类号X3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0100-02
　　0 引言
　　CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基。由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、石屑、以及不配钢筋，充分发挥桩间土的承载力，工程造价一般为桩基础的1/3~1/2。然后，CFG桩在设计阶段难以对地基做到严密的理论分析和精密的定量计算，所以目前往往只能依靠经验公式做粗略估算，尚有不少问题需要探讨。
　　1 CFG桩设计问题
　　1.1 桩端持力层的选择
　　一般选择中密―密实的砂土、碎石土做桩端持力层，也可选择中密―密实的粉土、粘性土做桩端持力层;如果在处理的范围内有多层砂土(碎石土)时，也可采用长短桩复合地基。
　　1.2 桩长、桩数的确定
　　根据设计对承载力和变形的要求综合确定，变形控制设计对桩长、桩数起到关键作用。
　　1.3 施工工艺及对环境的影响
　　1）人工成孔工艺。人工成孔适用于地下水位以上的地层，成孔采用洛阳铲成孔，孔径350mm~600ｍｍ，孔深一般小于50ｍ，在灌注砼前，用重锤夯实孔底虚土，其优点为：施工速度快，造价低，桩底虚土容易处理；缺点：需要好的桩端持力层；
　　2）振动沉管工艺。在刚开始CFG桩施工技术推广的过程中，成桩常采用振动沉管施工工艺，优点：成孔过程中对桩间土有挤密作用；缺点:如桩间距不合理，或桩穿透多层中密砂层时容易形成断桩，造成地面隆起，对软土可能造成震陷，振动噪声易扰民；
　　3）中心压灌(长螺旋成孔 泵送砼)工艺。中心压灌(长螺旋成孔，泵送砼)施工工艺是目前最常用的施工的工法之一，它采克服了振动沉管成桩难穿透多层砂层或碎石土的难点，适用于多种地层，不扰民。缺点：如控制不好砼坍落度易造成堵管，如拔管速度快，易造成断桩等现象；
　　4）泥浆护壁、钻孔成桩工艺。采用冲击钻成孔，泥浆护壁，成孔后按钻孔灌注桩方法成桩。缺点：桩底沉渣不易控制，不利于桩端承载力的发挥，现场施工泥浆多，需要泥浆外运；
　　5）夯扩成桩工艺。采用重锤夯击成孔，在孔内填入干硬性砼，夯击成桩。优点：对桩间土有一定的挤密作用，单桩承载力较高，适用于地下水位以上的地层。
　　2 CFG桩施工问题
　　2.1 堵管问题及产生的原因
　　1）砼搅拌与供应时间差而造成输送管内有空气，泵送砼时管内空气排不出去，受压而产生阻力而堵管；
　　2）材料原因：如粗量粒粒径大，砼塌落度低等；
　　3）设备原因：拔管速度低于泵送能力，砼泵送压力不足等；
　　4） 环境温度过高或过低造成砼离析，应在管道下铺设隔离层，以防止水分的蒸发或冻结，尤其冬季应在输送管弯头位置做好防冻保护。
　　2.2 缩径与扩径
　　产生的原因：在软土地层、松散砂土层、软硬对比强烈地层及地下水影响的地层中，由于钻进压力大，钻速快，使软土产生触变流变，因而造成扩径或缩径。
　　采取措施：1）加大桩间距；2）实行跳打，隔排、隔孔成桩。
　　2.3 断桩
　　断桩产生的原因在于拔管速度过快或相邻桩太近造成串桩，采取措施按规定的速度拔管，施工实行跳打，隔排、隔孔成桩。
　　3 工程事故分析
　　3.1 工程概况
　　某工程地处软土地基之上，基础设计为CFG桩，桩径450mm，桩长107m，上部空桩4.2m，共398根桩；桩间中心距16m~28m。地层特征（表1）桩端持力层为第④层粉土层；场地地下水位38m~45m。
　　工程使用ZKL800BD步履式长螺旋钻孔机成孔、HBT40A混凝土输送泵灌注成桩，施工连续作业。在CFG桩施工中、后期，发生拟建场地周围土体明显变形，局部地段造成临近路面开裂。桩基检测结果：承载力全部合格，桩身完整性A类桩75.5%，B类桩24.5%，B类桩主要缺陷是局部断桩，缺陷主要位置处于桩上部10m~20m的细砂层上部变层附近，占缺陷桩的68%。
　　3.2 工程质量事故原因分析
　　3.2.1 工程地质原因
　　上部地层土质软弱，灵敏度高，CFG桩在钻孔和提钻的过程中，引起地基土一定程度的扰动，使土体强度明显降低，在桩孔周围土的自重压力作用下，单个孔壁将向孔内产生侧向压力，当孔壁侧向压力大于混凝土压力与孔壁抗滑力之和时，孔壁会向孔内缓慢变形，造成桩体缩径（严重的导致断桩）。这是本场地断桩的次要原因
　　设计要求上部空桩4.2m，长螺旋成孔后的空桩部分形成孔内方向的临空面，整个场地施工多个CFG钻孔后，施工场地形成类似基坑开挖后的临空面，一方面由于土体受扰动后强度明显下降，自立稳定性降低；另一方面，桩孔内灌入混凝土孔段由于混凝土流动性、高含水性进一步增加了周围土体的含水量，引起土体强度一定时间内的降低，而未凝固的混凝土并不能提供足够的侧向压力来维持桩孔周围土体稳定。这是引起拟建场地周围土体拉裂变形的主要原因。
　　3.2.2 水文地质原因
　　由于场地上部为粉土、粉质粘土，第③层细砂层属承压含水层，在泵压混凝土未初凝时，一方面由于细砂层承压水头的作用，地下水向孔口方向涌水移动上升，带出混凝土中水泥浆，从而造成该处桩体断桩，另一方面如桩体混凝土存在空隙，则开始沿空隙渗流进入混凝土中并汇集，造成混凝土离析。这也是造成该地区砂层上分界面附近断桩的主要原因。
　　3.2.3 施工原因
　　1）凝土的坍落度不满足要求，坍落度控制在160mm~200mm，坍落度太大，易造成泌水、离析，泵压作用下，骨料与砂浆分离，导致堵管，坍落度太小时，混合料流动性差，也容易造成堵管；堵管进一步造成灌注中断，易引起断桩；
　　2）提拔钻杆时间不当，钻孔进入土层预定标高后，开始泵送混合料，管内空气从排气阀排出，待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时提钻。若提钻较晚，在泵送压力下钻头处的水泥浆液被挤出，容易造成管路堵塞。若在泵送混合料前提钻，桩端处混合料离析造成断桩；
　　3）提拔钻杆中没有连续泵料，特别在饱和砂土、饱和粉土层中停泵待料，易造成混合料离析、桩身缩径和断桩；
　　4）排气阀封闭不严。在桩身成孔至泵送混合料前排气阀应密封良好，否则会造成泵送管路进水，影响桩身混凝土质量，甚至造成断桩，这一般易引起桩端质量缺陷；
　　5）提钻速率不当。提钻速率太快易造成桩径偏小和断桩;提钻速率过低，常出现高压管路堵塞甚至管路崩开等故障，泵送质量降低并进一步造成桩身混凝土质量缺陷。
　　
　　参考文献
　　[1]潘广灿，张金来.长螺旋成孔CFG桩工程质量事故原因.地基基础工程，2005，8(7).
　　[2]李椋京，化建新.CFG桩复合地基基本问题[J].岩土工程技术，2004(6).
　　[3]中国建筑科学研究院.水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基技术规定(Q/JY06-1997)[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.