客运专线路基CFG桩质量检测与分析＊

王胜军

(中铁十一局集团第三工程有限公司，湖北十堰442012)

客运专线路基CFG桩质量检测与分析＊

王胜军

(中铁十一局集团第三工程有限公司，湖北十堰442012)

路基CFG桩首次在武广客运专线上大规模采用，施工前进行了该类桩的成桩工艺试验，采用低应变反射波法对桩身进行完整性检测，采用静载法对复合地基承载力进行检测。检测结果表明:该试验段CFG成桩工艺可以达到设计要求，为后续施工提供了参数。

客运专线;路基CFG桩;检测;低应变;复合地基;载荷试验

路基CFG桩首次在武广客运专线上大规模采用，为了获得该类桩的力学特性，在施工前XXTJⅠ标试验段进行了该类桩的成桩工艺试验，为检测其成桩质量，分别采用了低应变反射波法对其单桩进行了桩身完整性检测，采用单桩复合地基静载法对其进行了复合地基承载力检测。

一、工程概况

本次试验点选于DK1273+794～DK1273+855段，对该段地基采用CFG桩加固，总桩数915根，桩径0.5m，桩间距1.5m，按等边三角形布置，桩长至强风化层顶面，长12～23m。桩顶铺0.6m厚的碎石垫层，内铺一层双向土工格栅，极限抗拉强度不小于80kN/m。复合地基承载力为420kPa，单桩承载力为450KN。

该区段地形地貌:地表为垄岗及谷地，垄岗低缓，自然坡度约100，相对高差为5～10m。地层岩性及地质构造为:(1)粉质黏土，棕红色，硬塑，Ⅱ级;(2)黏土，褐黄～棕红色，软塑，Ⅱ级;(3)泥质粉砂岩，含砾砂岩、砂砾岩互层，钙质胶结，棕红色，全风化，Ⅲ级;(4)泥质粉砂岩，含砾砂岩、砂砾岩互层，钙质胶结，棕红色，强风化，Ⅳ级;(5)泥质粉砂岩，含砾砂岩、砂砾岩互层，钙质胶结，棕红色，弱风化，Ⅳ级。

根据国家和铁道部有关规范要求，以及武广客运专线有限公司对土建工程建设有关质量规定，路基CFG桩复合地基对单桩桩身完整性采用低应变反射波法进行自检，检测频率为总桩数的10%，检测遵循的规范为《建筑基桩检测技术规范》JGJ106－2003和《铁路工程基桩无损检测规程》TB10218－99。复合地基承载力采用单桩复合地基静载试验自检，检测频率为总桩数的2‰，每检验批不少于3根，遵循的规范为《建筑地基处理技术规范》JGJ79－2002。

二、低应变反射波法测试方法原理

(一)原理

在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。

经接收放大、滤波和数据处理，分解出弹性波形中的各种频率成份，分析可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。

本次检测中采样频率根据桩长，桩身波速和频域分辩率合理选择，采样点数为1024点，检测点在距桩心2/3半径处对称布置2个，每个检测点记录的有效信号数大于3个。

图1 低应变动测法测试框图

(二)评判依据

本方法采用下述理论和经验公式，对单桩的成桩质量情况作出定性和定量的评判。

1.桩身波速度值(m/s)

式中:△f为幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频率(Hz);L为测点下桩长(m)。

2.桩身混凝土强度与桩身波速相对应关系(供参考)

C15:2500～2900 m/s。

3.桩身完整性分类原则

分析时域曲线、幅频曲线变化情况，按照《建筑基桩检测技术规范》JGJ106－2003中表8.4.3对桩身完整性进行综合判定:

Ⅰ类桩:无缺陷反射波，有桩底反射波。

Ⅱ类桩:出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波。

Ⅲ类桩:有明显缺陷反射波，其它特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间。

Ⅳ类桩:出现严重缺陷反射波，无桩底反射波。或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减或振动，无桩底反射波。

分类原则:

Ⅰ类桩:桩身完整

Ⅱ类桩:桩身有轻微缺陷，不会影响结构承载力的正常发挥。

Ⅲ类桩:桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响。在单桩工程中，此类桩为暂不确定桩，需采用其它检测手段试验后，确认是否使用。

Ⅳ类桩:桩身存在严重缺陷。

三、静载试验方法及标准

(一)试验方法

本次试验按《建筑地基处理技术规范》JGJ79－2002及《建筑基桩检测技术规范》JGJ106－2003等有关规定进行。该场地经CFG桩加固处理后设计要求的地基承载力特征≥275kN，CFG桩设计桩间距为1.8m，正三角形布置。则单桩承担的处理面积为2.80584ｍ2试验用承压板直径为1.891m，即面积为2.806ｍ2，理论试验极限荷载为275×2.806×2=1543.3kN，实际试验荷载为1600KN。

(二)荷载分级与加卸荷顺序

试桩每级荷载增量按试验荷载1600kN的十分之一确定，加荷前进行预压，卸荷量每级为加荷量的2～3倍，共分4级卸荷。

加卸荷顺序:

(三)测读采样时间

①加载:每加一级荷载前后均各读记承压板沉降量一次，以后每隔30min测读采样一次，当沉降量达到相对稳定标准，进行下一级加载。

②卸载:每级卸一级荷载，间隔半小时，读记回弹量，待卸完全部荷载后间隔3h读记总回弹量。

(四)加荷稳定标准

在每级荷载作用下，承压板的沉降量在每小时内不超过0.1mm，认为已达到相对稳定，以此值作为加荷稳定标准。

(五)终止加荷条件

当出现下列情况之一时，即可终止加荷:

①试桩荷载达到要求最大试验荷载440kN;

②沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起;

③承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%。

(六)复合地基承载力特征值的确定:

①当压力—沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限;当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半;

②当压力—沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定;

1)对砂石桩、振冲桩复合地基或强夯置换墩:当以粘性土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所对应的压力(s为载荷试验承压板的沉降量;b和d分别为承压板宽度和直径，当其值大于2m时，按2m计算);当以粉土或砂土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力。

2)对土挤密桩、石灰桩或柱锤冲扩桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.012所对应的压力。对灰土挤密桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力。

3)对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力;当以粘性土、粉土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力。

4)对水泥土搅拌桩或旋喷桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.006所对应的压力。

5)对有经验的地区，也可按当地经验确定相对变形值。

按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。

③试验点的数量不应少于3点，当其满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为复合地基容许承载力。

(七)静荷载试验如图2所示

图2 静荷载试验装置示意图

四、低应变测试结果

测试结果为:

1、低应变检测的被检桩桩身纵波波速为3000～3599m/s，混凝土强度等级大于C15。

2、被检桩单桩成桩质量无明显严重缺陷，全部为Ⅰ类桩。

五、单桩复合地基静载试验结果

本次共对本路段施工的69－9JHJ、75－7JHJ、77－7JHJ、77－10JHJ四根单桩进行了单桩复合地基静载荷试验，试验采用φ1.891m的圆形承压板，面积为2.806ｍ2，为单桩承担的处理面积。试验最大加载量为1600KN。

(一)复合地基承载力特征值的确定:

分析4根单桩的Q－S、S－lgt、S－lgQ曲线发现其曲线上极限荷载力特征值只能按相对变形值确定。由于本场地层以粘性土、粉土为主的地基，根据《建筑地基处理技术规范》JGJ97－2002规定，本次试验的承载力特征值取按s/d=0.01所对应的压力，与最大加载压力的一半相比较，取其低值作为承载力特征值。

因d=1891，则S=18.91。

四根单桩复合地基静载荷试验沉降s=18.91mm所对应的压力均大于最大加载压力的一半，所以，复合地基承载力特征值fspk均取最大加载压力的一半作为承载力特征值。

则fspk=800/2.806=285KPa

(二)复合地基变形模量的计算:

式中:s为承载板沉降(mm);E0为地基土的变形模量(MPa);P为承载力压力(KPa);d为圆形承压板直径(m);μ为地基土的泊松比。查表取值取0.25。

(三)试验结果及建议:

单桩静载荷试验表明，经CFG桩加固处理后的复合地基承载力特征值fspk＞275kPa，满足设计要求;变形模量E0可按30MPa取值。

六、结论

1、单桩静载荷试验表明，经CFG桩加固处理后的复合地基承载力特征值fspk＞275kPa，满足设计要求;变形模量E0可按30MPa取值。

2、低应变检测的被检桩桩身纵波波速为3000～3599m/s，混凝土强度等级大于C15。被检桩单桩成桩质量全部合格。

3、检测结果综合分析表明:该试验段CFG成桩工艺可以达到设计要求。

［1］叶书麟.地基处理手册［S］.北京:中国建筑工业出版社，1995.

［2］JGJ106－2003建筑基桩检测技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［3］铁建设〔2005〕160号客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准［S］.北京:中国铁道出版社.

［4］TB10416－2003铁路路基工程施工质量验收标准［S］.北京:中国铁道出版社.

［5］TB10218－99铁路工程基桩无损检测规程［S］.北京:中国铁道出版社.

［6］JGJ79－2002建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［7］龚晓南.复合地基理论及工程应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

2011－02－18

王胜军(1980－)，男，湖北天门人，工程师。