工程概况
郑州东区某住宅工程地处软土地基之上,基础设计为CFG桩,桩径450mm,桩长10 7m,上部空桩4 2m,共398根桩;桩间中心距1 6～2 8m。地层特征(表1)桩端持力层为第④层粉土层;场地地下水位3 8～4 5m。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,一度造成交通停止,最后采取措施后才继续施工。桩基完整性检测采用低应变反射波法,检测率100%;采用静载试验检测桩基承载力,检测率3%。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1 0～2 0m的细砂层上部变层位置附近,占缺陷桩的68%。针对这两项CFG桩工程质量问题,笔者收集了郑州东区类似工程资料,也发现不同程度地存在类似情况,有必要探讨分析其工程质量事故的原因,以便今后施工中予以避免。
1.2 工程质量事故原因分析
1.2.1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),这种原因引起的断桩位置一般会有不确定性,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,一方面由于土体灵敏度高,受扰动后强度明显下降使土体自立稳定性降低;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;这就造成拟建场地周围土体虽没有已开挖基坑的存在,但仍发生了较大的变形,工程地质原因是引起拟建场地周围土体拉裂变形的主要原因。
1.2.2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,在低应变反射波法检测桩身完整性时,发现大部分缺陷桩在砂层变层附近存在一个明显的反射面,正是细砂层承压水作用的结果。这也是造成该地区砂层上分界面附近断桩的主要原因。
1.2.3施工原因
(1) 凝土的坍落度不满足要求,管内泵压混凝土粉煤灰掺量宜为70～90kg,坍落度应控制在160～200mm,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,降低泵送效率和泵送质量,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。
施工原因是造成该场地工程质量事故的次要原因。采取严密的施工措施,也没有取得较满意的效果,因此,在该地区这种桩型暂时受到限制。