CFG复合地基承载力不足事故原因分析

作者：刘广武

来源：《城市建设理论研究》2013年第29期

摘要：以洛阳某项目CFG复合地基工程实例，根据地基承载力检测结果，施工记录、岩土工程勘察报告等，采用对桩土承载力所占比重的反算分析，查明复合地基承载力特征值達不到设计要求的原因，为快速确定下一步处理方案及今后地区工程实践提供了可靠的理论依据。 关键词：CFG 复合地基 地基承载力特征值反算分析

中图分类号：F文献标识码：A 1 引言

近年来，CFG在河南省内应用十分普及，洛阳、三门峡等黄土地区也逐渐采用CFG复合地基，开封、中牟、商丘等软土地区，也倾向于采用CFG复合地基基础形式。表明，CFG因其成熟的施工工艺，可靠的施工质量，成为业主、设计院的首选基础形式之一。

CFG复合地基在实际应用过程中，因各环节处理不到位，经常出现一些纷争，常见的问题包括以下两类[1] [2]，一类是CFG单桩竖向承载力特征值不满足设计要求，复合地基承载力特征值也不满足要求；另一类是CFG单桩竖向承载力特征值略低于设计要求，但复合地基承载力特征值满足要求。洛阳某项目采用CFG复合地基，却出现了不同于上述两类情况的第三类情况，即单桩竖向承载力特征值，近似满足要求的情况下，复合地基承载力特征值远低于设计值。通过对各方提供的资料进行详细分析和考证，查明了出现该情况的原因，为后续CFG复合地基问题处理提供了较强的借鉴意义。 2 工程实例

2.1 工程设计概况及岩土工程参数

洛阳310国道附近一个项目15栋高层住宅楼均采用了CFG复合地基，其中一栋楼的CFG有效桩长17m，直径500mm，混凝土强度等级C30，基底标高-6m，桩间距1.6m，正方形布桩，共布置276根桩，设计单桩竖向承载力特征值为1150kN，复合地基承载力特征值为530kPa。

根据岩土工程勘察报告，其揭露的地层条件及岩土工程参数如下表1所示。

表1场地土层地质参数信息表

检测结果，在对复合地基承载力提出质疑的情况下，增加1点进行复合地基承载力验证测试，检测结果如下表2所示：

表2单桩及复合地基承载力特征值试验成果表

前三个桩号进行了单桩竖向抗压静荷载试验，除117#桩承载力极限值为2070kN，不符合设计要求，其余两根桩承载力极限值为2300kN，符合设计要求，检测单位综合评定后的单桩承载力特征值为1111kN，设计要求为1150kN，达到了设计要求的97%。复合地基承载力试验4个点，除60#桩位的复合地基承载力达到设计要求的1060kN，其余三点的复合地基承载力均未达到设计要求，经评定复合地基承载力特征值为397kN，仅为设计要求的75%。 3.地基承载力达不到设计要求的原因分析 3.1 施工记录分析

经查，该楼CFG施工时间为2012年11月21日至29日，与其它几栋前后施工检测合格的CFG桩均为同一桩机和同一批工人，本栋楼CFG施工期间，基底标高已开挖至-5.5m，在几乎没有空桩的情况下，混凝土充盈系数达到1.14，且气温较为适宜，混凝土复试结果均满足

设计强度要求，被选为测试桩的CFG施工时间均为14:00～18:00之间，经监理旁站施工，未出现异常情况。

地基检测后，对本楼剩余的CFG桩，全部进行了小应变测试，测试结果也表明，无断桩及缺陷桩存在，表明CFG施工无明显问题，但单根CFG的施工时间，与其它几栋楼相比，施工速度约缩短了5～6min。 3.2 岩土工程勘察报告分析

岩土工程勘察报告显示，场地地层较为均匀，除表层杂填土外，上部四层均为黄土状粉质黏土，土层近似均匀分布，下部第六层为强风化泥岩，其中第四层粉质黏土层内受地下水位及土层结构的影响，局部呈软塑状，提供的该层土的地基承载力特征值为155kPa。结合局部CFG施工速度增快的现实情况及参考工程地质手册中的经验取值[3]，存在取值偏大的可能性。在没有空桩的情况下，CFG桩的整体施工速度较快，直接表明长螺旋钻孔时，切割土体相对容易，类似于十字板剪切试验的原理，也间接验证了基底标高下的土层偏软，土体的抗剪能力相对较弱的事实。

桩体和周边土体均匀整体下沉20mm至60mm，且在复合地基检测前，已进行了小应变检测，表明桩身质量没有问题，这也在另一个角度验证了复合地基检测部位的土体偏软的工程特性。复合地基整体下沉的现象，表明试验板周边的土体剪力超过了该部位土体的抗剪强度，土体发生剪切压缩破坏所致，与第四层黄土状粉质黏土为可塑，局部软塑的描述相符，同时第四层土体大部分处于地下水位以下，上述现象的出现是不是偶然的。 3.3 单桩承载力及复合地基承载力反算分析 3.3.1 单桩承载力试验结果分析

单从CFG桩基检测、复合地基检测结果上看来，表明上单桩承载力特征值基本上满足要求，但193#、70#桩的最大沉降量、残余沉降量来看，2300kN只是验证意义上的极限承载力，还没有达到真正意义上的承载力极限值，也就是说该楼部分CFG桩的竖向承载力极限值应该是大于2300kN的，仅117#桩的承载力极限值为2070kN，换算成承载力特征值为1035kN，综合平均后，评定为该楼CFG桩的承载力特征为1111kN，与设计要求的1150kN，相差约3.39%，在其他两根CFG桩真实承载力特征值尚有富余的情况下，且极差不超过30%的前提下[4]，从极限承载力的概念出发，事实上可以评定该楼CFG的单桩竖向承载力满足设计要求。

采用表1中的典型地质参数，根据规范9.2.6条中的第2款的计算公式进行计算[5]，得出的单桩竖向承载力特征值为1173.9kN，而设计采用的为1150kN，二者差值仅23.9kN，富裕系数太小，因施工或地质的任何微小波动，均可能导致达不到设计要求的局面。本项目其它几栋

楼的地基检测结果及施工资料分析，也可间接证实，CFG桩的施工质量是有保证的，出现本次检测结果不满足设计要求的原因，极有可能是地质异常导致。 3.3.2 复合地基承载力试验结果分析

CFG复合地基承载力特征值设计取值为530kPa，根据规范9.2.5条，进行复核计算，计算公式如下，可以得出以下计算结果。

式中，根据本栋楼的桩位布置，桩的截面积为一个确定值，面积置换率m基本上是一个固定值，取为7.666%，桩间土承载力折减系数取值0.75～0.95，为一个经验计算常数，对计算结果的影响是线性变化的，基础设计时取值0.85。复合地基承载力检测时，复合点位和单桩点位，相距5m左右，单桩承载力特征值作为实测结果，可作为复合地基承载力特征值计算的可靠依据。

计算公式中的“处理后桩间土承载力特征值”，规范中的描述为：“宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。”因此，反算分析得出，与岩土工程勘察报告中第四层土的地基承载力特征值155kPa进行对比，就能查明承载力不足的原因。

为此，依次取单桩承载力特征值为1150kN、1111kN及1035kN,，折减系数依次取0.75、0.85，分两步进行反算分析，首先以设计要求的复合地基承载力特征值530kPa为目标，求得相应的，然后以实测的复合地基承载力特征值397kPa为目标，求取，最后通过对比分析，找出问题的关键影响因素。计算结果如下表3所示。

表3复合地基承载力特征值反算结果表

上述数据表明在复合地基承载力的构成中，当桩间土承载力折间系数取较高值时，要求的地基承载力较低；当折减系数取较低值时，要求的地基承载力较高。在工况3下，当取0.85时，桩贡献的复合地基承载力特征值为404.3kN，已大于实测值，若需达到设计要求的复合地基承载力时，的值应不小于160.2kPa，也就意味着本场地的地基承载力特征值对复合地基承载

力特征的贡献不足，和场地内第四层土体局部偏软的特征很好的吻合起来，局部土层偏软，地基承载力应有所降低，仍以155kPa进行复合地基承载力特征值计算，必然出现实测值却低于理论计算值的现象。

实测CFG复合地基承载力397kPa，小于复合地基计算公式中由单桩提供的承载力分项，表明在加载过程中，土体的破坏，进而引发了桩周土体的破换，降低了桩周土的侧阻力特征值所致。

4 结论与展望

通过对本项目CFG复合地基承载力未达到设计要求的原因进行分析，从CFG复合地基承载力的构成进行全面的逐一分析，查明了原因，获得的相关结论和建议，可为后续设计和施工提供了理论依据。

具体的结论有以下二点：

(1)通过对CFG复合地基承载力构成的全面分析，查明了本项目CFG复合地基未达到设计要求的原因为设计采用了基底处虚高的天然地基承载力作为处理后桩间土承载力特征值进行复合地基计算，并使CFG桩的单桩竖向承载力特征值的发挥太充分，抵抗地质异常能力差所致。

(2)CFG复合地基作为一种可靠的基础形式，在单桩竖向承载力特征值和复合地基承载力特征不断提高的背景下，加强每一个施工环节的控制，是保证质量的根本所在，也是保证施工方利益的有力依据。

在分析本项目CFG复合地基承载力不足的原因时，也发现了一些对区域岩土工程工作有益建议：

(1) 岩土工程勘察成果提交时，应对勘察过程揭露的地质异常情况，给予足够的重视，提供相应的计算参数，并提醒设计时予以重点考虑。

(2) CFG复合地基设计时，应根据地勘报告提供的信息，认真遴选参数，按最不利工况进行设计，或者根据区域地质特点进行局部最不利工况设计，可有效的保证项目设计安全。 (3) CFG复合地基设计时，对规范中建议根据地区经验值取值的相关参数，应慎重分析采用。

(4) 通过进一步收集该区域大量的岩土工程实践资料，尤其是勘察报告、基础设计、桩基施工及桩基检测结果等，进行多角度的综合分析，可加深对该地区土层的认识，获取更加准确的岩土工程参数，以便更好的指导工程实践。

參考文献：

[1] 朱志刚.北京夕照寺小区 4#住宅楼CFG桩复合地基质量问题分析处理[J].岩石力学与工程学报，2005，1(24)：165-170.

[2]张建新，赵乃茹，王育德. 复合地基载荷试验中几个问题的探讨[J].勘察科学技术，1999，(1)：4–6.

[3] 周伏敬.工程地质手册(第四版)[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

[4] 中华人民共和国建设部．JGJ106-2003 建筑基桩检测技术规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2003.

[5] 中华人民共和国建设部．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.

刘广武，高级工程师，1965-，河南郑州人，从事公路工程研究与施工。