钢套管埋砂法加固CFG检测桩头技术.pdf

建筑施工第45 卷第8 期1521dFUUNDAUNDATION础地钢套管埋砂法加固CFG检测桩头技术左瑞侯宪伟张照琪范忠磊符胜军中国二十冶集团有限公司上海201900摘要：CFG桩常用于工程地基加固，提高地基承载力。由于CFG桩不含钢筋，设计强度低，在静载检测过程中，易发生桩头开裂、破损断桩等现象，造成CFG桩检测结果不准确。为解决CFG桩在检测过程中质量造成损坏导致检测结果不准确的问题，提出采用预制钢套管埋砂法检测CFG桩的方法。该方法解决了CFG桩检测过程被损坏的问题，具有检测准确、周期短、操作简单、用具可周转、成本低廉等特点，值得推广。关键词：CFG桩；检测；桩头加固；中粗砂；扩散角中图分类号：TU753文献标志码：A文章编号：10 0 4-10 0 1(2 0 2 3)0 8-15 2 1-0 3DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.005CFGPileHead ReinfoSteel CasingBuriedSandMethocementerZUoRuiHOU Xianwei ZHANG ZhaoqiiFANZhongleiiFUShengjunChina MC20 Group Co.,Ltd.,Shanghai 201900,ChinaAbstract:CFG piles are often used for engineering foundation reinforcement to improve the bearing capacity of thefoundation.Due to the fact that CFG piles do not contain steel bars and have low design strength,pile head cracking,damage,and pile breakage are prone to occur during static load testing,resulting in inaccurate CFG pile testing results.To solve the problem of inaccurate detection results caused by damage to the quality of CFG piles during the detectionprocess,a method of using prefabricated steel casing buried in sand to detect CFG piles is proposed.This methodsolves the problem of damage during the CFG pile detection process,and has the characteristics of accurate detection,short cycle,simple operation,reusable tools,and low cost,which is worth promoting.Keywords:CFG pile;detection;pile head reinforcement;medium coarse sand;diffusion angleCFG桩是英文cementfly-ashgravel的缩写，多用于高层和超高层建筑设计中，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基 。CFG桩复合地基通过褥垫层 2 与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应增加了桩间土承担的荷载。由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺合料，降低了工程造价，具有较好的技术性能和经济效果，近几年在建筑领域得到了广泛应用。由于CFG桩设计为低强度混凝土桩，施工过程桩顶混合粗骨料受重力影响下沉，在桩头区域产生浮浆，导致桩头抗压强度偏低、不稳定。直接利用CFG桩头做静载检测试验时，极易发生桩头开裂，被迫停止检测、二次修补桩作者简介：左瑞（19 9 0 一），男，本科，工程师。通信地址：上海市宝山区盘古路7 7 7 号（2 0 19 0 0）电子邮箱：447 6 0 40 11 收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 1头；或出现桩头整体破碎、断桩等现象，造成静载检测设备倾覆等安全隐患。为避免此类事件发生，传统做法有2种，一种为“压入桩帽钢筋笼法”，顾名思义，即在CFG桩成形后、混合料初凝前，土方开挖至桩顶标高，去除浮浆人工压入桩帽钢筋笼，一般压入钢筋笼长度不小于外露桩头长度3倍。该方法能够提高CFG桩头强度，但施工难度大，压入钢筋笼的时间难以控制，在钢筋笼区域极易发生断桩现象，且过早的开挖土方，会间接影响检测桩周围的CFG桩成桩质量。第二种为“制作桩帽法”3，即在桩身成形后，达到初凝状态一般需要2 周时间，桩头浮浆凿除，将桩头修平整，在桩顶绑扎钢筋网片或钢筋笼，尺寸同桩身直径，支模后浇筑高强度混凝土，厚度不小于2 0 0 mm，养护2 8 d后形成桩帽。该方法安全、质量可靠，得到了普遍应用，但其周期较长，影响项目检测进度及现场施工总部署；桩帽混凝土制作属于一次性额外投入，当工程检测桩根数多时成本大、不经济。为解决上述难题，依托合肥循环经济示范园棚户区改造项目新龙家园一期工程项目，工程技术人员创造性地应用了预制钢套管埋砂法CFG桩头加固技术，顺利地完成了该项目所有CFG桩身静载检测试验。该技术工期短、成本低（预制钢套管、承载钢板、中粗砂可以周转使用），具有一定的推广价值。152220238Building Construction左瑞、侯宪伟、张照琪、范忠磊、符胜军：钢套管埋砂法加固CFG检测桩头技术1工程概况合肥循环经济示范园棚户区改造项目新龙家园一期工程（图1），在合肥市肥东县撮镇镇境内，位于木秀路与撮东路交口东南角。项目由18 栋住宅楼、1栋幼儿园、4栋配套商业和1层地下车库组成，总建筑面积2 6.4万m；本工程住宅楼结构设计体系为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，地基采用CFG桩复合地基，设计桩径为40 0 mm，有效桩长15.5018.0 0 m，总计有5 10 0 根CFG桩；桩体材料采用水泥、粉煤灰、碎石混合料搅拌而成，桩身设计抗压强度平均值fu30.0MPa，C F G 桩加固后的复合地基承载力特征值为fspk460kPa；单桩竖向承载力特征值9 0 kPa。按照规范检测要求单桩静载试验检测，每栋单体不小于1%桩根数，本工程总计静载检测桩根数约5 4根。图1新龙家园项目效果图根据现场勘探、测试及室内土工试验资料分析，拟建场地地基岩土分布自上而下依次为：层耕田土：褐、灰黑色，表层0.5 m左右以淤泥质粉质黏土（淤泥）为主，含植物根系，其下以软可塑黏土为主，局部含淤泥质土。层黏土：褐、褐黄色为主，硬塑，局部可塑，含少许氧化铁及铁锰结核，高岭土等，切面光滑有光泽，干强度高，韧性高。该层在场地内普遍分布。层粉质黏土：褐、灰黄、黄褐色为主，可塑，含氧化铁及铁锰结核，高岭土等，局部夹粉土薄层，切面粗糙稍有光泽，干强度中等，韧性中等。该层在部分勘探孔揭露，层厚1.10 3.9 0 m，层底标高3.7 16.19 m，层底埋深5.5 0 8.6 0 m。单桥静探P,平均值为1.5 2 2 MPa。层黏土：褐黄色为主，局部灰白色，硬塑，局部可塑，含氧化铁及铁锰结核，高岭土等，15.5 16.5 m夹中粗砂及少量卵砾石，2 0.0 30.0 m夹少量姜石，局部富集，30.0 36.5 m含大量姜石，36.5 m以下含砂质粉质黏土薄层，切面光滑有光泽，干强度高，韧性高。该层在场地内普遍分布，未钻穿。揭露最大层厚31.90m。单桥静探P，平均值为4.5 0 3MPa。2工艺原理制作一个比受检CFG桩直径大10 cm的圆形中空钢管（壁厚不宜小于5 mm），钢管上口开，套在清理露出基底标高的CFG桩头上，在钢管内壁与CFG桩外壁之间的空隙间灌满中粗砂，在灌满中粗砂的钢套管顶面放置一块圆形钢板作为检测受力点。其原理在受检桩桩头处形成具有刚性约束的砂垫层传力，从而避免桩头直接或不均匀受压导致损坏。钢板直径比桩型直径小10 0 mm，厚度不小于10mm即可；再利用中粗砂垫层传递压力扩散角约30 及有效厚度不小于2 0 mm的原则，计算拟定砂垫层（即桩顶铺设中粗砂）厚度为5 0 10 0 mm，如图2 所示。承载钢板P一中粗砂b008钢套筒50桩径59图2 计算示意3工艺流程及操作要点3.1工艺流程施工准备开挖桩头土方桩头处理安装钢套筒填中粗砂安装承载钢板静载检测周转检测3.2操作要点3.2.1施工准备首先编制CFG桩基静载检测方案，有计划性地提前完成检测桩施工，预留好待检桩身的养护周期。再为桩身检测试验提供场地，通过测量定位放线确定检测桩的位置，并打入钢钎，做好标记。以检测桩为中心，用白灰标出10m10m的检测用地范围，人工配合机械平整场地，确保检测用地排水顺畅、平整及符合检测需求，包括满足道路、供电、照明、安全标识等均满足需求。3.2.2开挖桩头土方以检测桩为中心，利用反铲挖掘机开挖2 mX2mX0.5m的基槽，具体开挖深度根据桩身成形质量及桩头浮浆厚度确定。一般开挖至设计桩顶标高。在开挖过程中应有专人指挥，机械取土应与桩身保持不小于2 0 0 mm的距离，避免扰动桩身，剩余桩周土由人工配合清除。检测区域所有工程桩均需要提前标识清楚，按照现场作业需求，提前人工挖出桩身，按照设计标高截桩，并覆土回填，严禁机械直接碾压、碰撞工程桩。检测基槽底应平整、夯实，检测结束后及时覆土回填，减少基层土扰动现象。在基槽的任意阴角处设置一个5 0 0 mmX500mm500mm的集水井，以便下雨排水应急，待检测结束后，用级配黄砂回填至设计标高，若有积水浸泡，检测基槽处理方案需上报设计单位，严格按照设计要求恢复场地。3.2.3桩头处理根据成桩质量及桩头浮浆厚度，用卷尺量出截桩标高第45卷第8 期1523建筑施工左瑞、侯宪伟、张照琪、范忠磊、符胜军：钢套管埋砂法加固CFG检测桩头技术位置，红色记号笔在桩周边做好截桩标记，安装截桩机将多余的桩头截断。截桩机必须环桩身一周切割，严禁生拉硬拽桩头，造成桩身损坏。截断桩头用反铲或起吊设备运出检测用地范围。截桩后要保证桩顶外露高度不小于设计标高（图3、图4）。图3检测基坑3.2.4安装钢套管钢套管为中空圆形钢管，套管直径大于桩径1 0 0 mm，高度高于检测桩顶标高不小于1 0 0 mm。将钢套管套在检测桩身外侧，与检测桩桩心保持同心，安装时用钢尺检测，上下统一移动；钢套管底部坐落在检测基坑底部，需夯实、平整、无缝隙。3.2.5填中粗砂用中粗砂将钢套筒与桩头间的间隙分层填满，分层厚度不宜大于1 50 mm，人工用e10mm钢筋棍快速振捣密实，振捣点间距沿周长不宜大于1 0 0 mm，分层振捣重叠深度不小于50 mm。桩顶填中粗砂厚度宜为50 1 0 0 mm，以便形成砂垫层传递检测荷载，其厚度需要按照中粗砂压力传递扩散角度计算，确保静载试验压力均匀传递至整个桩头。中粗砂回填至标高后人工二次压实、整平（图5、图6）。图5安装检测套管3.2.6安装承载钢板将厚不小于1 0 mm的承载钢板，放置在灌满中粗砂的桩头顶部，用于承接检测单桩承载力的油压千斤顶压力。承载钢板直径宜较钢套筒直径小1 0 0 mm。承载钢板与钢套筒保持同心，用钢尺检查。发现误差后应及时调整。3.2.7静载检测汽车吊配合专业检测人员组装检测设备，由千斤顶反图4桩头处理图6填灌中粗砂顶设备逐渐加压至承载钢板，承载钢板将压力均匀传递至砂垫层，通过砂垫层压力传递扩散角度计算，使静载压力均匀传递至检测桩头。为确保检测顺利，先进行承载力预压，钢套筒无明显移动、承载钢板无明显偏移、沉降，即可进行正式静载试验。4应用效果分析4.1经济效益该方法成功应用于由中国二十冶集团有限公司承建的合肥循环经济示范园棚户区改造项目新龙家园一期工程，相较于传统方法实现了成本和工期双节益。根据1 0 个桩头加固的成本比较，新方法就节约448.8 0 元，而且新方法的钢套筒及载荷板属于可周转材料，后期可重复利用，检测的桩头越多，成本越低。另外，该工法较二次浇筑混凝土桩头，无需养护时间，可节省工期2 8 d。4.2社会效益桩基检测属于项目进度的关键工序，检测周期的缩短可直接影响工期，房建项目可早日实现交房，工业项目可实现早日投产，故该工法受到业主、监理等验评单位的一致好评，为企业赢得了良好的社会信誉和品牌效应。5结语本文结合现场实际应用情况，阐述了预制钢套筒填砂法加固CFG桩头技术的应用原理，即在无缝钢套管与检测桩头之间填中粗砂，在桩头周围形成约束砂垫层，利用砂垫层垂直传力扩散角约3 0 的特性计算、调整桩顶砂垫层厚度、承载钢板直径大小，以便适用不同桩型的检测需求。通过检测设备千斤顶产生检测压力荷载，先传递至承载钢板，再通过砂垫层均匀传递给检测桩头，从而完成桩身静载检测试验的压力传递。钢套管填砂法加固CFG检测桩头技术，优点相对突出：砂垫层传力均匀，对桩头平整度要求不高，桩头机械切割去除浮浆、松动颗粒后即可检测；预制钢套管、承载钢板、中粗砂等检测用具，通过调整砂垫层厚度可重复利用，降低检测成本；回填砂垫层不受现场作业环境制约，可快速满足检测要求，无需养护的技术间歇；检测完成的桩头无需二次整修，可直接底板施工，缩短整体工期。参考文献1】中华人民共和国住房和城乡建设部.刚-柔性桩复合地基技术规程：JGJ/T2102010S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 1 0.2】樊昭,李刚文,贾江波.CFG桩地基承载力检测方法比较 .公路交通科技(应用技术版),2 0 1 7,1 3(7):44-48.3 常聚友.CFG桩帽混凝土完全湿揭法的施工与检测效果 .路基工程,2 0 1 1(1):1 55-1 58.