徐 暉

(長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，長沙 410011)

0 引言

人工挖孔樁具有單樁承載能力高，樁端持力層及側(cè)面土質(zhì)情況明確，成本低，其機(jī)具設(shè)備簡單，施工操作方便，成孔質(zhì)量可靠，占用場(chǎng)地小，無泥漿排出，對(duì)周圍環(huán)境及建筑物影響小，便于全面展開施工等特點(diǎn)，是一種傳統(tǒng)、成熟的施工工藝，在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。但是施工質(zhì)量往往很難保證，容易造成樁身質(zhì)量缺陷。目前加固樁身質(zhì)量缺陷的新方法和新材料很多，我們?cè)谔幚砟匙≌斯ね诳讟痘A(chǔ)樁身質(zhì)量缺陷時(shí)，采用了高壓注漿和鋼管樁相結(jié)合的方法，取得了較為理想的效果。

1 工程概況

本工程位于長沙市，為某住宅小區(qū)高層住宅，上部結(jié)構(gòu)19層，設(shè)有1層地下室，地面以上房屋總高度為58 m，抗震設(shè)防烈度為6度，采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)該場(chǎng)地工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地范圍內(nèi)土層分布較均勻，場(chǎng)地內(nèi)地層巖性自上而下簡述如下：

人工填土層①，主要由耕植土、黏性土及建筑垃圾組成。結(jié)構(gòu)松散，密實(shí)度不均勻，層厚0.50～5.30 m。

第四系沼澤相沉積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土②，含砂粒及少量腐殖質(zhì)。天然含水量偏高，透水性差。可塑～硬塑，層厚1.50～3.60 m，fak=100 kPa。

第四系沖積粉質(zhì)黏土③，底部含少量砂，土顆粒膠結(jié)密實(shí)?？伤堋菜埽瑢雍?.90～5.20 m，fak=180 kPa。

第四系沖積細(xì)砂④，主要為中粗砂、礫石等，含泥質(zhì)，沙礫成分主要為硅、鈣質(zhì)，混少量卵石。稍密～中密狀態(tài)，層厚2.10 m，fak=240 kPa。

第四系殘積粉質(zhì)黏土⑤，可見微層理，手捻時(shí)砂感明顯，黏結(jié)性較差。硬塑，層厚0.50～5.20 m，fak=220 kPa。

強(qiáng)風(fēng)化泥砂巖⑥，主要成分以黏土礦物、鈣、硅質(zhì)等為主，大部分礦物成分已風(fēng)化變質(zhì)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙發(fā)育。屬極軟巖，巖體破碎，粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)，碎塊狀構(gòu)造。層厚2.00～10.90 m，fak=320 kPa。

中風(fēng)化泥砂巖⑦，粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)，中厚層塊狀構(gòu)造。屬軟巖，巖體較完整，層厚5.20～12.80 m，fak=1 200 kPa。

其中人工填土及粗砂為強(qiáng)透水性地層，其余各地層均為弱透水性地層。根據(jù)地勘報(bào)告建議，采用了人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁端嵌入持力層1倍樁身直徑，端阻力特征值為3 200 kPa，樁長在8～10 m之間，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

人工挖孔樁施工前，在場(chǎng)地周邊設(shè)置了多個(gè)降水井，施工到強(qiáng)透水性地層區(qū)段時(shí)，護(hù)壁高度減小至500～300 mm一節(jié)，直至采用鋼護(hù)筒，采用上述方法進(jìn)行處理后，挖孔樁進(jìn)展順利，施工過程中未發(fā)生安全事故。

3 檢測(cè)方法及缺陷發(fā)現(xiàn)

本工程人工挖孔樁施工完成后，按照規(guī)范要求，采用抽芯法進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)部分基樁下部混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象；隨后擴(kuò)大檢測(cè)范圍，檢測(cè)結(jié)果共有13根樁底部膠結(jié)不好，位置基本在距樁底2～3 m處，為Ⅳ類樁，樁身承載力不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。應(yīng)開發(fā)商要求，我院對(duì)該部分樁基進(jìn)行了評(píng)估，并根據(jù)實(shí)際情況，提出了加固方案。

4 缺陷原因及分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：由于場(chǎng)地地下水位較高，施工單位為滿足施工進(jìn)度，在未能及時(shí)抽干孔底積水的情況下，沒有采用水下混凝土灌注方法；同時(shí)，缺乏有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，施工人員在灌注樁身混凝土?xí)r操作不規(guī)范，混凝土下料口距澆筑面太遠(yuǎn)，造成粗細(xì)骨料分離，也沒有采取措施加強(qiáng)振搗，使得樁身混凝土出現(xiàn)離析，從而導(dǎo)致樁身承載力降低。

5 處理方案的選擇

常用的樁身混凝土離析缺陷處理方案主要有補(bǔ)樁法、鑿除接樁法、高壓注漿法等，各種方法均有其適用條件。

根據(jù)基樁檢測(cè)情況，樁身混凝土膠結(jié)不好的部位在底部，肯定無法采用鑿除接樁法；如采用補(bǔ)樁法，即在缺陷樁旁邊再挖兩個(gè)樁，不考慮原缺陷樁的作用，由承臺(tái)梁傳遞上部荷載，此法理論上完全可行，但由于高層住宅開間及進(jìn)深均較小，原有樁間距離本就不大，受場(chǎng)地的限制，可操作距離小，施工難度大，而且將增加開支，延長工期，也不宜采用；若采用高壓注漿與鋼管樁結(jié)合法，則可在利用高壓注漿的方式有效處理原樁身混凝土膠結(jié)不好的部分，提高該部分混凝土強(qiáng)度。同時(shí)，根據(jù)樁身的缺陷程度，配置有一定嵌巖深度的鋼管樁在同一圓周上，對(duì)樁芯混凝土產(chǎn)生握裹和加筋作用，使樁芯混凝土呈三向受力狀態(tài)，從而大大提高了基樁的抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度，整個(gè)基樁連接密實(shí)，整體性好，能更好地承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向及水平荷載，使樁身加固工程安全可靠。

經(jīng)綜合分析計(jì)算，對(duì)本工程有缺陷基樁采用循環(huán)高壓注漿合并鋼管托換技術(shù)進(jìn)行加固處理，既經(jīng)濟(jì)又能節(jié)省工期，具體方案如下：

1)利用檢測(cè)抽芯孔，并適當(dāng)增加2～3個(gè)鉆孔，用地質(zhì)鉆機(jī)加深成孔，孔深穿過樁底1～2 m，孔徑φ110 mm，經(jīng)高壓風(fēng)、水清洗后，投入骨料，采用P42.5普通硅酸鹽水泥高壓注漿處理后，新舊混凝土強(qiáng)度一致，一些細(xì)微裂縫得到補(bǔ)強(qiáng)，使樁身混凝土承載能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)對(duì)于單樁承載力高、樁身混凝土離析較嚴(yán)重的基樁，采用鋼管樁補(bǔ)強(qiáng)方案。單根樁中鋼管樁數(shù)量根據(jù)具體情況確定，一般用2～4個(gè)。鋼管樁方案是在φ110鉆孔內(nèi)放置1根6 m φ102×6鋼管樁托換該樁的部分承載力。采用1～3 MPa高壓水將各孔沖洗干凈，將鋼管放入孔內(nèi)，再往孔內(nèi)注入高壓循環(huán)水泥漿。

3)局部基樁在樁外側(cè)鉆孔穿透圓礫層，采用高壓雙液注漿，提高外側(cè)地層特別是圓礫層的側(cè)摩阻力，使樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮。

6 基樁加固計(jì)算分析

本加固方案的計(jì)算原則是：鋼管混凝土與樁中鋼管承載力大于等于原設(shè)計(jì)缺陷樁所承擔(dān)的上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載?？紤]到樁身的缺陷和鉆孔對(duì)樁身截面的削弱，經(jīng)注漿處理后的混凝土強(qiáng)度取原設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度的1/6，其余強(qiáng)度作為安全儲(chǔ)備。樁身承載力驗(yàn)算如下：

1)原基樁混凝土承載力按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—2008)進(jìn)行計(jì)算。

式中：ψc為基樁成樁工藝系數(shù)，取0.9；

fc為混凝土強(qiáng)度，原設(shè)計(jì)采用C30混凝土，取其強(qiáng)度的1/6；

Aps為樁身混凝土面積；

2)原基樁縱筋承載力。

原基樁縱筋抗壓承載力作為安全儲(chǔ)備。

3)鋼管混凝土承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

按《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS28:90進(jìn)行計(jì)算。

式中：fa為鋼管的抗拉抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Q345B級(jí)鋼 fa為 310 N/mm2；

Aa為鋼管截面積；

fc為鋼管中混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C30混凝土 fc為 1.43 N/mm2；

Ac為鋼管中混凝土面積；

θ為鋼管混凝土套箍系數(shù)；

Φ102×6鋼管：

Φ108×7鋼管：

4)加固處理后的樁身承載力。

對(duì)于 2、5、7、17、22、27、33 號(hào)樁，原設(shè)計(jì)該樁所承擔(dān)的最大軸力設(shè)計(jì)值為3 520 kN，采用3根Φ102×6鋼管樁加固：

F=N0+3×N1=1 072+3×878=3 706 kN＞3 500 kN

對(duì)于15、23、29、37號(hào)樁，原設(shè)計(jì)樁身受壓承載力為3 930 kN，采用3根Φ108×7鋼管樁加固：

F=N0+3×N1=1373+3×1049=4520kN＞4290kN

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，按本方案處理后，基樁可以滿足原設(shè)計(jì)單樁承載力特征值的要求。由于原設(shè)計(jì)樁基承載力全部來自于嵌巖部分的摩阻力及樁底部的端阻力，按本方案進(jìn)行孔底注漿后，極大地提高了原基樁和新增鋼管樁嵌巖部分摩阻力及端阻力。經(jīng)檢測(cè)，注漿后鋼管內(nèi)外都膠結(jié)密實(shí)，各基樁承載力均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

本工程的樁基缺陷加固處理,最終通過了由建設(shè)主管部門和質(zhì)檢站組織的專家驗(yàn)收，建筑物也已通過各項(xiàng)驗(yàn)收合格交付使用。

7 結(jié)語

在人工挖孔灌注樁混凝土施工過程中，因樁基所處地層地質(zhì)情況的復(fù)雜性以及施工要求的特殊性，往往會(huì)出現(xiàn)樁身缺陷的質(zhì)量問題，因此，在施工過程中采取相應(yīng)的預(yù)防措施，要控制好灌注工藝，牢牢把好關(guān)鍵工序的質(zhì)量關(guān)，從根本上解決施工中存在的質(zhì)量問題。如果基樁經(jīng)檢測(cè)發(fā)生質(zhì)量缺陷時(shí)，一定要認(rèn)真加以分析，全面了解工程地質(zhì)情況，缺陷位置及嚴(yán)重程度，根據(jù)樁的受力特性，以經(jīng)濟(jì)合理、可靠方便為原則，進(jìn)行專門的樁基加固設(shè)計(jì)，加固方案要能滿足樁的承載力和耐久性要求，同時(shí)最大限度地利用已施工的基樁，盡量減小因事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失，處理后還要進(jìn)行再驗(yàn)證。

[1]JGJ 94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]CECS28:90,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].