郭月亮，田少坤

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北石家莊050031)

由于沿江、沿海地區(qū)交通運(yùn)輸?shù)谋憬?，很多大型?xiàng)目的選址都在該地區(qū)，如大型電廠、煤儲(chǔ)運(yùn)碼頭、LNG儲(chǔ)運(yùn)站等大型工業(yè)項(xiàng)目。但往往沿江沿海地區(qū)的地質(zhì)條件非常復(fù)雜，特別在沿江地區(qū)，上部有較厚的淤泥質(zhì)土，地質(zhì)條件很差。在這些地區(qū)的基礎(chǔ)形式一般為樁筏基礎(chǔ)，樁基的工作量很大。工業(yè)項(xiàng)目的樁基施工一般在基坑開挖之前進(jìn)行，在完成樁基施工后，再進(jìn)行基坑開挖。由于軟土層較厚，在基坑開挖過程中，土壓力的應(yīng)力釋放很大，如果不采取相應(yīng)的施工措施，開挖時(shí)土體對(duì)樁基的影響較大，很容易造成樁基缺陷，影響工程質(zhì)量。

本文主要以土體開挖引起的側(cè)向力對(duì)樁基的影響為重點(diǎn)，分析了開挖方法不當(dāng)?shù)那闆r下，為什么會(huì)造成樁基側(cè)向位移、斷樁等事故。發(fā)生工程質(zhì)量事故后如何進(jìn)行樁身缺陷的檢測(cè)和判定，采用什么樣的分析方法。對(duì)于缺陷樁如何進(jìn)行處理，如何進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，從而使樁基滿足使用要求，保證工程質(zhì)量。

1 工程概況

江蘇沿江一個(gè)電廠2×1000 MW機(jī)組工程，由于天然地基無(wú)法滿足建(構(gòu))筑物對(duì)沉降的要求，設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，成孔工藝為旋挖成孔。廠址位于長(zhǎng)江南岸，地形破碎，主要為成片的魚塘，開挖魚塘?xí)r將所挖土層堆筑在魚塘埂上，埂高一般為4．30～5．20 m。魚塘深度一般為2．00 ～3．00 m。地表為約2 m厚的回填土層，其下為流塑狀態(tài)的軟土層，厚度為8～9 m。

由上述地層情況可以看出，上部10 m范圍內(nèi)土層處于軟塑—流塑范圍內(nèi)，地下水位較高。鉆孔灌注樁樁徑800 mm，樁長(zhǎng)依據(jù)基巖面的深度確定為36～42 m，樁端位于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上。樁基主筋為1216，箍筋為8@100(200)。鍋爐房區(qū)域單樁豎向抗壓承載力極限值為6300 kN，水平承載力特征值為120 kN，采用筏板基礎(chǔ)。

2 基坑開挖過程

以鍋爐區(qū)域作為重點(diǎn)進(jìn)行分析。在鉆孔灌注樁施工完成后，進(jìn)行了基坑開挖。在鍋爐部位開挖過程中沒有對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理，直接進(jìn)行開挖，開挖前采用管井進(jìn)行降水，井深15 m，井間距25 m。抽水3天后進(jìn)行開挖。開挖時(shí)采用PC220型挖掘機(jī)，整機(jī)質(zhì)量24．2 t，土方運(yùn)輸車的車斗容量為18 m3。

開挖分2步，第一部挖深2．0 m，第二步開挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高，挖深2．75 m。邊坡按1∶1放坡。開挖范圍內(nèi)各層土厚度分別為:素填土0．7 m、軟塑—可塑粉質(zhì)粘土1．4 m、流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土2.65 m。開挖后，隨著基坑邊坡土體的移動(dòng)，坑頂外側(cè)土體逐漸開裂，變形穩(wěn)定后可辨裂縫寬達(dá)200 mm，窄處有10 mm，影響范圍由基坑頂邊向外達(dá)12 m。

3 開挖后的樁基樁位偏差及橫向裂縫情況

3．1 樁位偏差

1號(hào)鍋爐開挖完成后，分批對(duì)樁位偏差進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量樁基根數(shù)為466根，樁位偏差量最小為4 mm，最大為782 mm。由表1中數(shù)據(jù)可以看出樁位偏差在151～300 mm的為總樁數(shù)的42．7%，80%的樁位偏差在100 mm以上，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量。樁位的偏差說明了在基坑開挖過程中水平推力的存在。

表1 樁位偏差分級(jí)表

3．2 橫向裂縫

在開挖完成鑿除樁頭后，對(duì)1號(hào)鍋爐房地段的466根旋挖鉆孔灌注樁全部進(jìn)行了低應(yīng)變測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示鍋爐房地段Ⅰ、Ⅱ類樁共計(jì)159根，Ⅲ類樁188根，Ⅳ類斷樁119根。Ⅲ、Ⅳ類樁占了總樁數(shù)的66%，都是有橫向裂縫甚至斷樁，存在嚴(yán)重缺陷。

對(duì)466根樁的低應(yīng)變數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，存在橫向裂縫的樁中，裂縫位置在4～6 m的占59．4%，淺于4 m的占34．3%，深于6 m的占6．3%。通過數(shù)據(jù)分析可以得出裂縫位置都集中在樁身上部。

4 基樁缺陷驗(yàn)證

為查明造成樁基質(zhì)量問題的原因，在以下幾方面進(jìn)行了判定:檢驗(yàn)樁身混凝土的完整性、存在缺陷的性質(zhì)、嚴(yán)重程度和準(zhǔn)確位置，檢查低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，推斷產(chǎn)生斷樁的原因。采用了3種方法對(duì)基樁缺陷進(jìn)行驗(yàn)證，在樁身進(jìn)行鉆心取樣、在樁頂鉆孔進(jìn)行超聲波檢測(cè)和對(duì)缺陷樁進(jìn)行開挖直觀檢查。

4．1 取心驗(yàn)證

共設(shè)置取心驗(yàn)證樁5根，每根樁2個(gè)鉆孔，鉆孔深度超過低應(yīng)變確定的缺陷位置處1 m。5根樁的大部分心樣呈柱狀，連續(xù)、較完整，膠結(jié)較好，表面光滑，骨料分布均勻。僅有極少量心樣呈蜂窩麻面狀，且有少量氣孔。低應(yīng)變檢測(cè)出的缺陷位置處混凝土完整性較好。表明在樁基施工過程中混凝土的完整性不存在問題，樁身裂縫不是在施工過程中形成的。

4．2 開挖驗(yàn)證

為進(jìn)一步查明產(chǎn)生裂縫的原因，對(duì)于檢測(cè)有缺陷的2根樁進(jìn)行了開挖驗(yàn)證。樁徑為800 mm，在開挖時(shí)采用在樁身外用振動(dòng)錘下入一直徑為2．3 m的鋼護(hù)筒，在樁身和鋼護(hù)筒之間有0．75 m左右的空間，以便進(jìn)行檢查和攝像。由于缺陷位置較淺，裂縫出現(xiàn)的位置一般在4～6 m，護(hù)筒與樁身間的淤泥采用水沖法排出，開挖深度控制在9 m左右。通過低應(yīng)變檢測(cè)確定的缺陷位置外露后，進(jìn)行人工檢查和攝像。如圖1、圖2所示。

圖1 開挖造成的樁側(cè)水平裂縫局部1

圖2 開挖造成的樁側(cè)水平裂縫局部2

開挖結(jié)果表明，兩樁分別在樁頂下4．2、5．5 m處存在一道水平向裂縫，肉眼可辨的裂縫約占樁身周長(zhǎng)的60%，裂縫最寬處達(dá)8 mm。裂縫的開裂方向和樁基的傾斜方向一致，很明顯造成樁身裂縫的原因是由于基樁受到了巨大的水平外力作用，超過了樁基本身的水平抗力，造成樁基裂縫的形成。

4．3 聲波透射法驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證是否是由于外力的原因造成的樁基缺陷，對(duì)由低應(yīng)變檢測(cè)出有缺陷的18根樁進(jìn)行了聲波透射法檢測(cè)。在每根樁的樁身上按照等邊三角形布置，鉆3個(gè)直徑為100 mm的孔，孔深8～10 m。超聲波檢測(cè)嚴(yán)格按照檢測(cè)規(guī)范進(jìn)行。超聲波檢測(cè)結(jié)果表明，樁身混凝土完整、無(wú)缺陷，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，除水平裂縫外樁身無(wú)其它缺陷。

4．4 小結(jié)

3種方法的綜合驗(yàn)證表明:樁身上存在一道水平向裂縫，無(wú)其它缺陷。低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)檢測(cè)波在此裂縫面上反復(fù)反射，造成低應(yīng)變檢測(cè)異常。通過開挖驗(yàn)證，有力的證明了樁身的橫向裂縫是在外力的作用下形成的，為分析造成裂縫的原因提供了事實(shí)依據(jù)。

5 基坑開挖對(duì)樁基影響的分析

經(jīng)過細(xì)致的分析，和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的勘查，從樁基施工完成到基坑開挖后，產(chǎn)生的水平外力主要來自基坑開挖引起的土壓力，從主動(dòng)側(cè)壓力、超孔隙水壓力和土拱效應(yīng)對(duì)樁基的影響3個(gè)方面進(jìn)行分析。

5．1 主動(dòng)側(cè)壓力對(duì)樁基的影響

采用挖土機(jī)挖土?xí)r，集中一處開挖，并將挖出的土堆在基坑邊坡附近，因而產(chǎn)生側(cè)向壓力，加之軟土的流動(dòng)性及土體中未消散的超孔隙水壓力的釋放，導(dǎo)致軟土向開挖方向流動(dòng)，而基樁承受水平力的抵抗能力較弱，于是隨著土體的位移而向基坑開挖方向傾斜，造成樁頂位移，嚴(yán)重的會(huì)將樁下部折斷。開挖過程中的分層厚度過大，土體中彈性能的釋放過快，造成土體對(duì)基樁的水平推力過于集中也是發(fā)生基樁位移的重要原因。一次開挖深度較深，應(yīng)力釋放較快，側(cè)壓力較大。

5．2 超孔隙水壓力影響

超孔隙水壓力急劇升高，在淤泥層中蓄積了大量的彈性能。本工程表層2 m為硬殼層，其下為9 m左右的流塑狀淤泥，樁基施工過程中旋挖鉆機(jī)的行走、履帶吊車、采用振動(dòng)錘埋入鋼護(hù)筒時(shí)的振動(dòng)、土方開挖過程中的挖掘機(jī)行走、重型運(yùn)輸車的土方運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)使地面發(fā)生較大沉降，造成淤泥層中的超孔隙水壓力急劇升高，在淤泥層中蓄積了大量的彈性能，且在短期內(nèi)難以消散。土方開挖時(shí)，樁體一側(cè)的淤泥被挖除，淤泥層中承受的應(yīng)力得到快速釋放。在開挖面以上，樁體的另一側(cè)(靠土側(cè))承受淤泥層中蓄積的彈性能、超孔隙水壓力和主動(dòng)土壓力，產(chǎn)生了對(duì)基坑內(nèi)基樁指向開挖側(cè)的水平壓力(推力)，而基底淤泥層對(duì)基樁抵抗此推力的反力很小，從而導(dǎo)致基坑內(nèi)基樁向開挖側(cè)發(fā)生水平位移，位移發(fā)展到一定程度，基樁就會(huì)斷裂，在一定深度上產(chǎn)生水平裂縫。

5．3 土拱效應(yīng)影響

流塑狀淤泥變形引起的土拱效應(yīng)放大了對(duì)基樁的水平推力。土拱效應(yīng)是應(yīng)力從已經(jīng)屈服的土向沒有屈服或附近剛性樁的傳遞過程，也就是開挖過程中淤泥土體由于承受挖土荷載、塑性屈服和流變等因素的影響，使淤泥土體發(fā)生側(cè)向移動(dòng)，產(chǎn)生樁與土的相互作用，樁后淤泥土中的應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)移集中到基樁身上，而基坑內(nèi)基樁的存在限制了受荷土體的側(cè)向移動(dòng)，從而使基樁發(fā)生側(cè)向位移。

土拱效應(yīng)和時(shí)間有一定的關(guān)系，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土體的位移逐漸增大，基樁分擔(dān)的荷載逐漸增加，基樁的位移也逐漸增大。開挖過程中停頓區(qū)附近的基樁位移較大，形成基坑后，坑邊一些基樁的位移不明顯，但幾天后基樁位移明顯增大，這些現(xiàn)象也證明上述關(guān)系。同時(shí)，降雨增大了邊坡土體的含水量，加速了土體流變也有一定關(guān)系。

6 缺陷樁處理方法

通過樁基極限承載力試驗(yàn)，單樁豎向承載力滿足設(shè)計(jì)要求，說明橫向裂縫對(duì)豎向承載力影響很小。但水平裂縫占樁身面積的60%，勢(shì)必對(duì)樁的水平承載力(抗剪能力)產(chǎn)生直接影響。由于橫向裂縫的存在，樁基水平承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行處理。

6．1 加筋注漿補(bǔ)強(qiáng)法

為彌補(bǔ)水平承載力，對(duì)缺陷基樁采用了鉆孔加筋注漿補(bǔ)強(qiáng)法。補(bǔ)強(qiáng)采用在每個(gè)鉆孔中下入直徑80 mm的鋼管，然后注入高強(qiáng)度水泥漿，沖填水平裂縫和鋼管外的鉆孔。每個(gè)存在裂縫的樁布置補(bǔ)強(qiáng)鉆孔2個(gè)，鉆孔布置在距樁中心200 mm的圓周上，鉆孔邊距鋼筋籠100 mm，鉆孔直徑108 mm。具體見圖3，補(bǔ)強(qiáng)后形成的樁體結(jié)構(gòu)見圖4。

鉆孔深度按比低應(yīng)變確定的橫向裂縫位置深1．0 m進(jìn)行控制。補(bǔ)強(qiáng)采用在每個(gè)鉆孔中下入公稱口徑80 mm壁厚4 mm的焊管，鋼管長(zhǎng)度為2．0 m，鋼管底口位于裂縫下1．0 m。鋼筋放入孔內(nèi)后注入高強(qiáng)度水泥漿，水泥漿中摻入水泥用量10%的膨脹劑，以減少水泥漿凝固體的收縮。水泥漿的水灰比采用 0．42。

圖3 補(bǔ)強(qiáng)鉆孔位置圖

圖4 補(bǔ)強(qiáng)后的樁體結(jié)構(gòu)

補(bǔ)強(qiáng)施工過程如下。

(2)洗孔。鉆心后分別對(duì)各孔壓注清水、封閉加壓，最大壓力控制在1．0 MPa，將鉆孔沖洗干凈，直到出水無(wú)混濁和碎屑出現(xiàn)。洗孔時(shí)間≮15 min。

(3)放入加固鋼筋。將加固鋼筋用鐵絲綁扎成鋼筋束，將鋼筋束的底標(biāo)高放至裂縫位置下1．0 m。

(4)注漿。注漿管采用DN20管，壁厚3 mm，注漿管要通至孔底，排氣管應(yīng)通至止?jié){位置以下100 mm，注漿終止壓力控制在2～4 MPa，注漿完成后應(yīng)采取有效措施防止?jié){液回流，必要時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿。

6．2 補(bǔ)強(qiáng)后的效果檢測(cè)

處理完成后選取3根樁進(jìn)行了單樁水平靜載荷試驗(yàn)，水平臨界荷載平均值130 kN，極差30 kN，小于其平均值的30%，最終確定單樁水平臨界荷載為130 kN。處理完成后單樁水平承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論和建議

通過對(duì)江蘇沿江一個(gè)電廠的工程實(shí)踐進(jìn)行的深入分析，在深厚軟土地區(qū)開挖時(shí)應(yīng)引起高度注意，避免大面積缺陷樁的出現(xiàn)。通過對(duì)主動(dòng)側(cè)壓力的分析及各種因素的綜合考慮，明確了引起樁基缺陷的原因。采用補(bǔ)強(qiáng)注漿法對(duì)由于橫向裂縫造成的缺陷加固效果良好。

在軟土地區(qū)開挖基坑時(shí)，要時(shí)刻注意開挖時(shí)土體流動(dòng)對(duì)樁基質(zhì)量的影響。制定合理的開挖方案，經(jīng)過論證后再進(jìn)行開挖。補(bǔ)強(qiáng)注漿法能夠較好的處理橫向裂縫對(duì)水平承載力的影響，為此類工程問題提供了很好的借鑒。

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