上海市建工設(shè)計(jì)研究總院有限公司 上海 200000

引言

東部沿海地區(qū)某小區(qū)住宅樓和地下車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)工程，在樁基完工后經(jīng)低應(yīng)變、樁孔攝像、單樁豎向抗壓、抗拔靜載試驗(yàn)等檢測(cè)，樁基存在較嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中擠土效應(yīng)、軟黏土的流動(dòng)性、打樁速率、土方開(kāi)挖、樁身焊接質(zhì)量、施工技術(shù)措施等方面的分析，可有效判斷造成樁基質(zhì)量問(wèn)題的原因，為下一步基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)方案的制定提供可靠的理論依據(jù)。

一、工程概況及工程地質(zhì)情況

1.工程概況。本工程區(qū)域共有十二幢26～28層商品住宅樓和大底盤(pán)地下一層車(chē)庫(kù)，總建筑面積27.2萬(wàn)平法米，其中地上21.4萬(wàn)平方米，地下5.8萬(wàn)平方米。

本工程基礎(chǔ)部分采用了兩種不同型號(hào)的高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，如表1所示：

鋼筋混凝土基礎(chǔ)底板厚1.4m，基坑開(kāi)挖深度距地表約5.0m，電梯井處基坑深度約6.5m，樁基持力層為8-1卵石層。

2.工程地質(zhì)情況。地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表2所示：

表2 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

二、樁基工程質(zhì)量問(wèn)題分析

主樓和地庫(kù)分別選用PHC600A130及PHC500AB100型管樁，設(shè)計(jì)樁端持力層為8-1卵石層，按貫入度控制(最后錘擊三陣，每陣10擊，平均貫入度小于80mm)，據(jù)此每根樁入土有效樁長(zhǎng)約為33m。

土方開(kāi)挖后，經(jīng)低應(yīng)變檢測(cè)不合格樁數(shù)量很多，如表3所示：

表3 各主樓低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

11 263 263 100 226 85.9 0 0 11 4.2 26 9.9 12 212 212 100 186 87.7 0 0 26 12.3 0 0合計(jì)(根)2233 2011 1059 509 393 49

由上表可見(jiàn)，Ⅲ類(lèi)樁占所檢測(cè)樁的比例范圍為4.2%～66.1%，其中8號(hào)樓(26層)和9號(hào)樓(28層)Ⅲ類(lèi)樁占比高達(dá)66.1%和42.7%；Ⅳ類(lèi)費(fèi)樁占所檢測(cè)樁的比例范圍為0.4%～11.5%。造成如此嚴(yán)重的樁基質(zhì)量問(wèn)題，分析如下：

1.擠土效應(yīng)。12幢主樓和地下車(chē)庫(kù)分兩個(gè)標(biāo)段同時(shí)施工，打入管樁共計(jì)4994根，去除管樁土塞高度的土方量，共約有3萬(wàn)立方的土受擠。被擠壓的土除向地表傳遞外，其余極大部分在管樁入土過(guò)程中向周?chē)鷺扼w擠壓擴(kuò)散。在兩百多天的打樁過(guò)程中，由于各主樓及車(chē)庫(kù)區(qū)域打樁時(shí)間不同，造成擠土方向不斷變化，而不斷變化的擠土效應(yīng)有相當(dāng)部分重迭，其結(jié)果勢(shì)必對(duì)入土的樁身產(chǎn)生明顯的損傷。

2.軟黏土的流動(dòng)性。本工程軟黏土厚約25米，尤其是3-2淤泥層，平均厚度為14.7米，最厚處達(dá)18.4米，占樁入土深度的一半，該層含水量大(53%)，抗剪性差(Φ=4°)，靈敏度高(St=3.14)，受到震動(dòng)和擠壓后，伴隨而來(lái)的是超靜孔隙水壓力的增大。在擠土效應(yīng)的共同作用下，極易破壞軟黏土的原狀結(jié)構(gòu)，從而大大降低土的自身強(qiáng)度，使得淤泥變成稀釋狀態(tài)且產(chǎn)生側(cè)向滑移，對(duì)入土的樁身同樣產(chǎn)生不可避免的損傷。

3.打樁錘擊效應(yīng)。目前打入樁一般選用不同的樁錘，如表4所示：

表4 不同樁錘的沖擊力

上表表明，樁錘重量越大，錘擊力越大。當(dāng)樁尖進(jìn)入持力層(卵石層)后，柴油錘就需要更高的高度進(jìn)行錘擊，若樁身強(qiáng)度不足或樁尖構(gòu)造稍差，樁身承受不了樁錘的沖擊力，會(huì)造成樁身被打裂或樁尖被打碎，由此造成的樁身缺陷會(huì)降低樁的承載力。因此認(rèn)真選定合適的樁錘型號(hào)是十分重要的。

本工程同一區(qū)域內(nèi)分兩個(gè)標(biāo)段由兩家不同的施工單位分別選用D46及D63型錘。經(jīng)統(tǒng)計(jì)D46型錘每根樁錘擊數(shù)達(dá)500～700擊，D63型錘每根樁錘擊數(shù)達(dá)300～400擊，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及工程經(jīng)驗(yàn)選用D63型錘是比較合理的，施工圖亦要求選用D63型錘。重錘輕擊比輕錘重?fù)魧?duì)土體的破壞要小。

有資料表明，用不同的錘型打樁，對(duì)樁頂、樁身、樁尖產(chǎn)生的壓、拉應(yīng)力如表5所示：

澳大利亞車(chē)身行業(yè)協(xié)會(huì)的維修店評(píng)級(jí)項(xiàng)目已經(jīng)放緩并逐漸退出，但這一做法被Car Craft集團(tuán)采納并推廣。這一體系將根據(jù)維修廠的裝備水平、人員培訓(xùn)情況等，對(duì)維修廠進(jìn)行檢查并定級(jí)?；纛D公司也將根據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)的評(píng)定系統(tǒng)確定自己的標(biāo)準(zhǔn)，并盡快展開(kāi)實(shí)踐。

表5 不同錘型產(chǎn)生的壓、拉應(yīng)力

上述表5是寶鋼一期開(kāi)工前，由中日雙方共同參與試驗(yàn)時(shí)所得數(shù)據(jù)。雖然如此，但不管是何種樁材，在錘擊過(guò)程中產(chǎn)生的壓、拉應(yīng)力是存在的，這不僅會(huì)影響樁的質(zhì)量，而且對(duì)樁節(jié)間端板(法蘭盤(pán))的焊接也會(huì)造成損傷，對(duì)焊接質(zhì)量差的樁影響尤為嚴(yán)重。

4.打樁速率過(guò)快。本工程打樁工期共222天，入土樁數(shù)量為4994根，打樁平均速率為22.5根/天，嚴(yán)重超過(guò)了類(lèi)似該類(lèi)地質(zhì)情況的打樁速率。該類(lèi)地質(zhì)情況通?？刂圃?～10根/天。尤其是下述兩組時(shí)間段的打樁速率更為驚人：

(1)201X年10月27日～次年2月4日共70天時(shí)間內(nèi)打樁速率為28.5根/天。

(2)201X年2月21日～次年4月8日的共57天時(shí)間內(nèi)，打樁速率為34根/天。該部分為地庫(kù)樁，樁徑500mm，有效樁長(zhǎng)入土深度為33m左右。

打樁的擠土效應(yīng)和土體中的超靜空隙水壓力隨打樁速率的提高驟然增加，在擠土過(guò)程中當(dāng)四周壓力有差異時(shí)，土體會(huì)向壓力較小的一側(cè)移動(dòng)，由此便形成打樁造成的上拱力。若焊接質(zhì)量差，上拱力會(huì)將兩節(jié)樁在焊接處拉開(kāi)，導(dǎo)致上節(jié)樁上移，造成樁節(jié)間有1～2cm或更大的空隙；若焊接質(zhì)量較好，會(huì)造成樁身整體抬升，可能導(dǎo)致樁尖上抬后脫離持力層。

此種現(xiàn)象在8#樓11#樁及9#樓109#樁垂直靜載荷試驗(yàn)的s-lgt曲線中顯現(xiàn)出來(lái)，如圖1、圖2所示：

圖1、圖2的s-lgt曲線反映了如下情況：

(1)錘擊與擠土效應(yīng)使得一些樁因焊接質(zhì)量差，在樁節(jié)間脫開(kāi)；

(2)打樁時(shí)樁身整體抬升。

上述兩種情況，脫開(kāi)或抬升的距離大概在20～40mm之間。隨著荷載的增加，脫開(kāi)的樁節(jié)閉合或抬升的樁身被壓下，使得樁身又成為整體或進(jìn)入持力層，故發(fā)生了在2400k N后的各級(jí)荷載作用下，s-lgt曲線又出現(xiàn)了平緩。

5.土方開(kāi)挖

(1)10#樓東西兩側(cè)電梯井坑底均采用旋噴加固。東側(cè)電梯井在旋噴齡期未到情況下開(kāi)挖，隨即發(fā)生電梯井邊樁向井內(nèi)傾斜。

(2)11#樓南側(cè)52m長(zhǎng)的邊坡盡管采用了噴漿加固邊坡，一場(chǎng)大雨造成該邊坡大范圍滑移，造成該樓南側(cè)出現(xiàn)了7根Ⅲ類(lèi)樁及22根Ⅳ類(lèi)樁。

(3)12#樓東西兩側(cè)電梯井同樣是旋噴齡期未到就開(kāi)挖，發(fā)生淤泥土外擠，樁身偏位。

(4)8#樓基坑開(kāi)挖了五分之二，因故中止了開(kāi)挖，擱置了三個(gè)月后再挖，造成土體壓力失衡。使得8#樓發(fā)生大量的Ⅲ、Ⅳ類(lèi)樁，占全樁的67.4%。

6.樁身焊接質(zhì)量。12#樓103#樁經(jīng)檢測(cè)為Ⅲ類(lèi)樁，經(jīng)拔樁后發(fā)現(xiàn)樁節(jié)間端板的焊縫長(zhǎng)度僅為滿焊要求的13%。

地庫(kù)K611#樁在進(jìn)行單樁豎向抗拔試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)拔力加載至50t時(shí)(設(shè)計(jì)要求是100t)，樁節(jié)間端板被拉開(kāi)，焊接質(zhì)量明顯存在問(wèn)題。

7.施工技術(shù)措施的缺失。擠土效應(yīng)、軟黏土流動(dòng)、超靜空隙水壓力及錘擊效應(yīng)在軟土地區(qū)打樁過(guò)程中是必定存在的。如果工程論證后必須采用砼管樁，一般可采用如下的施工技術(shù)措施：

1.采用預(yù)鉆孔取土12～14米，可大幅度減小淺部位置軟黏土的擠壓；

2.塑料板排水或袋裝砂井加盲溝排水能釋放軟黏土內(nèi)超靜空隙水壓力。

這些措施多年來(lái)廣泛使用在軟土地區(qū)打樁過(guò)程中，證明防止或減少上述不良效應(yīng)卓有成效。

以上所述種種情況其綜合作用的結(jié)果，造成本工程砼管樁出現(xiàn)Ⅲ、Ⅳ類(lèi)樁的數(shù)量較多也就不奇怪了。

8.結(jié)論

(1)軟土地區(qū)打樁施工技術(shù)措施必須到位。在含水量大(＞50%)，靈敏度高(＞4)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度低(＜0.3Kg/cm3)的深厚軟土地區(qū)，錘擊樁(管樁或砼方樁)施工必須要有相應(yīng)的施工技術(shù)措施。這些措施能有效達(dá)到減少擠土效應(yīng)、減少土超靜孔隙水壓力的效果，除此之外還必須選用合適的樁錘、控制打樁速率、選用合理的挖土方案。只有多管齊下，才能避免或減輕打樁后出現(xiàn)的種種不利效應(yīng)，有效控制樁基質(zhì)量。

(2)樁基補(bǔ)強(qiáng)方案的制定。本工程的主樓經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)比較多的Ⅲ、Ⅳ類(lèi)樁，雖然采取過(guò)樁孔灌芯和補(bǔ)打鉆孔灌注樁等補(bǔ)強(qiáng)措施，但當(dāng)時(shí)忽視了在多種外因共同作用以后的土體尚處于不穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，就進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工。

其中12#樓主體結(jié)構(gòu)已建造至16層時(shí)，南北橫向傾斜達(dá)0.85‰，17層時(shí)達(dá)0.93‰，僅增加一層，結(jié)構(gòu)橫向傾斜陡增。這種情況引起了建設(shè)方的高度重視，并認(rèn)識(shí)到了問(wèn)題的嚴(yán)重性，立即邀請(qǐng)巖土工程專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)審，并繼續(xù)對(duì)沉降觀測(cè)資料密切關(guān)注、認(rèn)真對(duì)比，多次組織有關(guān)各方研討，研討意見(jiàn)匯總后一致認(rèn)為采用錨桿靜壓鋼樁補(bǔ)強(qiáng)為最佳方案。

補(bǔ)強(qiáng)后隨著上部建筑荷載的增加，建筑物、樁基與地基土間的荷載傳遞逐漸趨于平衡協(xié)調(diào)以至穩(wěn)定，其最終傾斜、沉降等指標(biāo)亦控制在國(guó)家規(guī)范值之內(nèi)，取得了良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。