某工程管樁靜載不合格問題的分析和處理

徐 桑

(臺州民用建筑設(shè)計有限公司，浙江 臺州 318000)

1 工程概況

臺州某研發(fā)樓結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，層數(shù)為5 層，占地面積891 m2，建筑總面積為4 335 m2，抗震設(shè)防烈度小于6 度。根據(jù)地勘顯示，地基土主要以一般粘性土為主，均勻性較好，分布穩(wěn)定區(qū)域上無大型的活動斷裂構(gòu)造。地下水水質(zhì)類型為氯化物—鈉型咸水，擬建場地的環(huán)境類型為Ⅱ類，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，在干濕交替環(huán)境下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有中等腐蝕性，場地內(nèi)以粘性土為主，無深部承壓水分布。該工程基礎(chǔ)采用樁承臺基礎(chǔ)，共99 根預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁徑500 mm，設(shè)計樁長50 m，樁身混凝土設(shè)計強度為C60，單樁豎向抗壓承載力特征值為1 150 kN，以⑤層粉質(zhì)粘土為持力層，場地地質(zhì)概況如表1所示。

表1 場區(qū)巖土層概況 kPa

2 樁基檢測及事故原因分析

工程樁施工完成后，由建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心進行單樁靜載試驗(靜載1400113)和低應(yīng)變法檢測(動測1400092)。隨機選取3 根預(yù)應(yīng)力管樁做靜載試驗，分別為59 號，36 號，21 號。靜載試驗采用樁架組成反力裝置，用液壓千斤頂加荷，整個測試過程由RS-JYC 樁基靜載測試分析系統(tǒng)監(jiān)控測量。根據(jù)JGJ 106—2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范有關(guān)規(guī)定，試驗采用快速維持荷載法。終止加載條件:

1)某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5 倍(注:當(dāng)樁頂沉降能相對穩(wěn)定且總沉降量小于40 mm 時，宜加載至樁頂總沉降量超過40 mm)。

2)某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2 倍，且經(jīng)24 h 尚未達到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

3)已達到設(shè)計要求的最大加載量。

4)當(dāng)工程樁做錨樁時，錨樁上拔量已達到允許值。

5)當(dāng)荷載—沉降曲線呈緩變型時，可加載至樁頂總沉降量60 mm～80 mm;在特殊情況下，可根據(jù)具體要求加載至累計沉降量超過80 mm。

靜載試驗的3 根管樁檢測結(jié)果及檢測結(jié)論如表2 所示。

靜載檢測結(jié)論:59 號樁單樁豎向抗壓極限承載力為1 334 kN，達到設(shè)計值58%;36 號樁單樁豎向抗壓極限承載力為1 893 kN，達到設(shè)計值82%;21 號樁單樁豎向抗壓極限承載力為1 840 kN，達到設(shè)計值80%，均不滿足設(shè)計要求。

表2 檢測結(jié)果匯總表

第二次靜載試驗，抽取剩余樁中的其中2 根，2 根樁承載力均達不到設(shè)計值的60%，因此實測單樁承載力遠低于設(shè)計要求。

低應(yīng)變動測結(jié)果:抽檢的44 根樁中，Ⅰ類樁13 根，占檢測總數(shù)的29.5%;Ⅱ類樁29 根，占檢測總數(shù)的65.9%;Ⅲ類樁2 根，占檢測總數(shù)的4.6%(Ⅰ類樁:樁身完整;Ⅱ類樁:樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮;Ⅲ類樁:樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響;Ⅳ類樁:樁身存在嚴(yán)重缺陷)。

原因分析:本工程樁基以群樁為主(三樁，四樁)，在樁基施工中產(chǎn)生樁體上浮現(xiàn)象，施工完畢后又未進行跑樁。靜壓預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，在沉樁時管樁會使土體向四周排擠，產(chǎn)生了擠土效應(yīng)。擠土效應(yīng)提高了土的密實度，同時提高了樁身與土體之間的摩擦力，當(dāng)沉樁數(shù)量不斷增加，會使樁間土被擠密向地面隆起，并帶動先沉入的鄰樁上浮;其次是在飽和粘性土中沉樁時，土體遭到嚴(yán)重擾動后發(fā)生徑向位移，離管樁一定范圍內(nèi)的土體受到不排水剪切和很大的水平推力，其骨架結(jié)構(gòu)破壞引起土中孔隙水壓力升高，對樁產(chǎn)生較大的浮托力使其上浮，從而引起單樁豎向承載力不滿足設(shè)計要求。

3 樁基與筏板共同作用的基礎(chǔ)加固方案

由于兩次靜載試驗均不合格，采用原樁基方案，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是不安全的。若采用補樁的方案，其費用和工期又不允許。因此我們建議采用筏板基礎(chǔ)，使筏—樁—土三者共同作用承擔(dān)上部荷載，解決管樁實際承載力不足的問題。

3.1 地基強度驗算

筏板大致呈矩形分布，厚400 mm。筏板底置于①層淤泥質(zhì)粘土，埋深－1.800，修正后地基承載力:70 kN/m2，底板平均反力(含基礎(chǔ)自重):58 kN/m2，e/(0.1W/A)=0.63 ＜1(e 為基底平面形心與結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心偏心距)。因此，不考慮樁的情況下，筏板基礎(chǔ)的地基強度也是滿足設(shè)計要求的。基礎(chǔ)平面布置圖見圖1。

圖1 基礎(chǔ)平面布置圖

3.2 基礎(chǔ)沉降及內(nèi)力計算

采用JCCAD 樁筏筏板有限元計算，計算模型按彈性地基梁板模型(樁和土按winkler 模型)，地基基礎(chǔ)形式為復(fù)合樁基，考慮上部結(jié)構(gòu)影響(共同作用計算)，有限元網(wǎng)格控制邊長按1 m 劃分，筏板沉降結(jié)果如圖2 所示，各樁的反力如圖3 所示，基礎(chǔ)最大沉降24 mm，最小沉降15 mm，沉降差9 mm。

圖2 筏板沉降圖（單位：mm）

圖3 樁最大反力圖（單位：kN）

3.3 筏板底抗沖切驗算

為了使樁受力均勻，原設(shè)計的承臺保持不變，承臺高度均為850 mm，經(jīng)計算滿足抗沖切驗算。

3.4 沉降觀測結(jié)果

竣工驗收時，觀測到該建筑物的最大沉降為16 mm，最小沉降為11 mm，沉降差為5 mm，小于計算結(jié)果。

4 結(jié)語

通過計算分析以及沉降觀測，樁基礎(chǔ)靜載試驗不合格時，可以采取增設(shè)筏板形成樁筏基礎(chǔ)的方法，使樁土共同作用分擔(dān)上部荷載，從而滿足整體承載力以及沉降的設(shè)計要求。對于低應(yīng)變檢測出的Ⅲ類樁，采取樁灌芯法，即將鋼筋籠放入缺陷處1 m 以上，再澆筑混凝土進行補強。目前該研發(fā)樓已投入使用，未發(fā)現(xiàn)任何異常情況。本工程的基礎(chǔ)加固方案對類似工程具有參考意義。

［1］李思平，張君祿，杜秀忠.樁基與筏板共同作用的基礎(chǔ)加固［J］.廣東水利水電，2002(2):35-36.

［2］劉 磊.某工程樁基礎(chǔ)質(zhì)量事故加固處理［J］.建筑科學(xué)，2012(4):53.