某工程地下室抗浮樁質(zhì)量問題研究

孫玉剛

（福建省建筑科學(xué)研究院，福建廈門361000）

0 引 言

近年來，隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，建設(shè)用地資源日趨緊張，土地開發(fā)模式對地下空間的利用提出更高要求，大型、超深基坑層出不窮。與此同時，深埋地下水的分布情況錯綜復(fù)雜，其存在嚴(yán)重影響著地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性及耐久性，尤其在濱海地區(qū)，抗浮問題多種多樣，底板隆起、梁柱節(jié)點破壞事故頻發(fā)，地下結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計成為建筑行業(yè)研究的熱點問題之一［1］。

1 工程概況

廈門某綜合體項目占地面積3.2萬m2，總建筑面積18.7萬m2，包括1幢幼兒園、7幢25～33層住宅樓及4層商業(yè)配套，設(shè)置2層滿堂地下室。擬建場地原始地貌屬沖、海積地貌單元，場地覆蓋土層主要由全新統(tǒng)至更新統(tǒng)的沖海積相及殘積土層組成，下伏燕山晚期侵入的中粒花崗巖，地層結(jié)構(gòu)較為簡單。

根據(jù)地勘報告中鉆孔揭露，場地巖土層自上而下依次為人工成因的①雜填土、②淤泥夾砂、②1中砂、③粉質(zhì)黏土、③1淤泥質(zhì)土、④中砂、⑤礫砂、⑥殘積黏性土、⑦全風(fēng)化花崗巖、⑧砂礫狀強風(fēng)化花崗巖、⑨碎塊狀強風(fēng)化花崗巖及⑩中風(fēng)化花崗巖。

2 抗拔承載力檢測

2.1 設(shè)計說明

項目設(shè)計采用大直徑旋挖灌注樁基礎(chǔ)（樁端高壓注漿），其中純地下室部分抗壓基樁兼作抗浮樁。抗浮樁設(shè)計樁徑1000mm，單樁豎向抗壓承載力特征值5500kN，單樁豎向抗拔承載力特征值為1600kN，設(shè)計要求樁端進(jìn)入砂礫狀強風(fēng)化花崗巖不小于22m，或進(jìn)入碎塊狀強風(fēng)化花崗巖2.5m。

2.2 驗收檢測

在綜合考慮項目工期緊張、支護(hù)內(nèi)支撐空間限制的基礎(chǔ)上，參建各方?jīng)Q定于現(xiàn)地面開展基樁靜載荷試驗檢測，超高段約10m；同時將純地下室劃分為3個子區(qū)域。設(shè)計單位根據(jù)巖土層實際分布及現(xiàn)場施工情況對最大試驗荷載進(jìn)行調(diào)整，抗浮樁抗拔承載力檢測委托值取3600kN。

地下室1區(qū)檢測樁數(shù)3根，單樁豎向抗拔極限承載力均為3600kN，均滿足設(shè)計要求。

地下室2區(qū)檢測樁數(shù)3根，單樁豎向抗拔極限承載力均為3600kN，均滿足設(shè)計要求。

地下室3區(qū)檢測樁數(shù)3根，其中D180#試樁的單樁豎向抗拔極限承載力為2880kN，不滿足設(shè)計要求；其余2根滿足設(shè)計要求。

2.3 擴(kuò)大檢測

不合格抗浮樁的出現(xiàn)引起參建各方的高度重視。通過反查發(fā)現(xiàn)，純地下室區(qū)域檢測的9根試樁中，有效樁長在30m以上的有7根，有效樁長在30m以下的僅2根。根據(jù)基樁平面布置圖及成孔深度統(tǒng)計分析，本項目純地下室區(qū)域內(nèi)，全風(fēng)化～中風(fēng)化分布不均勻、巖面起伏較大，局部區(qū)域基巖巖面較高。9根試樁中，不合格的D180#試樁樁長最短，試驗樁長為33.58m，有效樁長僅23.28m，初步判定短樁抗拔承載力存疑。

為保證工程質(zhì)量，經(jīng)參建各方共同研究決定，將純地下室區(qū)域內(nèi)抗浮樁以有效樁長30m為界限，區(qū)分長短樁擴(kuò)大檢測（短樁共97根），并限制擴(kuò)大檢測試樁于土方開挖后在設(shè)計樁頂標(biāo)高位置進(jìn)行，共抽選2根長樁和3根短樁，委托最大試驗荷載取原設(shè)計單樁豎向抗拔承載力特征值的2倍，即3200kN。檢測結(jié)果如圖1所示：2根長樁的單樁豎向抗拔極限承載力均為3200kN，均滿足設(shè)計要求；D177#（20.10m）、D181#（15.78m）和D342#（18.84m）等3根短樁的單樁豎向抗拔極限承載力分別為2240k N、1920kN和2880kN，均不滿足設(shè)計要求。

圖1 單樁豎向抗拔靜載試驗檢測結(jié)果

3 原因分析

事實上，樁基施工前，勘察單位已在其提供的巖土工程勘察報告中明確指出：受古地理環(huán)境的影響和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的作用，上部各土層及下部風(fēng)化基巖的分布、埋深、厚度及工程性能等在橫向、縱向上有一定變化。

樁基施工過程中，局部區(qū)域基巖埋藏較淺的情況已經(jīng)暴露出來，經(jīng)反饋設(shè)計單位亦給出關(guān)于地下室樁端持力層與設(shè)計不符的處理意見：就現(xiàn)場部分基樁進(jìn)入砂礫狀強風(fēng)化花崗巖不足22m即達(dá)中風(fēng)化巖面或進(jìn)入碎塊狀強風(fēng)化花崗巖不足2.5m即達(dá)中風(fēng)化巖面的情況，按以下方案進(jìn)行處理。

①樁身進(jìn)入砂礫狀強風(fēng)化～碎塊狀強風(fēng)化花崗巖大于10m達(dá)到中風(fēng)化巖面的，可在中風(fēng)化巖面終孔。

②樁身進(jìn)入砂礫狀強風(fēng)化～碎塊狀強風(fēng)化花崗巖小于10m達(dá)到中風(fēng)化巖面的，應(yīng)進(jìn)入中風(fēng)化巖1m方可終孔。

對比原設(shè)計說明與上述處理意見可以發(fā)現(xiàn)，處理意見僅從保證基樁抗壓承載力的角度片面考慮，而忽略了其作為抗浮樁時抗拔承載力是否同時滿足要求。在樁端達(dá)到中風(fēng)化巖面或嵌入中風(fēng)化巖1.0m的條件下，即使有效樁長較短，樁的端阻力也足以滿足設(shè)計要求，因此上述處理意見就確保異常樁的抗壓承載力方面是考慮充分的。但是，對抗壓兼抗拔樁，應(yīng)尤其注意在原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下對其抗浮能力的驗算，有效樁長較短的情況下必須保證其具有足夠的嵌巖深度，或結(jié)合其它的抗浮措施多管齊下，確保地下結(jié)構(gòu)安全。

遺憾的是，對于設(shè)計單位的疏忽，建設(shè)各方卻未見異議，盲目執(zhí)行。因此，本次抗浮樁質(zhì)量問題的產(chǎn)生雖然存在基巖面起伏的客觀地質(zhì)原因，但是從施工的整體過程而言，從一線操作的施工單位到監(jiān)督管理的監(jiān)理單位、再到復(fù)核控制的設(shè)計單位、綜合管理的業(yè)主單位，各個環(huán)節(jié)均存在疏忽大意、工程質(zhì)量意識薄弱的問題。項目質(zhì)量管理體系的運行不暢是本次質(zhì)量問題產(chǎn)生的根本原因，倘使上述任何一方可以嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做好事前、事中、事后全面全過程動態(tài)控制，及時反饋異常數(shù)據(jù)，及時補充調(diào)研勘察，及時綜合分析處理，給出客觀、合理、有效的決策意見，便可避免后期在進(jìn)度、成本等方面的重大損失。

4 處理措施

抗浮加固方案的選擇要區(qū)分“失效前”加固和“失效后”加固。本工程屬于“防患于未然”的結(jié)構(gòu)“失效前”加固，因此，加固設(shè)計可調(diào)整范圍較為寬裕，對結(jié)構(gòu)后期使用功能不會造成影響；盡管建設(shè)成本與進(jìn)度略有增加，但影響可控，質(zhì)量與安全有可靠保證。相比之下，倘若放之任之，待地下結(jié)構(gòu)施工完成后發(fā)生抗浮失效破壞，如底板隆起、梁柱開裂，則要造成結(jié)構(gòu)的永久性損傷和難以預(yù)測的修復(fù)、加固代價。

當(dāng)前，地下結(jié)構(gòu)的抗浮措施主要包括壓重法、抗浮樁和抗浮錨桿三種［2－3］。針對本項目的具體情況，質(zhì)量問題的發(fā)現(xiàn)在工程樁竣工驗收階段。雖然抗浮樁設(shè)計單樁承載力大、可靠性高，但其造價昂貴、底板厚度及布筋要求更高，且現(xiàn)場土石方已開挖，機械操作空間受限、環(huán)境條件復(fù)雜，施工過程及驗收檢測將對施工技術(shù)、項目工期產(chǎn)生重大影響。另一方面，地方質(zhì)量安全監(jiān)督站及參建各方對抗浮錨桿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐久性、群錨效應(yīng)及其與抗浮樁共同作用下的變形協(xié)調(diào)問題未能達(dá)成一致意見。因此，經(jīng)專家論證，考慮到本次處理范圍約占純地下室面積的1/6，屬于局部加固，參建各方從項目進(jìn)度（對整個項目工期關(guān)鍵線路影響較小）、成本（壓重材料價格較低）、安全（施工可靠性高、效果直觀）、質(zhì)量控制等多方面綜合考量，選擇施工簡便、穩(wěn)妥可靠的壓重法進(jìn)行抗浮加固。

抗浮加固設(shè)計時，短樁的單樁豎向抗拔極限承載力取前期檢測的最低值1920kN，具體采用降板回填素混凝土壓重平衡水浮力。問題區(qū)域底板降標(biāo)高平面圖如圖2所示。短樁區(qū)域的大范圍內(nèi)（），底板板面標(biāo)高由原設(shè)計-5.900m降至-6.500m，而后回填素混凝土至-5.900m（厚度600mm）；局部小范圍內(nèi)（┗），底板板面標(biāo)高由原設(shè)計-6.050m降至-6.500m，而后回填素混凝土至-6.050m（厚度450mm）。短樁區(qū)域與相鄰區(qū)域底板的連接、與相鄰區(qū)域樁基承臺的連接及短樁區(qū)域內(nèi)樁基承臺的處理大樣如圖3～圖5所示，總體上在實現(xiàn)局部壓重的前提下保證地下室交工底面標(biāo)高一致。

圖2 底板降標(biāo)高平面布置圖（單位：mm）

圖3 板面高差處大樣圖（降板邊界非承臺處）（單位：mm）

圖4 板面高差處大樣圖（降板邊界承臺處）（單位：mm）

圖5 板面高差處大樣圖（降板區(qū)域內(nèi)承臺處）（單位：mm）

綜上，通過降標(biāo)高回填素混凝土壓重法處理，施工方便、直接有效，同時保證地下室底板面交工標(biāo)高不變，不侵占結(jié)構(gòu)空間、不影響使用要求，且項目總體工期未受明顯影響。加固完成至今，對純地下室結(jié)構(gòu)的位移監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)異常情況，地下室底板沉降穩(wěn)定、梁柱結(jié)構(gòu)變形合理，表明該方法可以達(dá)到預(yù)期效果，值得借鑒。

5 結(jié) 論

地下結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計不僅涉及使用者對地下空間的利用程度、結(jié)構(gòu)重要性程度，更與特殊地質(zhì)環(huán)境下的巖土層中地下水錯綜復(fù)雜的分布情況密切相關(guān)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)引起足夠的重視。

工程質(zhì)量的好壞，是建設(shè)項目的根本，強化落實項目質(zhì)量管理體系是工程項目管理的重中之重。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)與設(shè)計條件不相符合的作用時，參建各方應(yīng)給予充分的認(rèn)識，不能妄圖遮掩回避、蒙混過關(guān)，任何工期拖延、成本損失、政治影響等因素都不能構(gòu)成干擾工程質(zhì)量的理由。