某小區高層建筑預應力混凝土管樁施工質量問題分析

上海市建工設計研究總院有限公司 上海 200000

引言

東部沿海地區某小區住宅樓和地下車庫基礎工程，在樁基完工后經低應變、樁孔攝像、單樁豎向抗壓、抗拔靜載試驗等檢測，樁基存在較嚴重的質量問題。通過對施工過程中擠土效應、軟黏土的流動性、打樁速率、土方開挖、樁身焊接質量、施工技術措施等方面的分析，可有效判斷造成樁基質量問題的原因，為下一步基礎補強方案的制定提供可靠的理論依據。

一、工程概況及工程地質情況

1.工程概況。本工程區域共有十二幢26～28層商品住宅樓和大底盤地下一層車庫，總建筑面積27.2萬平法米，其中地上21.4萬平方米，地下5.8萬平方米。

本工程基礎部分采用了兩種不同型號的高強度預應力混凝土管樁，如表1所示：

鋼筋混凝土基礎底板厚1.4m，基坑開挖深度距地表約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.工程地質情況。地基土物理力學性質指標如表2所示：

表2 地基土物理力學性質指標

二、樁基工程質量問題分析

主樓和地庫分別選用PHC600A130及PHC500AB100型管樁，設計樁端持力層為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)，據此每根樁入土有效樁長約為33m。

土方開挖后，經低應變檢測不合格樁數量很多，如表3所示：

表3 各主樓低應變檢測結果

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(根)2233 2011 1059 509 393 49

由上表可見，Ⅲ類樁占所檢測樁的比例范圍為4.2%～66.1%，其中8號樓(26層)和9號樓(28層)Ⅲ類樁占比高達66.1%和42.7%；Ⅳ類費樁占所檢測樁的比例范圍為0.4%～11.5%。造成如此嚴重的樁基質量問題，分析如下：

1.擠土效應。12幢主樓和地下車庫分兩個標段同時施工，打入管樁共計4994根，去除管樁土塞高度的土方量，共約有3萬立方的土受擠。被擠壓的土除向地表傳遞外，其余極大部分在管樁入土過程中向周圍樁體擠壓擴散。在兩百多天的打樁過程中，由于各主樓及車庫區域打樁時間不同，造成擠土方向不斷變化，而不斷變化的擠土效應有相當部分重迭，其結果勢必對入土的樁身產生明顯的損傷。

2.軟黏土的流動性。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)，受到震動和擠壓后，伴隨而來的是超靜孔隙水壓力的增大。在擠土效應的共同作用下，極易破壞軟黏土的原狀結構，從而大大降低土的自身強度，使得淤泥變成稀釋狀態且產生側向滑移，對入土的樁身同樣產生不可避免的損傷。

3.打樁錘擊效應。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。當樁尖進入持力層(卵石層)后，柴油錘就需要更高的高度進行錘擊，若樁身強度不足或樁尖構造稍差，樁身承受不了樁錘的沖擊力，會造成樁身被打裂或樁尖被打碎，由此造成的樁身缺陷會降低樁的承載力。因此認真選定合適的樁錘型號是十分重要的。

本工程同一區域內分兩個標段由兩家不同的施工單位分別選用D46及D63型錘。經統計D46型錘每根樁錘擊數達500～700擊，D63型錘每根樁錘擊數達300～400擊，根據統計數據及工程經驗選用D63型錘是比較合理的，施工圖亦要求選用D63型錘。重錘輕擊比輕錘重擊對土體的破壞要小。

有資料表明，用不同的錘型打樁，對樁頂、樁身、樁尖產生的壓、拉應力如表5所示：

澳大利亞車身行業協會的維修店評級項目已經放緩并逐漸退出，但這一做法被Car Craft集團采納并推廣。這一體系將根據維修廠的裝備水平、人員培訓情況等，對維修廠進行檢查并定級?；纛D公司也將根據行業協會的評定系統確定自己的標準，并盡快展開實踐。

表5 不同錘型產生的壓、拉應力

上述表5是寶鋼一期開工前，由中日雙方共同參與試驗時所得數據。雖然如此，但不管是何種樁材，在錘擊過程中產生的壓、拉應力是存在的，這不僅會影響樁的質量，而且對樁節間端板(法蘭盤)的焊接也會造成損傷，對焊接質量差的樁影響尤為嚴重。

4.打樁速率過快。本工程打樁工期共222天，入土樁數量為4994根，打樁平均速率為22.5根/天，嚴重超過了類似該類地質情況的打樁速率。該類地質情況通?？刂圃?～10根/天。尤其是下述兩組時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天時間內打樁速率為28.5根/天。

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

打樁的擠土效應和土體中的超靜空隙水壓力隨打樁速率的提高驟然增加，在擠土過程中當四周壓力有差異時，土體會向壓力較小的一側移動，由此便形成打樁造成的上拱力。若焊接質量差，上拱力會將兩節樁在焊接處拉開，導致上節樁上移，造成樁節間有1～2cm或更大的空隙；若焊接質量較好，會造成樁身整體抬升，可能導致樁尖上抬后脫離持力層。

此種現象在8#樓11#樁及9#樓109#樁垂直靜載荷試驗的s-lgt曲線中顯現出來，如圖1、圖2所示：

圖1、圖2的s-lgt曲線反映了如下情況：

(1)錘擊與擠土效應使得一些樁因焊接質量差，在樁節間脫開；

(2)打樁時樁身整體抬升。

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

5.土方開挖

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

(2)11#樓南側52m長的邊坡盡管采用了噴漿加固邊坡，一場大雨造成該邊坡大范圍滑移，造成該樓南側出現了7根Ⅲ類樁及22根Ⅳ類樁。

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

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

6.樁身焊接質量。12#樓103#樁經檢測為Ⅲ類樁，經拔樁后發現樁節間端板的焊縫長度僅為滿焊要求的13%。

地庫K611#樁在進行單樁豎向抗拔試驗時，當拔力加載至50t時(設計要求是100t)，樁節間端板被拉開，焊接質量明顯存在問題。

7.施工技術措施的缺失。擠土效應、軟黏土流動、超靜空隙水壓力及錘擊效應在軟土地區打樁過程中是必定存在的。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措施：

1.采用預鉆孔取土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超靜空隙水壓力。

這些措施多年來廣泛使用在軟土地區打樁過程中，證明防止或減少上述不良效應卓有成效。

以上所述種種情況其綜合作用的結果，造成本工程砼管樁出現Ⅲ、Ⅳ類樁的數量較多也就不奇怪了。

8.結論

(1)軟土地區打樁施工技術措施必須到位。在含水量大(＞50%)，靈敏度高(＞4)、無側限抗壓強度低(＜0.3Kg/cm3)的深厚軟土地區，錘擊樁(管樁或砼方樁)施工必須要有相應的施工技術措施。這些措施能有效達到減少擠土效應、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的種種不利效應，有效控制樁基質量。

(2)樁基補強方案的制定。本工程的主樓經檢測發現比較多的Ⅲ、Ⅳ類樁，雖然采取過樁孔灌芯和補打鉆孔灌注樁等補強措施，但當時忽視了在多種外因共同作用以后的土體尚處于不穩定狀態的情況下，就進行上部結構的施工。

其中12#樓主體結構已建造至16層時，南北橫向傾斜達0.85‰，17層時達0.93‰，僅增加一層，結構橫向傾斜陡增。這種情況引起了建設方的高度重視，并認識到了問題的嚴重性，立即邀請巖土工程專家進行評審，并繼續對沉降觀測資料密切關注、認真對比，多次組織有關各方研討，研討意見匯總后一致認為采用錨桿靜壓鋼樁補強為最佳方案。

補強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調以至穩定，其最終傾斜、沉降等指標亦控制在國家規范值之內，取得了良好的補強效果。