上海某新建倉庫項目的樁基缺陷原因分析及加固措施

倪浩群

上海市奉賢區建設工程安全質量監督站 上海 201400

上海地區由于復雜的地質條件和深達數十米軟土層的特點，地基基礎普遍采用預制混凝土樁、鉆孔灌注樁等類型的樁基礎。當采用多節預制混凝土樁施工時，受地質條件、沉樁工藝、施工人員素質、技術水平、現場管理等因素制約，接樁處容易出現缺陷，直接影響到整根樁的完整性和承載能力。本文就某新建倉庫項目基樁的缺陷原因與加固處置情況進行論述。

1 樁基工程概況

上海某新建倉庫項目的結構形式為框架結構，地下1層、地上2層，建筑面積約11 500 m2。樁基工程采用預制混凝土實心方樁，混凝土強度等級為C40，方樁種類為焊接靜壓接樁，樁的編號為JAZHb-3 50-10 10 10B、JAZHb-3 50-10 10 14B，樁邊長500 mm，總樁長分別為30、34 m，共分為3節，總計樁數為384根，單樁豎向承載力設計值1 700 kN，單樁豎向極限承載力標準值3 500 kN。樁基工程于2017年10—11月期間完成施工，沉樁采用靜力壓入法。

2 樁基檢測情況

1）2018年3月5日，檢測機構出具的基樁靜載荷試驗報告顯示：試樁數量為4根，于2017年11月26日—12月2日采用慢速維持荷載法的加載方式進行測試，試驗最大加載量為3 500 kN，試驗結果表明均滿足設計要求，樁頂最大沉降量分別為12.20、19.79、15.63、17.31 mm，樁頂回彈量分別為9.04、11.52、8.05、12.69 mm。（基樁靜載荷試驗時基坑尚未開挖。）

2）2018年4月4日，檢測機構出具的基樁低應變動測報告顯示：根據委托單位要求，于2018年1月22日、2018年3月13日、2018年3月27日對該樁基工程已開挖的372根樁進行彈性波反射法檢測，檢測數量為100%普測，試驗結果如表1所示。

3）2018年3月12日，檢測機構出具了新建倉庫項目基樁靜載荷驗證試驗情況說明，檢測機構于2018年3月10日—11日對低應變動測懷疑為Ⅲ類樁的360#樁和367#樁采用快速加載的方式進行靜載試驗驗證，試驗結果如表2和表3所示。

由表2試驗數據分析知：當360#樁荷載加至600 kN時，累積沉降量達35.72 mm，之后繼續加載，沉降量趨于收斂，加至1 400 kN時，累積沉降量為43.19 mm；結合該樁的低應變動測曲線，可判斷該樁在10 m左右接樁部位上下節脫開，在樁頂沉降35.72 mm后，接樁密實，承載力得以恢復。由表3試驗數據分析知：當367#樁荷載加至600 kN時，累積沉降量達80.01 mm，之后繼續加載，沉降量趨于收斂，加至1 400 kN時，累積沉降量為85.65 mm；結合該樁的低應變動測曲線，可判斷該樁在10 m左右接樁部位上下節脫開，在樁頂沉降80.01 mm后，接樁密實，承載力得以恢復。

表1 基樁低應變動測匯總

表2 360#樁靜載驗證試驗匯總

表3 367#樁靜載驗證試驗匯總

3 樁基缺陷原因

樁身完整性的低應變檢測，只能定性判斷樁身有沒有缺陷存在、缺陷的大概位置以及缺陷的大致程度，而對于缺陷的性質和程度的定量描述，就低應變技術本身而言，存在一定的難度。

基樁接頭出現缺陷，可能產生的原因有：

1）樁基工程未嚴格按照操作規程施工，上、下2節樁之間的間隙未全部采用厚薄適當、加工成楔形的鐵片填實焊牢。

2）基樁接頭焊接質量控制不嚴，4根角鋼焊縫不連續、不飽滿，焊縫厚度和圍焊長度不足。

3）基樁接頭焊接完畢后，焊縫未在自然條件下冷卻6 min，導致焊縫未完全冷卻就沉入土中，遇水后焊縫強度大大降低，影響焊縫質量。

4）樁基施工時，流水作業導致土體擠壓效應明顯，樁身在一定時間內受土體負摩擦作用，造成樁身薄弱部位（焊接部位）產生局部破壞。

5）基坑開挖卸土后，基坑底部回填導致接頭受拉變形。基坑坑底回填是不均勻的，一般是中間大、兩邊小，故可初步判斷中間2排柱下的樁基受回彈影響較大。

4 目前現狀評估

2018年5月中旬，項目參建各方接收到檢測機構簽發的基樁低應變動測報告，發現樁基工程共存在241根Ⅲ類樁，占檢測總樁數的64.8%，但現場基礎底板混凝土已澆筑，且地下室外墻和柱模板已搭設完畢。

根據上述檢測報告和抽查施工記錄，現狀初步評估和判定如下：

1）基坑開挖后，基樁低應變動測報告顯示原結構的預制混凝土方樁基礎Ⅲ類樁的比例較高，其缺陷多出現在基礎底板以下10 m左右的第1接頭處。目前基礎底板混凝土已澆筑，給樁基缺陷的處理帶來實際困難。

2）根據樁基靜載驗證試驗情況發現，在前期荷載作用下，豎向變形有一定的陡降，說明基樁第1接頭存在一定的空隙，在克服空隙后，樁基承載力仍然表現良好。

3）依據樁基靜載驗證試驗數據，可初步判定樁基缺陷是由于上、下2節樁接樁處的鐵片未填實所導致，而非接樁處4根角鋼焊縫脫焊導致。當缺陷為前者時，由于4根角鋼焊接良好，上、下2節樁是一個統一的整體，僅僅是接樁處存在輕度空隙，故其承載力影響不顯著；而當缺陷為后者時，由于上、下2節樁分離，導致上、下2節樁的共同作用轉化成了僅上節樁的單節樁作用，故其承載力將受到較大影響[1]。

5 處置方案比較分析

基于以上判斷和評估，并結合目前現狀實際，根據現場破損程度的不同可分為3種處置方案。

5.1 全方位樁基托換方案

由于樁基Ⅲ類樁比例較高，造成樁身結構承載力損失，故須增加基樁數量。在確定樁身結構承載力損失比例后，在現有的混凝土底板上開孔埋設錨桿，采用開口鋼管樁進行靜壓施工。

該方案的優點是上部結構可繼續施工，缺點是由于Ⅲ類樁較多且分布廣泛，對混凝土底板的整體性破壞相對較大，需要后期采取疊合板以恢復整體性，防止滲漏，且會影響層高或凈空。難點是補樁的數量較難確定，因為JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規程》雖明確Ⅲ類樁對原設計的樁身結構承載力有影響，但是對于Ⅲ類樁對基樁承載力的量化影響程度，目前的檢測技術并沒有合理成熟的分析方法。

5.2 壓載驗證試驗處置方案

根據設計資料審查，目前承臺下樁基數量和筏板的厚度均相對富裕，筏板厚度從原設計400 mm左右調整為900 mm，且相應的基樁數量和承臺、框架柱截面尺寸均有所增加，設計儲備程度較高。

由于厚900 mm筏板調節不均勻沉降的能力較強，但差異沉降的理論計算結果參考性不強，因此建議按照上部實際傳來的豎向荷載進行堆載預壓。加載值不低于上部傳來的設計標準組合荷載，并且在過程中由第三方機構進行變形觀測，然后根據加載后的變形監測數據進行判斷處置。

5.3 局部樁基托換方案

參照全方位樁基托換方案的要求，重點選擇承臺下Ⅲ類樁比例高和上部結構荷載大的部位進行托換，托換數量和位置需經設計核算后確定。該方案相對于全方位樁基托換方案，原有承臺和底板的破壞程度有所降低，但底板滲漏水的情況也有可能發生，且底板疊合板會影響層高或凈空。

6 樁基加固措施

根據上述處置方案的比較分析，結合專家討論意見，參建各方最終確定如下加固處理措施：

1）基于該結構的上部荷載情況、底板剛度、基樁數量和分布，考慮補償基礎概念，該建筑總體是安全可控的。因此，主體結構應盡快繼續施工，以防基坑出現二次事故。

2）為提高建筑結構調節不均勻沉降的能力，適當進行結構剛度補強：一層樓面板厚度由160 mm改成180 mm，樓面板鋼筋間距由原設計的150 mm改為100 mm；二層樓面板厚度由140 mm改為160 mm，樓面板鋼筋間距由原設計的150 mm改為100 mm。

3）為適應建筑結構在施工期間不均勻沉降因素的影響，一層樓面、二層樓面、屋面在原有后澆帶不變的情況下，在縱向加設一條后澆帶，后澆帶寬度1 m，做法同原設計后澆帶做法，后澆帶具體位置、澆筑時間根據沉降變形情況由設計單位確定，但最小間隔時間不小于30 d。

4）施工期間應進行基礎沉降和筏板變形監測，以相鄰框架柱之間的沉降差為主要判定要求，整體傾斜和底板彎曲為輔助要求。地下室范圍內（包括地下室外墻）的每個柱均設置監測點位，監測間隔時間如下：施工期間不小于2次/周，至主體結構完成；主體結構至工程竣工期間不小于1次/周；竣工后1年內不小于1次/月；竣工后2年內不小于1次/季度；竣工后2年后不小于1次/半年，直至沉降穩定。監測精度為0.1 mm，控制要求：相鄰框架柱之間沉降差小于0.2%、建筑物整體傾斜小于0.4%、底板彎曲小于0.5%。監測需由有資質的專業單位出具詳細方案后實施，采用閉合環水準路線對各監測點進行聯測，如出現數據超過控制要求，應及時停止施工并通知設計單位進行處理。

5）施工期間采用分步加荷預壓處理，在地下室及一層樓面板施工完成后開始進行加荷預壓，預壓荷載均勻加載在基礎筏板上，加載順序如下：地下室及一層樓面板施工完成后采用地下室放水的方法進行第1次加荷，加荷總質量為2.5 t/m2，加水深度為2.5 m。按多次加荷，每次加荷質量為0.5 t/m2，每次加荷完成后需進行沉降觀測，如加載完成后沉降差滿足要求（相鄰框架柱之間沉降差小于0.2%），則進行下次加荷；如沉降差出現異常，則及時通知設計，判定是否需要再次加荷。二層樓面板施工完成后采用地下室放水的方法進行第2次加荷，加荷質量為1.5 t/m2，加水深度為1.5 m。因地下室注水后凈高減小，不便于后續監測工作，故在一層框架柱上重新設置監測點。結構主體完工一周后，由監測單位提供沉降及底板彎曲監測數據至設計單位，由設計單位決定卸載時間和工序。考慮到卸載速度過快會造成對基礎的反彈，故應嚴格按照設計方案要求緩慢進行卸載。

6）若施工期間出現沉降和底板彎曲數值超過上述指標要求，應立即停工并通知設計單位討論應急處理措施，暫定處理措施如下：在沉降較小處的底板外側鉆取土孔，平衡沉降變形差及整體傾斜；在底板上適當位置加設混凝土剪力墻，具體剪力墻圖紙由設計另定。

經參建各方通力合作，加固施工工作按照方案要求有效開展，施工期間及完工后的絕對沉降值、差異沉降和沉降速度均在設計單位規定的控制指標內，并且通過建筑物注水加載預壓試驗，在一定程度上證明建筑物在將來正式使用時處于安全狀態，確保了建筑結構的安全，圓滿完成預期工作目標。

7 結語

本工程中樁基質量缺陷的發生主要與施工管理、擠土效應、接樁部位施工質量、基坑坑底回彈等因素有關，施工過程中應嚴格控制。當出現因施工管理不當，造成施工過程中上道工序被下道工序覆蓋，無法完全消除樁基質量缺陷時，可通過增加建筑結構剛度、分步加載預壓和動態監測等措施來保證結構安全。