某高層建筑鉆孔灌注樁承載力缺陷原因分析及處理方案

袁 強

（中信建筑總院有限公司，湖北 武漢 430010）

1 工程概況

國內某住宅項目地下2層地上35層，建筑高度115.0 m，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系。結構設計使用年限50年，基礎設計安全等級一級，地（樁）基基礎設計等級甲級。根據勘察報告，該工程所處場地地質條件見表1和圖1。

表1 場地地質條件Table 1 The geological condition

圖1 典型地質剖面Fig.1 Typical geologic section

場區內場地土類型為中軟場地土，場地類別為Ⅱ類建筑場地，無發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等不良地質現象，屬抗震一般地段，屬可進行建設的一般場地。場地不存在地震液化影響。場區地下水為賦存于雜填土中的上層滯水及砂層中的孔隙承壓水以及下部基巖中的裂隙水。地下水及場地土對混凝土結構有微腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋有微腐蝕性。

2 原樁基設計過程

根據上部結構計算結果及地質勘察情況，經過經濟比較，原設計采用樁+承臺基礎形式。樁基采用直徑800 mm鉆孔灌注樁，要求以⑤-2中風化泥巖為持力層，入巖0.8 m。中風化泥巖Frk=21.83 MPa，介于較硬巖與軟巖之間。經計算，考慮樁端及樁側后注漿，有效樁長計算特征值為4 950 kN；僅考慮樁端后壓漿，有效樁長計算特征值為4 000 kN。兩種情況下樁端后壓漿提高系數均取 1.0，即樁端后壓漿僅作為安全儲備。

根據規范要求，試樁根數為3根，試樁均采用樁端及樁側后注漿，樁側后注漿土層范圍為第 3層～第4-4層，深度34～36 m，由于試樁樁頂標高位于自然地面，實際工程樁樁頂標高距自然地面10.5 m，試樁靜載用極限承載力需考慮這段土的側阻力。經計算側阻力特征值為300 kN，故試樁極限承載力為：（4 950+300）×2=10 500 kN。實際試樁結果：2根試樁極限承載力達到10 500 kN，滿足設計要求，但另一根僅達到8 600 kN極限承載力。扣除工程樁樁頂以上土的作用，工程樁特征值僅為。現場初步判斷該試樁樁側后壓漿施工不到位。由于準確判明原因需做較多檢測，結合工期要求，甲方同意根據試樁結果，將工程樁設計承載力特征值調整為4 000 kN，同時要求和試樁成樁工藝一致，采用樁端樁側后壓漿。根據甲方來函，設計院對原設計樁位布置平面進行了重新設計。調整后的設計成果詳見圖 2。圖中虛線為承臺范圍線，承臺中引出的數字為上部結構作用在承臺上的D+L（恒載+活荷載）標準值。

圖2 樁位平面圖Fig.2 Pile site plan

3 工程樁檢測結果及缺陷分析

工程樁施工完畢后，檢測單位根據設計及規范要求在工程樁中抽取3根檢驗樁進行工程樁承載力靜載荷試驗。靜載荷試驗采取慢速維持荷載法，試驗前對檢驗樁進行了小應變檢測，均為I類樁。但檢測結果呈現3根工程檢驗樁靜載檢驗均不合格，最低壓到 5 312 kN破壞，僅達到設計要求的。

經專家論證，原因分析如下：

（1）后注漿施工不到位。經核查施工記錄，由于成樁后未及時沖開注漿管導致堵塞，造成樁端和樁側后壓漿量未達到設計要求。

（2）樁長控制不到位。設計明確要求樁長以進入持力層深度為主，但實際施工時大部分工程樁僅按最短的有效樁長控制，部分樁端進入持力層深度沒有滿足設計要求。

（3）樁底沉渣過厚。由于項目位于市中心，混凝土輸送存在一定限制條件，部分樁成孔后等待澆筑時間較長，且澆筑前未應進行二次清孔，導致樁底沉渣過厚。

如前文所示，不考慮后壓漿，樁承載力特征值根據地勘計算可以達到4 000 kN。

但根據工程樁的靜載檢測結果，已施工工程樁特征值僅為2 656 kN。

結合試樁和工程樁靜載結果分析，后壓漿沒有施工到位是導致試樁出現承載力 4 000 kN的主要原因。樁基施工單位清楚這一過程，工程樁承載力調整到4 000 kN后，樁基施工單位對后壓漿施工存在僥幸心理。具體施工時由于對試樁結果的盲目自信，搶進度的同時忽視質量管控。在沒有充分理解設計意圖的情況下盲目施工，施工管理及施工工藝控制失控，造成第2、3項問題也一并出現。

4 樁基處理方案

根據后壓漿灌注樁處理經驗，對缺陷樁補充進行樁端樁側后壓漿等補強處理，承載力提高極其有限，而且還需要做大量的檢測工作，費效比很低。

同時類似問題在處理過程中不宜對原工程樁進行過多的鉆芯檢測，主要原因如下：

（1）工程樁沒有預埋取芯導管，很難取芯到樁底。

（2）部分施工單位往往選擇將入巖好的樁取芯結果上報，容易掩蓋實際情況。

本工程僅對靜載樁進行鉆芯取樣，探明樁長、樁底沉渣情況及樁身質量，驗證了之前的缺陷判斷。取芯全過程委托了獨立的第三方檢測單位，甲方全程旁站。

基于以上情況，設計建議不再對已施工工程樁進行補強處理，直接依據工程檢驗樁靜載的最不利結果進行補樁處理。

補樁可以采用預應力管樁或鉆孔灌注樁兩種樁型。采用預應力管樁補強相對便捷，但由于管樁抗側力較差，當建筑物高度超過75 m時不宜采用。且管樁樁端持力層無法與原工程樁一致。經研究決定采用與原工程樁一致的樁型進行補樁處理。本項目補樁樁徑與原設計一致，當樁徑不同時需要補充試樁檢驗。目前多地有明文規定：當補強樁與原有樁直徑不同時，可按平均樁徑計算最小中心距。

本工程補樁承載力特征值參考試樁結果采用4 000 kN，由于已施工工程樁特征值僅按2 560 kN，補樁與已施工樁承載力特征值不同，計算時可以通過調整樁的剛度來實現。具體計算步驟如下：

（1）初步估算補樁數量。根據總的承載力特征值（G1）、筏板重量（G2）、原工程樁可使用的承載力特征值（F1），以及補樁承載力特征值（F2），可以初步估算出需要補樁的數量（N2）。

式中：N1為原有樁數。

（2）初步確定補樁位置，以傳力直接的就近原則布樁，盡量滿足最小樁間距要求。

（3）建模計算。根據靜載檢測的加載-位移曲線，分別設定原工程樁及補樁計算剛度，工程樁及補樁反力計算值不得大于設計控制值。

（4）設計優化。補樁數量以步驟1的結果為參考。根據計算結果增減或調整補樁樁位，以將原有工程樁和補樁承載力均能充分發揮為原則。優化調整的過程實際也是將群樁的重心盡量接近上部結構重心的過程，使得整體受力更加合理。

根據就近原則在原設計承臺范圍內補樁，經常出現樁間距無法滿足規范允許值。針對這一情況，可以參考《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）第5.4.1條，復核補樁后不滿足最小樁間距要求的群樁基礎樁端持力層是否滿足式5.4.1-1的要求。如果滿足，可視為基樁基礎安全。本項目經過計算復核，可以滿足此條規范要求。

經過以上步驟，本工程最終補了27根800鉆孔灌注樁，補樁情況詳圖 3，圖中虛線為原承臺范圍線，粗實線為補樁后形成筏板的范圍線。

圖3 補樁樁位平面Fig.3 Pile site plan of supplementary pile

補樁方案確定后，整個建筑基礎形式相應改為筏板基礎。由于降低了原工程樁單樁設計承載力，雖增加了一部分承載力較高的補樁，但經計算分析，筏板厚度可控制在1 600 mm。考慮原有工程樁已經施工完畢，綜合考慮原工程樁頂標高現場實際情況，大筏板厚度定為1 700 mm。

該項目基礎處理后即開始上部結構的正常施工，竣工后已投入使用3年，跟蹤沉降觀測結果顯示建筑物沉降已經穩定，最大沉降量25.8 mm，沉降差5.4 mm，均滿足規范要求。

5 結 論

鉆孔灌注樁作為一種成熟樁型運用廣泛。但如果施工工藝或現場施工管理不到位會嚴重影響成樁質量。基于設計，應盡量降低施工風險，且當基樁質量達不到設計要求時應采取有效應對措施。

（1）樁基設計控制原則：鉆孔灌注樁后壓漿施工缺陷會導致承載力大幅降低。當地質條件較好時，建議設計不考慮樁側后壓漿提高樁基承載力。若樁端入巖較深，考慮經濟及施工便利性需要采用時，應嚴格控制承載力提高幅度，根據規范要求提高幅度不應大于30%。

（2）缺陷樁處理原則：多個工程實踐表明，對有缺陷的工程樁進行補強處理，承載力提高極其有限。應根據工程樁檢驗報告的最不利結果直接進行補樁設計及施工，可大幅減少工程處理周期及成本。

（3）補樁設計控制原則：首先應預估補樁數，通過精細設計，將群樁的重心盡量接近上部結構重心，充分發揮每根樁的承載力，避免過度補樁。同時盡量控制原有樁與補樁樁間距，若無法控制，應根據《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）第5.4.1條進行補充計算。

（4）筏板設計厚度控制原則：由于樁承載力打折使用，相應筏板厚度一般不大于原設計承臺最大厚度。同時確定筏板厚度同時應考慮原設計樁頂標高，避免大范圍接樁。