靜壓管樁遇厚中粗砂夾層質量事故檢測分析及處理

劉展輝

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

場地持力層埋深起伏較大，且局部存在厚中粗砂夾層，對于在城市大規模使用的靜壓管樁施工來說，會造成很多不可控的質量問題。尤其靜壓管樁難以穿越硬夾層，而施工單位根據終壓力判斷樁端已經支承于設計要求的地質層面上，并認為這是地質鉆孔分布距離過大造成的誤差，為后面基礎上的主體建筑物留下重大安全隱患，或者造成后續場地大規模樁基施工后出現大量返工的經濟損失。本文以某廠房樁基工程為例，介紹多種檢測方法在變更過程的綜合運用。

1 工程概況

惠州市某廠房工程為一工業園內新建廠房，為后續大量廠房施工起示范先行作用，5層框架結構，建筑面積7168m2，地基基礎設計等級為乙級。設計單位綜合勘察單位意見，根據場地附近已建廠房基礎類型采用預應力管樁，同時擬建廠房南面離既有建筑物較近，約20多米，考慮震動影響擬采用靜壓樁施工。擬定樁型為PHC500預應力管樁，采用單樁/兩樁/三樁/四樁承臺，設計總樁數為95根，基礎持力層為強風化凝灰質砂巖，設計樁長約17～31m，設計單樁抗壓承載力特征值為1800kN。對管樁的施工要求為達到持力層后，穩壓三次，每次不少于1min，最大壓樁力5400kN。

2 高應變法檢測預應力管樁樁身完整性及承載力

場地內實際施工樁數為95根，未有壓斷樁及補樁情況，查施工記錄在最大壓樁力下均達到穩壓要求，但是施工有效樁長為12.8～27.5m，樁端深度約16～30m，部分略小于設計樁長，樁長從1軸往10軸方向逐漸縮短。復核地質情況，擬建廠房范圍勘察孔布置見圖1，地質剖面情況見圖2及圖3。場地內巖土層從上往下分別為：①素填土、②-1及②-2粉質粘土、②-3粉土、②-4淤泥質土、②-5細粉砂、②-6中粗砂、③殘積土、④-1全風化凝灰質砂巖、④-2強風化凝灰質砂巖。其中，ZK29、ZK37、ZK38、ZK45及ZK46揭露②-6中粗砂層，層厚2.7～3.8m，而強風化凝灰質砂巖揭露深度16.8～28.5m，基本從1軸往10軸方向深度降低。

圖1 勘察孔布置平面圖

圖2 A軸地質剖面圖

圖3 D軸地質剖面圖

中粗砂層在5軸至10軸呈透鏡體狀分布，厚度較大，而稍密～中密的中粗砂豎向抗靜荷載能力高，結合樁長分布和地質揭露各層埋深趨勢，靜壓樁存在達到穩壓標準而又未能壓穿中粗砂層的可能性。透鏡體狀分布的中粗砂不穩定，當同一承臺另一根樁下穿時容易擾動有限空間分布的砂層，造成已施工的樁端砂層持荷能力下降,同時中粗砂作持力層未能符合設計要求?？紤]到安全風險及后續的基礎承載力復核驗算、基礎變更，需要對已施工的1軸到10軸預制樁采用高應變法進行承載力抽檢并檢測完整性。確定檢測數量為10根，檢測齡期滿25d開始[1]，檢測樁從1軸到10軸分布，試驗采用5t導向架整體錘，自由落錘模式，彈性波速4200m/s，所測10根樁樁身均未見明顯缺陷。承載力試驗結果見表1。

表1 管樁高應變試驗結果

試驗結果表明，6軸至10軸存在5根樁動測承載力偏低，具體為1835～2602kN，遠小于特征值的兩倍（3600kN），其F曲線樁端附近均未見明顯爬升，ZV曲線在該處均出現明顯正向反射，樁底較軟[2]，F&ZV曲線見圖4。結合前面所述，樁端應該支承在透鏡體狀的中粗砂層。而剩余5根樁動測承載力為3839～5083kN，均達到特征值的兩倍以上，F曲線與ZV曲線在樁端附近均出現明顯分離，樁底較硬，符合預期，F&ZV曲線見圖4、圖5。

圖4 5根軟樁底F&ZV曲線

圖5 5根硬樁底F&ZV曲線

3 部分管樁基礎變更成旋挖灌注樁基礎

根據高應變試驗結果，結合地質剖面中粗砂層分布狀況及95根管樁施工樁長情況，經多家技術單位研討，建設單位決定對1軸至5軸（5×A軸承臺除外）已施工的44根管樁保留，擬廢棄其余管樁，詳細比對匯總見圖6。

圖6 高應變動測承載力與中粗砂層分布比對及補樁區域劃分

在廢棄管樁對應的承臺幾何中心施工單根1000mm旋挖灌注樁，設計特征值3500kN，設計持力層強風化凝灰質砂巖，同時也對地質情況進行旋挖取樣復核。對7×A軸的原三樁承臺幾何中心施工第一根旋挖灌注樁試樁，成孔過程順利，對過程挖取巖土樣旁站分析，巖土層沿深度分布趨勢與ZK29/ZK37揭露情況接近，樁端深度21.9m，持力層強風化凝灰質砂巖，施工有效長度19.8m。7d齡期后，對該旋挖試樁進行低應變法檢測，時程曲線未見樁身缺陷，同時未見明顯樁底反射。7×A軸位于ZK29與ZK37之間，靠ZK37端1/3處，同一承臺原管樁19#樁樁端深度14.1m，將兩樁與地質剖面比對，如圖7，確定管樁端支承于中粗砂層。

圖7 7×A軸旋挖樁及管樁與地質剖面比對

4 再次變更鉆孔灌注樁基礎

但在后續繼續施工其余旋挖樁時，出現原管樁向鉆孔塌的跡象，施工被迫停止。為了減少機械擾動和內側布灌注樁孔對原管樁的側向內塌影響，后續成孔工藝改用傳統機械鉆孔，樁徑調整成800mm，設計特征值1500kN，布樁與原承臺管樁錯開均衡對稱，具體補樁布置型式見圖8，剩余48根鉆孔灌注樁施工成功。

圖8 灌注樁補樁布置型式

5 低應變法和靜載荷試驗檢測灌注樁樁身完整性及承載力

為了檢驗鉆孔灌注樁樁身質量，對其進行低應變法試驗，每個承臺不少于1根，抽檢20根，樁身完整的16根，樁身輕微缺陷的4根，所測時程曲線均未有明顯樁底反射。鉆孔灌注樁齡期達到28d后，抽檢2根樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗，極限承載力均能達到3000kN，滿足設計要求。

6 結語

在上述廠房靜壓管樁的質量事故中，先期靜壓管樁完整性及承載力檢測時，對于持力層埋深起伏大、往上存在透鏡體狀中粗砂夾層的場地，使用高應變法試驗并充分結合地質剖面情況分析比對，能有效甄別未能壓穿砂夾層的管樁，同時能快速確定支承于強風化持力層上管樁的承載力，為下一步施工提供重要依據。變更至灌注樁基礎施工時，低應變法試驗能有效穿插檢測普查樁身質量，節約施工等待時間。最終補樁完畢，針對工程處理區域樁基，靜載試驗能最終確定樁身承載力。本案例可為類似樁基工程檢測提供參考。