沖孔灌注樁豎向抗壓承載力不合格及補強措施分析

吳思雄

（泉州市豐澤區重點建設項目保障中心，福建 泉州 362000）

0 引言

樁基工程是建筑施工非常重要的組成部分，屬于隱蔽工程，特別是沖孔灌注樁在施工過程中容易出現塌孔、擴徑和縮頸、混凝土離析、樁底沉渣過厚、嵌巖深度不足等質量問題。根據《建筑地基基礎工程施工質量驗收標準》（GB 50202—2018）第5.6.4條[1]：泥漿護壁成孔灌注樁質量檢驗標準主控項目有：承載力、孔深、樁身完整性、混凝土強度、嵌巖深度。通過單樁豎向抗壓靜載試驗、鉆孔取芯，可對主控項目的承載力、孔深、樁身完整性、混凝土強度、嵌巖深度進行有效檢驗。在泉州某衛浴工程建設中，對沖孔灌注樁豎向抗壓承載力進行檢測，發現其豎向抗壓承載力不能滿足設計要求，鉆芯法證實樁端持力層存在嚴重缺陷。建設方對沖孔灌注樁采取了補強措施，效果良好。

1 工程及地質概況

擬建工程位于福建省泉州市，工程重要性、地基復雜程度和場地復雜程度等級均為二級，抗震設防類別為丙類，標準設防類。根據地質勘察報告，各巖土層自上而下為：素填土，局部混有碎石和填石，層厚1.40～14.80m；殘積黏性土，頂板埋深為1.40～14.80m，層厚1.10～21.94m；全風化凝灰熔巖，土狀，本層全場均有分布，層厚1.40～11.10m；砂土狀強風化凝灰熔巖，巖芯呈散體狀，層厚1.80～14.94m；碎塊狀強風化凝灰熔巖，屬于軟巖，塊狀構造，層厚0.90～10.70m；中風化凝灰熔巖，為凝灰熔巖風化成因類型，巖芯呈塊狀、柱狀，層厚6.00～7.48m。

2 承載力檢測

本工程沖孔灌注樁總樁數302根，樁徑900～1200mm，樁長23.91～33.42m，混凝土強度為C35，豎向抗壓承載力特征值為6000kN，設計要求樁端進入中風化凝灰巖≥0.5m。根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106—2014）相關條款與規定進行檢測[2]，檢測數量為同一條件下樁基分項工程總樁數的1%且不少于3根，靜載檢測總數為20根。豎向抗壓靜載試樁結果：其中18根樁承載力能夠滿足設計要求，2根樁承載力不滿足設計要求。承載力不滿足設計要求的2根樁施工編號為：127#、94#。

127#樁：實測有效樁長為27.59m，樁徑為1.0m，按照加載量為1200kN進行10級加載。該樁試驗在荷載12000kN（第10級荷載）作用下，樁頂沉降出現陡降，樁頂總沉降為72.18mm，本級沉降量達到44.83mm，超過上一級（第9級10800kN，s=6.87mm）的5倍且沉降明顯，繼續增大，按規范要求終止試驗。127#試樁的靜載試驗荷載-沉降Q-s曲線如圖1所示。由圖1可以得知,沉降出現明顯陡降對應的荷載值10800kN為該樁極限抗壓承載力。

圖1 127#樁荷載-沉降Q-s曲線

94#樁：實測有效樁長為26.78m，樁徑為1.1m，按照加載量為1200kN進行10級加載。該樁試驗進展順利，未出現異常現象，在最大試驗荷載12000kN作用下，樁頂總沉降為63.63mm，殘余沉降為32.27mm，Q-s曲線呈緩變形變化，按規范取s=0.05D（55mm）所對應的荷載11579kN為該樁的豎向抗壓極限承載力，顯然承載力不滿足設計要求。94#試樁的靜載試驗荷載-沉降Q-s曲線如圖2所示。

圖2 94#樁荷載-沉降Q-s曲線

各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果見表1。

表1 各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果

由表1可知，127#試樁的單樁豎向抗壓極限承載力為10800kN，94#試樁的單樁豎向抗壓極限承載力為11579kN，均不滿足設計要求。初步判斷原因為樁身質量有問題或者樁底存在嚴重缺陷，需進行鉆芯法驗證。

試樁鉆芯檢測結果如下：

（1）127#樁，芯樣完整連續，呈長柱狀，骨料分布較為均勻，混凝土膠結良好，斷口基本吻合，如圖3所示。檢測樁長為27.59m，樁身完整性為I類，混凝土強度為37.5MPa，樁底無沉渣，樁端持力層為砂土狀強風化凝灰巖（不滿足設計要求）。

圖3 127#樁芯樣全長照片

（2）94#樁，芯樣完整連續，呈短柱～長柱狀，骨料分布較為均勻，混凝土膠結良好，斷口基本吻合，如圖4所示。檢測樁長為26.78m，樁身完整性為I類，混凝土強度為36.8MPa，樁底無沉渣，樁端持力層為碎塊狀強風化凝灰巖（不滿足設計要求）。

圖4 94#樁芯樣全長照片

3 樁基持力層不達標分析

設計樁端持力層為中風化凝灰巖，屬于端承樁，基樁的承載力顯然以樁端土阻力為主。端承樁的受力原理為：在上部荷載作用下，樁側土阻力逐步發揮，樁側土阻力達到極限后，樁端的支承阻力開始發揮作用，最后達到極限荷載。

127#、94#樁均存在樁端持力層未達到中風化凝灰巖的設計要求，鑒于鉆取樁身混凝土芯樣均較完整、混凝土抗壓強度、樁底沉渣厚度以及有效樁長均符合設計要求，表明樁身混凝土灌注施工過程未出現影響質量的情況。出現持力層問題的原因主要在于施工單位在樁基沖擊成孔施工過程中對成孔質量的控制，在終孔時進入的巖層未能達到設計要求，導致以上樁基持力層不滿足設計要求，同時工程建設參建各方在終孔檢驗時進行的入巖判別可能出現了偏差。

4 承載力不足的補強措施及效果檢驗

4.1 補強措施

設計單位根據該項目的地基條件、上部荷載性質、樁基類型、施工工藝，并經過技術經濟比較提出以下的加固方案。

127#樁：持力層為砂土狀強風化凝灰熔巖，屬于極軟巖，散體狀，質量等級為V級，風化強烈，不適合進行高壓注漿。采取的補強方案：對稱補打2根高強度預應力管樁，施工標號為B127-1#和B127-2#，設計強度C80，設計樁長為15.0m，樁徑為500mm，壁厚125mm，樁端持力層為全風化凝灰巖，單樁豎向抗壓極限承載力特征值為1500kN。另外，加大承臺截面尺寸，且配筋率不低于《建筑樁基技術規范》（JGJ94—2008）要求。

94#樁：持力層為碎塊狀強風化凝灰熔巖，屬于軟巖，質量等級為V級，塊狀構造，未見洞穴、臨空面、破碎巖體或軟弱巖層。該層為低壓縮性、高強度地層，均勻性較好，工程性能良好。采取的補強方案為樁底高壓注漿，其原理是利用高壓注漿泵的壓力作用，將一定濃度的水泥漿液注入樁底，樁端的巖土層與水泥漿液相結合得到固化并形成一定范圍的擴大頭，從而有效地改善樁端沉渣虛土等質量隱患，使得樁端和樁周巖土的力學性能得到改變[3]，巖土強度得到明顯提高，進而提高基樁的豎向抗壓承載力。

終止注漿壓力、漿液配合比、注漿量、流量應根據注漿目的、地質條件、施工工藝等條件綜合確定。對于碎塊狀強風化凝灰熔巖水灰比為0.4～0.5，可適當地摻入減水劑。樁端終止注漿壓力應根據注漿深度及樁端巖土層確定，94#樁注漿深度26.68m，樁端為碎塊狀凝灰巖，注漿壓力宜為5～10MPa，注漿流量不宜超過75L/min。單樁注漿量可根據樁長、樁徑、樁端巖土層情況、承載力增幅綜合確定，可按式（1）進行估算[4]：

式中：

αp——樁端注漿量經驗系數，αp=1.5～1.8；

αs——樁側注漿量經驗系數，αs=0.5～0.7；

n——樁側注漿斷面數；

d——基樁直徑，m；

Gc——注漿量，t。

當注漿壓力低于設計壓力或者地面出現冒漿等異常情況，應調整注漿方式，改為間歇注漿，注漿時間宜為30～60min。當注漿總量和注漿壓力均達到設計要求時可終止注漿。

4.2 加固后效果檢驗

在樁身混凝土強度滿足設計要求的情況下，承載力檢測的休止時間為20d，水泥漿液若加早強劑則休止時間為15d。為了驗證補強加固效果，補強后選取B127-1#、94#樁（注漿后）進行單樁豎向抗壓承載力檢測。各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果見表2。

表2 各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果

127-B1#樁分10級加載，每級荷載增量均為300kN，最大試驗荷載為3000kN。該樁試驗進展順利，未出現異常現象，最大樁頂總沉降為13.06mm，殘余變形為4.65mm，說明127-B1#樁的豎向抗壓極限承載力為3000kN，靜載試驗結果符合設計要求。

94#樁分10級加載，每級荷載增量均為1200kN，最大試驗荷載為12000kN。該樁試驗進展順利，未出現異常現象，最大樁頂總沉降為14.66mm，殘余變形為3.94mm，說明94#樁的豎向抗壓極限承載力為12000kN，靜載試驗結果符合設計要求。從靜載結果可知，94#樁采用高壓注漿的補強措施所產生的加固效果是比較理想的，樁頂總沉降很小，豎向承載力能夠滿足設計要求。

5 結束語

（1）基樁豎向承載力的影響因素有：樁長、樁徑、樁型、施工工藝、樁周土層摩阻力、樁端持力層等。而靜載試驗是對沖孔灌注樁的單樁豎向承載力進行檢驗的最直接和可靠的方法。檢測發現其承載力不足時，應及時查找和分析原因，并結合其它的檢測手段，例如開挖法、鉆芯法、低應變、高應變等進行驗證[5]，以提高檢測結果的可靠性。

（2）對于基樁豎向抗壓承載力不足的補強處理，通常根據場地的地質概況、施工工藝、樁基類型、經濟成本，采用補樁、復壓、高壓注漿、加寬承臺、調整基礎形式等。缺陷樁處理后，應參照現行規范進行檢驗，以驗證補強效果的有效性。另外，參照現行規范進行擴大檢測，發現問題及時進行補強處理。