[提要]針對(duì)廈門市某在建工程在樁基礎(chǔ)施工過程中，主樓樁筏基礎(chǔ)出現(xiàn)較多短樁和斷樁的情況，主要分析了發(fā)生這種情況的原因，重點(diǎn)討論了該工程事故的處理意見和施工方案，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；該工程事故的處理方案可供類似工程設(shè)計(jì)時(shí)參考，對(duì)類似工程地質(zhì)情況時(shí)預(yù)應(yīng)力管樁的施工有借鑒作用。

[關(guān)鍵詞] 短樁 斷樁 三類樁 壓樁 孤石 補(bǔ)樁 高壓灌漿法

一、    前言：

近年來，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁因其豎向承載力較高，施工方便，工期較短的特點(diǎn)，在許多新建高層建筑的基礎(chǔ)工程中應(yīng)用較為廣泛；同時(shí)，在工程實(shí)踐當(dāng)中也出現(xiàn)了一些問題。比較普遍的是工程樁出現(xiàn)“短樁”“斷樁”“斜樁”及“三類樁”等缺陷樁，原因復(fù)雜；既有設(shè)計(jì)方面考慮不周的因素，也有施工單位現(xiàn)場(chǎng)施工的因素。再加上各地區(qū)工程地質(zhì)情況有較大差異，施工隊(duì)伍的作業(yè)水平良莠不齊.。出現(xiàn)此類情況后，事故的處理往往造成基礎(chǔ)工程造價(jià)增加，工期延長(zhǎng)，業(yè)主損失較大。下面是筆者以廈門某一在建工程預(yù)應(yīng)力管樁施工過程中出現(xiàn)的問題為實(shí)例，通過補(bǔ)充勘察、現(xiàn)場(chǎng)取證、分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算，揭示了造成工程事故原因，提出了具體的處理意見，希望與大家交流。

二、     基礎(chǔ)工程概況：

廈門市某在建工程，地上部分為三十層商住樓，地下部分為平戰(zhàn)結(jié)合的一層人防地下室。基礎(chǔ)采用直徑500的的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，其型號(hào)為PHC500-125-A型，砼強(qiáng)度等級(jí)為C80，樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為3300KN，樁身允許施壓的壓樁力為5130KN。本工程管樁基礎(chǔ)的樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，單樁承載力設(shè)計(jì)值為2400KN，采用靜壓法施工；設(shè)計(jì)要求靜壓終壓力為4920KN，壓樁結(jié)束前允許復(fù)壓三次。

本文主要討論該高層建筑其塔樓范圍的基礎(chǔ)情況

塔樓范圍的基礎(chǔ)型式為厚板樁筏基礎(chǔ)，筏板厚2400，砼強(qiáng)度等級(jí)為C40；設(shè)計(jì)布置管樁數(shù)量共251根，樁間距控制為1800~2000。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，該區(qū)域范圍內(nèi)管樁的有效樁長(zhǎng)約為17.0~23.0m。管樁施工完畢后的統(tǒng)計(jì)分析顯示，有較多的“短樁”和“斷樁”現(xiàn)象。本文中所謂的“短樁”是指樁長(zhǎng)與地質(zhì)報(bào)告對(duì)比嚴(yán)重不符，相差懸殊的樁。所謂的“斷樁”是指壓樁時(shí)樁身折斷，失去承載能力的樁。其中短樁83根，有效樁長(zhǎng)8~13m者67根，有效樁長(zhǎng)小于8m者16根；初步查明斷樁3根。為進(jìn)一步檢測(cè)管樁的樁身完整性，對(duì)該范圍內(nèi)所有管樁均采用反射波法對(duì)樁身進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)，最終查明該區(qū)域內(nèi)“斷樁”數(shù)量為3根，“三類樁”數(shù)量為28根，“三類樁”大多分布在“短樁”區(qū)域內(nèi)。有關(guān)“斷樁”“短樁”及“三類樁”的分布詳見圖一。

三、     工程地質(zhì)情況：

先簡(jiǎn)單介紹一下場(chǎng)地土的地質(zhì)情況：

場(chǎng)地土由上至下的分層情況為雜填土層1.8m~2.6m，殘積砂質(zhì)粘土層18.0 m~29.0 m，全風(fēng)化花崗巖層3.0 m~6.0 m，其下依次為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖層；從工程地質(zhì)報(bào)告提供的巖土力學(xué)指標(biāo)來看，殘積砂質(zhì)粘土層較厚，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為12.0~29.0擊，壓縮模量標(biāo)準(zhǔn)值為8.0~10.0MPa，為中壓縮粘土，全化花崗巖層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為30~50擊，壓縮樁量為15.0MPa，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層由砂礫狀向碎塊狀過渡，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為50擊以上。必須注意到的是：個(gè)別地質(zhì)勘探孔揭示，殘積砂質(zhì)粘性土層中有“孤石”存在，或者說有“中微風(fēng)化夾層”存在。

靜壓預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)其樁固土的分布一般可見下圖圖二：

四、    事故原因分析

由圖一可注意到，產(chǎn)生“短樁”和“斷樁”現(xiàn)象的預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)多分布在筏板范圍的北側(cè)，南側(cè)小范圍亦局部存在。為了進(jìn)一步明確該范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，經(jīng)與有關(guān)單位協(xié)商，在發(fā)生“短樁”和“斷樁”現(xiàn)象的區(qū)域補(bǔ)充地質(zhì)勘探孔6個(gè)，其具體位置見圖一中B1~B6，補(bǔ)勘結(jié)果提示，該6個(gè)補(bǔ)勘孔在鉆進(jìn)過程中都發(fā)現(xiàn)有中微分化花崗巖夾層“孤石”存在。“孤石”均分布在殘積砂質(zhì)粘性土層中，個(gè)別鉆孔如B3、B4、B5，“孤石”由上至下呈糖葫蘆串分布。中微風(fēng)化巖“孤石”的豎向位置：B1孔為標(biāo)高-12.10m處，B2孔為標(biāo)高-10.80m處，B3孔為標(biāo)高-15.40m處，B4孔為標(biāo)高-16.40m處，B5孔為標(biāo)高-11.0m處，B6孔為標(biāo)高-15.0m處。

由此可以得出結(jié)論，樁基施工出現(xiàn)“短樁”、“斷樁”及“三類樁”的現(xiàn)象是由于壓樁穿越的土層中存在“孤石”造成的，或者說是由于土層中存在“中微風(fēng)化巖夾層”造成的；由于“中微風(fēng)化花崗巖夾層”巖面標(biāo)高變化明顯，厚薄差異較大，壓樁機(jī)在施工時(shí)樁端遇“孤石”發(fā)生脆斷或無法繼續(xù)沉樁，部分管樁的樁身出現(xiàn)較明顯的裂紋。

五、     處理方案：

由于工程樁中存在3根斷樁和28根“三類樁”，而且存在較多分布集中的“短樁”，樁筏基礎(chǔ)的承載力不能滿足規(guī)范要求，擬考慮按以下措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。具體可詳見圖三。

在此處特別補(bǔ)充說明的是：抽取4根樁采用慢速維持荷載法進(jìn)行樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，其豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值滿足規(guī)范要求。該4根試驗(yàn)樁樁號(hào)為49#，99#，169#，216#，特別抽取2根“短樁”49#和99#，試驗(yàn)樁平面位置見圖一，其單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果見表一。

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

表一

1、          補(bǔ)樁

在“斷樁”和“三類樁”分布較為集中的區(qū)域，進(jìn)行補(bǔ)樁。樁型仍采用PHC500-125-A型；為避免再次出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，將壓樁的終壓力由原來的4920調(diào)整為4500；在靠近基樁圍護(hù)樁的一側(cè)，由于施工作業(yè)面太小，采用“邊樁器”補(bǔ)樁，樁型 為PHC400-95-A型，終壓力為2000KN。（其單樁承載力設(shè)計(jì)值按1000KN考慮）。其中PHC500-125-A型號(hào)樁補(bǔ)樁21根，PHC400-95-A型號(hào)樁補(bǔ)樁共15根。

另外應(yīng)提到，在樁筏基礎(chǔ)東南角范圍，考慮到該角部的工程樁樁長(zhǎng)均較短，上部支撐有主塔樓的剪力墻和框架柱等豎向受力構(gòu)件，荷載較大，為避免出現(xiàn)角部樁基礎(chǔ)承載力不足或沉降變形偏大的現(xiàn)象，應(yīng)采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)?？紤]到該區(qū)域孤石較多，用管樁進(jìn)行補(bǔ)樁效果不理想，設(shè)計(jì)要求采用樁徑φ1000的沖孔灌注樁進(jìn)行補(bǔ)樁處理，在沖孔樁的樁位處，由地質(zhì)勘探部門進(jìn)行了補(bǔ)勘作業(yè)，鉆探結(jié)果表明沖孔樁的施工切實(shí)可行。

2、          三類樁補(bǔ)強(qiáng)：

經(jīng)對(duì)所有工程樁進(jìn)行小應(yīng)變檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)有28根三類樁。檢測(cè)結(jié)果表明樁身某一位置有明顯缺陷。其中46#樁動(dòng)測(cè)結(jié)果表明樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高下3.0m處有缺陷，經(jīng)對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)樁頭砼破碎，下部為中微化花崗巖孤石。

為進(jìn)一步判明樁身缺陷的程度，查明出樁頭發(fā)生破碎的三類樁的數(shù)量，施工單位采用100型鉆機(jī)沿管樁內(nèi)壁鉆下洗孔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4根樁孔內(nèi)有樁身碎片，其余在鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)無障礙。

可以得出結(jié)論，28根三類樁，其中4根樁系樁端遇孤石破碎而樁身在壓力下持續(xù)下沉，繼續(xù)碎斷，樁端在與孤石交接處形成砼碎片結(jié)合體。其余24根樁可判明為樁身某位置處存在明顯裂縫。綜合以上情況，研究決定采用高壓灌漿法對(duì)該28根“三類樁”進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，具體方法如下：

（1）                  沿樁芯通長(zhǎng)埋沒φ22高壓注漿管，對(duì)樁底有砼碎片結(jié)合體的樁，注漿管應(yīng)埋設(shè)至孤石表面。注漿管沿管身范圍內(nèi)每隔0.5m開孔一處，每處對(duì)稱開孔4個(gè)，孔徑5.0㎜。

（2）                  漿體材料為425#普通硅酸巖水泥，水灰比為0.50。

（3）                  灌漿壓力為0.5~2.0MPa，待漿液溢出樁頂為止。

（4）                  樁芯通長(zhǎng)埋沒鋼筋4φ20，同管樁基礎(chǔ)與承臺(tái)的錨筋。

3、          樁間土補(bǔ)強(qiáng)：

該樁筏基礎(chǔ)上部荷載較大，而短樁，三類樁的數(shù)目較多且分布范圍較集中。對(duì)“短樁”區(qū)域內(nèi)抽取一根樁進(jìn)行豎向抗壓靜載實(shí)驗(yàn)，其承載力滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；盡管如此，考慮到“短樁”和“三類樁”樁底地質(zhì)情況難以一一查明，樁底持力層處端阻力發(fā)揮作用尚有不確定因素；即使在該區(qū)域內(nèi)已采取了“補(bǔ)樁”加強(qiáng)措施，仍然考慮對(duì)樁間土采取加強(qiáng)措施。端樁間土為殘積砂質(zhì)粘性土，強(qiáng)度較高，具中等壓縮性，（fa=220KPa,Es=10~12MPa）；設(shè)計(jì)采取的方案是對(duì)樁間土采用高壓灌漿法進(jìn)行加強(qiáng)，目的是加大樁間土的剛度，提高短樁分布區(qū)域內(nèi)樁側(cè)土體對(duì)樁的摩阻力，增強(qiáng)樁身特別是樁端持力層處土體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，保證短樁樁底端承力穩(wěn)定發(fā)揮作用，保證樁和樁間土可以更協(xié)調(diào)的工作，提高樁間土的承載能力，減少上部荷載作用下的變形，協(xié)調(diào)整個(gè)樁筏基礎(chǔ)在上部荷載作用下的差異沉降。

高壓灌漿法施工前可選擇某一具有代表性的位置進(jìn)行試灌漿，進(jìn)一步確定有關(guān)的施工要求。

灌漿管分布按照每四根樁中央設(shè)一根注漿管，注漿管長(zhǎng)度取相鄰樁中較長(zhǎng)的樁長(zhǎng)度，沿管長(zhǎng)范圍內(nèi)每隔0.5m開孔一處，每處對(duì)稱開孔4個(gè)，孔徑5mm；漿體材料為425#普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5，注漿壓力為0.5~2.0MPa。

六、     經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：

1、          基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)場(chǎng)地土中有較多的孤石或較硬的強(qiáng)、中風(fēng)化巖夾層時(shí)，應(yīng)慎用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。在前期的工程勘察時(shí)，應(yīng)要求勘察單位適當(dāng)增加勘探孔的數(shù)目，減小勘探孔之間的間距，盡可能表明場(chǎng)地土內(nèi)孤石的分布情況，查明堅(jiān)硬巖土層的分布和巖層標(biāo)高變化情況。

2、          在持力層標(biāo)高變化較大，持力層為堅(jiān)硬巖層時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低樁的承載力，特別是樁長(zhǎng)較短時(shí)。樁基礎(chǔ)施工時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低終壓力，減小復(fù)壓次數(shù)不超過三次。另外，為避免樁頭碎裂，可考慮在樁端加設(shè)鋼板樁尖。

3、          在殘積砂質(zhì)粘性土，砂土或其它與本工程地質(zhì)情況相似的土層中壓樁時(shí)，如樁端遇“孤石”或“中微風(fēng)化堅(jiān)硬夾層”，可能出現(xiàn)如下幾種情況，值得注意：

a．           孤石”或“中微風(fēng)化堅(jiān)硬夾層”面比較平整或者說樁端與“孤石”或“中微風(fēng)化堅(jiān)硬夾層”的接觸面較平整時(shí)，此時(shí)壓樁機(jī)的油壓表讀數(shù)會(huì)“驟升”，繼續(xù)施壓樁身一般不會(huì)再下沉，管樁一般不會(huì)發(fā)生脆斷。（樁長(zhǎng)較短，壓樁力較大時(shí)除外）此種情況下樁身完整性一般較好，承載能力一般不會(huì)受到影響。

b．          孤石”或“中微風(fēng)化堅(jiān)硬夾層”面傾斜度較大時(shí)，此時(shí)在壓樁力不大的情況下，管樁樁底沿堅(jiān)硬而傾斜的巖面迅速滑移、折斷，此時(shí)樁身會(huì)有較大震動(dòng)，有較大的“異響”，壓樁機(jī)的油壓表讀數(shù)“突降”，樁身驟然下沉較多，可以判定樁身已斷裂；此種情況下，管樁承載能力受到較大削弱，一般按“廢樁”考慮。

c．          還有一種情況，樁端遇“孤石” 或“中微風(fēng)化堅(jiān)硬夾層”時(shí)，樁端會(huì)連續(xù)、均勻的持續(xù)碎裂，碎裂的樁身混凝土在樁底位置附近不斷堆積、擠密，最終在樁底形成一個(gè)承載面，壓樁的終壓力一般可以滿足設(shè)計(jì)要求。這類樁其承載能力受到一定削弱，其影響大小應(yīng)視具體情況考慮。一般認(rèn)為此類樁為可利用的工程樁，但必須有可靠的補(bǔ)強(qiáng)措施。