0020珠海地區(qū)軟土管樁質(zhì)量事故分析及處理(校樣稿2011.9.17)

1、3增刊2 彭立才，等. 珠海軟土地區(qū)管樁質(zhì)量事故分析及處理珠海軟土地區(qū)管樁質(zhì)量事故分析及處理彭立才，林奕禧，黃良機(珠海市建設(shè)工程質(zhì)檢站，廣東 珠海 519015)摘 要：預(yù)應(yīng)力管樁適合用于深厚的軟弱黏土地基，用管樁作為建筑物的基樁在技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)方面都有明顯的優(yōu)勢。由于管樁本身質(zhì)量、地質(zhì)條件、設(shè)計、施工及管理等種種原因，也曾導(dǎo)致管樁基礎(chǔ)出現(xiàn)樁身破裂、傾斜、承載力偏低、沉降量過大、接樁焊縫不良等質(zhì)量問題。本文通過多個工程實例，結(jié)合該地區(qū)的巖土工程特性及PHC管樁的特點，綜合基樁高應(yīng)變、低應(yīng)變、靜荷載試驗和孔內(nèi)攝像法的檢測結(jié)果，對管樁質(zhì)量事故產(chǎn)生原因進行初步探討，并提出預(yù)防和處理措施，以供參考。

2、關(guān)鍵詞：軟土；管樁；質(zhì)量事故；處理中圖分類號：TU435 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：10004548(2011)S2作者簡介：彭立才(1978 )，男，工學(xué)博士，高級工程師，主要從事軟土地基試驗研究和樁基檢測工作。E-mail: licaipeng。Analysis and treatment of quality accident of pipe piles in soft clay area of ZhuhaiPENG Li-cai, LIN Yi-xi, HUANG Liang-ji(Zhuhai Center for Supervision and Inspection on Qual

3、ity of Infrastructure Engineering, Zhuhai 519015, China)Abstract: The prestressed high strength concrete pile (PHC pile) is suitable for deep soft clay soil. Using the PHC piles for foundation pile has significant advantages of technical and economic indexes. Because of quality of the PHC piles, geo

4、logical conditions, design, construction and management problems, some quality problems of foundation piles may be aroused, i.e., rupture and inclination of pile shaft, low bearing capacity, large settlement, bad welding seam of the pile lapping. Based on the geological characteristics and construct

5、ion of PHC piles, the causes of pile quality accident are analyzed from the results of high strain tests, low strain tests, static loading tests and video monitoring through the holes combined with engineering examples. The preventive and treatment measures are provided.Key words: soft clay; pipe pi

6、le; quality accident; treatment0 引 言收稿日期：20110802珠海地處廣東省中部沿海、珠江三角洲的南部前緣，層狀地貌特征明顯，除山地、丘陵及臺地外，地貌單元以沖積平原和海積平原為主。沉積物以淤泥層為主，軟土分布范圍廣泛，占陸地總面積的50%60%，厚度一般在840 m之間，最大厚度大于67.4 m，軟土分布區(qū)原始地貌較低，建設(shè)場地填土約需35 m1。管樁適合用于深厚的軟弱黏土地基，用管樁作為建筑物的基樁在技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)方面都有明顯的優(yōu)勢。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，PHC管樁占珠海地區(qū)建筑樁基工程總數(shù)的90%以上2，已成為該地區(qū)最主要的建筑樁型。但由于管樁本身質(zhì)量、地質(zhì)

7、條件、設(shè)計、施工及管理等種種原因，也曾導(dǎo)致管樁基礎(chǔ)出現(xiàn)樁身破裂、傾斜、承載力偏低、沉降量過大、接樁焊縫不良等質(zhì)量問題。本文通過多個工程實例，結(jié)合該地區(qū)的巖土工程特性及PHC管樁的特點，綜合基樁高應(yīng)變、低應(yīng)變、靜荷載試驗和孔內(nèi)攝像法的檢測結(jié)果，對管樁質(zhì)量事故產(chǎn)生原因進行初步探討，并提出預(yù)防和處理措施，以供參考。1 工程實例1.1 實例一（1）工程概況某住宅小區(qū)工程主體32層，總面積15270.83 m2，設(shè)計采用PHC-500（125）A型管樁，靜壓成樁工藝施工，接樁方式為端板焊接?？倶稊?shù)224根，樁長為3537 m，設(shè)計單樁承載力特征值為2400 kN。根據(jù)該工程ZK131孔勘察資料表明,，（

8、中文半角）地層自上而下主要分為：雜填土（松散，層厚3.30 m）；淤泥（流塑，層厚7.40 m）；粉質(zhì)黏土（可塑，層厚2.10 m）；砂質(zhì)黏性土（可塑硬塑，層厚2.80 m）；全風(fēng)化花表1 靜荷載試驗結(jié)果Table 1 Results of static load tests樁號樁長/m樁徑/mm最大沉降量/mm殘余沉降量/mm回彈率/%單樁極限承載力/kN#183437.050050.9743.8613.94320#196835.050080.2468.3914.83840#190735.050036.7817.1353.44800崗巖（堅硬，層厚4.20 m）；強風(fēng)化花崗巖（堅硬，層厚10

9、.20 m，管樁的樁端持力層）；中風(fēng)化花崗巖。（2）檢測結(jié)果工程樁施工結(jié)束后，隨機抽取3根樁進行了靜載荷試驗（如表1）。試驗結(jié)果表明，有兩根樁極限承載力達(dá)不到設(shè)計要求，如圖1，其中#1834樁在試驗過程中，當(dāng)累計荷載加載至第10級（4800 kN）時，出現(xiàn)了異常沉降，累計沉降量達(dá)50.97 mm，單樁極限承載力值取為4320 kN，#1968樁在試驗過程中，當(dāng)累計荷載加載至第9級（4320 kN）時，出現(xiàn)了異常沉降，累計沉降量達(dá)80.24 mm，單樁極限承載力值取為3840 kN。經(jīng)有關(guān)各方研究決定，在這兩根工程樁周邊各再抽取2根樁進行靜荷載試驗，試驗過程正常，累計荷載加載至4800 kN時未

10、出現(xiàn)異常，單樁豎向抗壓極限承載力滿足設(shè)計要求。另外，為了弄清這兩根樁的樁身完整性情況，對#1834樁和#1968樁分別進行高應(yīng)變、低應(yīng)變檢測。低應(yīng)變檢測曲線如圖2，結(jié)果表明：#1834樁樁身完整，完整性評價為類樁；#1968樁樁身在6.0 m處存在明顯缺陷，完整性評價為類樁。高應(yīng)變檢測曲線如圖3，結(jié)果表明：在進行1834#樁高應(yīng)變測試過程中發(fā)現(xiàn)，高應(yīng)變測試第一錘信號可看出此樁有嚴(yán)重缺陷，但在后面的幾錘信號中缺陷卻有閉合趨勢，綜合幾錘信號，判定該樁樁身在17.6 m處存在明顯缺陷，完整性評價為類樁；#1968樁樁身在23.0 m處存在明顯缺陷，完整性評價為類樁。圖1 靜荷載試驗曲線Fig. 1

11、Curves of static load tests圖2 低應(yīng)變試驗曲線Fig. 2 Curves of low strain tests圖3 #1834樁高應(yīng)變實測波形Fig. 3 High strain test curves of pile No. 1834（3）原因分析單樁承載力包含樁身結(jié)構(gòu)的承載力和地基土對樁的支撐力兩重意義，通過對勘察報告進行分析，樁長達(dá)到35 m后，地基土對樁的支撐力應(yīng)能達(dá)到設(shè)計要求。反過來說，單樁豎向極限承載力偏低，只極可能是樁身結(jié)構(gòu)本身有缺陷。通過對靜荷載試驗曲線形態(tài)分析可知，兩根樁Qs曲線為陡降型，而且殘余沉降量很大，回彈率很低，都表明樁身結(jié)構(gòu)有缺陷。通過

12、對高、低應(yīng)變檢測結(jié)果的綜合分析也表明，#1834和#1968樁樁身都存在明顯缺陷。#1968樁深層缺陷位置為接樁位置。圖4 #1968樁高應(yīng)變實測波形Fig. 4 High strain test curves of pile No. 1968結(jié)合該工程地質(zhì)條件、施工方法、基樁檢測等因素，分析產(chǎn)生樁基事故的原因有：a）工程施工過程中，管樁進入施工現(xiàn)場無法合理解決卸樁、堆樁位置和沉樁路線問題，沉樁前反復(fù)搬運磕碰造成管樁裂縫。b）工程沉樁結(jié)束后由挖掘機進行地下室和基坑開挖，開挖過程中挖掘機行走和挖掘的側(cè)向推力以及抓斗對在基坑內(nèi)管樁的推拉是基樁截樁后存在淺部裂縫的主要原因3。（4）結(jié)果處理檢測結(jié)果表

13、明，承載力不足主要是由于樁身存在明顯缺陷造成的，排除了地基土對樁支撐力不足的情況，因此有關(guān)各方?jīng)Q定，對剩余工程樁全數(shù)進行低應(yīng)變檢測，對有缺陷的樁進行灌芯處理，在以后的施工和使用過程中應(yīng)加強沉降觀測。1.2 實例二（1）工程概況某廠房擴建工程，2層框架結(jié)構(gòu)，總面積6149.4 m2，設(shè)計選用PHC-500（125）AB型管樁，錘擊法成樁，施工采用6.0 t柴油錘，最大沖擊力50008000 kN，有關(guān)方面確定收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后三陣（每陣10擊）錘平均貫入度不大于30 mm?？倶稊?shù)143根，樁入土深度為3645 m，設(shè)計單樁承載力特征值為2200 kN。根據(jù)該工程ZK7孔勘察資料表明,，地層自上而下主

14、要分為：雜填土（松散，層厚2.90 m）；淤泥（流塑，層厚12.0 m）；粉質(zhì)黏土（可塑，層厚7.80 m）；全風(fēng)化花崗巖（堅硬，層厚8.30 m）；強風(fēng)化花崗巖（堅硬，層厚5.0 m，管樁的樁端持力層）。圖5 孔內(nèi)攝像結(jié)果Fig. 5 Results of video monitoring through hole（2）檢測結(jié)果基樁施打完畢，選取了8根樁進行高應(yīng)變檢測，檢測結(jié)果如下：類樁2根，類樁3根，類樁2根，類樁1根,，同時還發(fā)現(xiàn)缺陷位置都較深，都在樁身的中下部。在高應(yīng)變動測中發(fā)現(xiàn)樁身有異常的樁,， 進一步采用孔內(nèi)攝像法進行檢測。管樁孔內(nèi)攝像結(jié)果如圖5所示，2根類樁在高應(yīng)變檢測缺陷部位均

15、存在明顯的環(huán)狀裂縫，類樁樁身局部破碎。對類樁進行靜載荷檢測其豎向抗壓極限承載力，其最大承載力只達(dá)到設(shè)計要求極限承載力4400 kN的0.6倍、為2640 kN。 鑒于低應(yīng)變測試方法其本身的局限，在檢測多節(jié)PHC 管樁樁身完整性時，受土阻力、接頭等影響較大，故無法測得樁身中下部缺陷，有關(guān)方面決定采用高應(yīng)變法對未檢測的135根樁作完整性檢測，結(jié)果如下：類樁55根，類樁37根，類樁31根，類樁10根，2根樁因場地條件限制無法檢測按類樁處理。、類樁占總樁數(shù)的32.2%。（3）原因分析該工程地處珠江三角洲沖淤積平原，整個場地除薄層人工填土外，均有10 m以上的軟弱地層，其下是厚度較大的粉質(zhì)黏土層，還有較

16、厚的全風(fēng)化巖層，再下就是強風(fēng)化巖層，樁側(cè)摩阻力很大，在這樣的地質(zhì)條件下打樁，一旦樁尖接觸到硬巖層，貫入度立即變小，再繼續(xù)打時，樁身混凝土就可能破碎。本場地確定的收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后三陣錘平均貫入度不大于30 表2 高應(yīng)變檢測結(jié)果表Table 2 Results of high strain tests樁號樁徑/mm樁長/m承載力特征值/kN動測承載力/kN摩阻力/kN端阻力/kN擬合分析樁頂最大位移/mm樁身完整性評價主要土參數(shù)Qs/mmQt/mmJsJt#232500122300108421786723樁身完整1.6210.10.1#252500132300156865391527樁身完整1.85

17、.80.10.1#28850018230030041303170121樁身完整2.9130.50.2#30450022230028371445139219樁身完整4.1110.70.3#31350022230025141316119820樁身完整1.05.90.30.35增刊2 彭立才，等. 珠海軟土地區(qū)管樁質(zhì)量事故分析及處理mm，在這樣的貫入度要求下，樁尖已無法再切入下面的巖體，沖擊壓力不斷反彈回來，從而造成樁身下部破損。若是該工程貫入度放寬到4080 mm，將會取得較好的經(jīng)濟效益。（4）結(jié)果處理根據(jù)檢測結(jié)果，考慮到場地淺層偏軟，不能深挖處理，對于類樁確定采用糾偏扶正和混凝土填芯補強處理方案

18、；對于類樁確定采用補樁處理方案。補強處理14 d后，選取5根處理樁進行了高應(yīng)變法檢測，檢測結(jié)果表明樁身原先缺陷嚴(yán)重程度得到了明顯改善，處理效果較好，滿足設(shè)計要求。1.3 實例三（1）工程概況某花園住宅工程，27層框架結(jié)構(gòu)，總面積88613.68 m2，設(shè)計選用PHC-500（125）A型管樁，靜壓成樁工藝施工，接樁方式為端板焊接?？倶稊?shù)353根，樁長為14 m，設(shè)計單樁承載力特征值為2300 kN。根據(jù)該工程ZK9孔勘察資料表明，地層自上而下主要分為：雜填土（松散，層厚2.10 m）；淤泥（流塑，層厚11.50 m）；全風(fēng)化花崗巖（可塑硬塑，層厚2.90 m）；強風(fēng)化花崗巖（堅硬，層厚1.70

19、 m）；微風(fēng)化花崗巖。（2）檢測結(jié)果基樁施打完畢，選取了5根樁進行高應(yīng)變檢測，檢測結(jié)果見表2。由表中可知，此五根樁動測承載力為10843004 kN，明顯低于設(shè)計極限承載力4600 kN的要求。有關(guān)方面想對這批樁進行復(fù)壓，進行復(fù)壓處理的難點有二個：一是場地地面較軟弱，若不經(jīng)處理，壓樁機定將可能會陷機，陷機就往往會推斜推斷或推斷附近的基樁的危險；二是送樁太深，復(fù)壓時找頂頭很困難。后經(jīng)專家反復(fù)論證，決定先對這5根樁進行復(fù)打，貫入度控制為20 mm/陣，復(fù)打過程中，#232和#252被打斷，過了休止期后，對復(fù)打樁進行高應(yīng)變檢測，其中#288和#313兩次高應(yīng)變的檢測結(jié)果如圖6和圖7，#288樁經(jīng)復(fù)打

20、后動測承載力有所提高，為3776 kN，而#313樁經(jīng)復(fù)打后動測承載力基本不變。圖6 某工地第一次高應(yīng)變檢測結(jié)果Fig. 6 Curves of high strain tests at construction site for first time（3）原因分析從工程地質(zhì)及打樁施工工藝的角度來看，該場地上覆地層中有十幾米淤泥層，下部為3 m多的全風(fēng)化花崗巖，而作為持力層的強風(fēng)化花崗巖只有薄薄的1.70 m，直接覆蓋在微風(fēng)化巖層上，基巖面起伏不平，最大傾角超過30°，屬于典型的“上軟下硬，軟硬突變”的地質(zhì)條件4。在這種地質(zhì)條件下采用靜壓法施工預(yù)應(yīng)力管樁會出現(xiàn)以下幾個問題：樁長太短；

21、樁端入巖深度太淺，穩(wěn)定性差；管樁穿過淤泥層后，立即進入堅硬的強風(fēng)化巖層，打樁的破損率會很高，因此，在這種地質(zhì)條件下，其實不宜采用預(yù)應(yīng)力管樁這種基礎(chǔ)型式。另外，復(fù)打處理方法也不合適，一般來說, ，復(fù)打也是處理脫焊、浮樁等基樁問題的一種常用做法。但在樁周土體太軟弱、樁端強風(fēng)化巖層較薄，基巖面傾斜的情況下，復(fù)打可能會導(dǎo)致樁身的破損或斷裂。圖7 某工地第二次高應(yīng)變檢測結(jié)果Fig. 7 Curves of high strain tests at construction site for second .time（4）結(jié)果處理在這種軟硬突變的地質(zhì)條件下施工預(yù)應(yīng)力管樁，不管如何注意打樁方法和改進打樁措施

22、，都無法改變打樁破損率高的局面。另外，該場地還涉及到深基坑開挖，往往會引起樁身傾斜斷裂，所以筆者及其同事們一致認(rèn)為在這個場地不宜應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁，必須改變樁型。根據(jù)該場地微風(fēng)化花崗巖埋藏較淺的有利條件，建議采用沖孔灌注樁方案。后來，建設(shè)單位采納了本建議，報廢這批管樁基礎(chǔ)，重新進行沖孔灌注樁施工，收到了良好的效果。2 結(jié) 論通過以上工程事故分析說明，盡管PHC管樁與其它樁型相比具有一定的施工優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中，若對管樁的特點及施工要點掌握不好，或為了片面追求施工進度和經(jīng)濟效益而放松了施工質(zhì)量管理，必將會造成重大的質(zhì)量事故。通過本文的幾個工程實例，可以得出以下幾個結(jié)論：（1）工程沉樁結(jié)束

23、后由挖掘機進行地下室和基坑開挖，開挖過程中挖掘機行走和挖掘的側(cè)向推力以及抓斗對在基坑內(nèi)管樁的推拉是基樁截樁后存在淺部裂縫的主要原因。（2）在低應(yīng)變動測中發(fā)現(xiàn)樁身有異常的樁, 可進一步采用高應(yīng)變或孔內(nèi)攝像法檢測。（3）貫入度的選擇要適當(dāng)放寬些，施工異常現(xiàn)象要及時記錄。（4）對于“上軟下硬，軟硬突變”的地質(zhì)場地，不宜采用預(yù)應(yīng)力管樁這種基礎(chǔ)型式。參考文獻(xiàn)：1 林奕禧, 艾康洪, 黃良機. 珠海地區(qū)軟土的工程特性及工程建設(shè)問題J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2006, 25(增刊2): 33723376. (LIN Yi-xi, AI Kang-hong, HUANG Liang-ji. Issues of engineering characteristics and engineering construction of soft clay in Zhuhai regionJ. Chinese Jou