淺談軟土地區(qū)PHC管樁施工事故分析及處理

1、淺談軟土地區(qū)PHC管樁施工事故分析及處理(所屬雜志：此文章來自原稿)  發(fā)布時間：2010-01-14  已閱讀：1083     孔凡波 （中國建筑上海設(shè)計研究院有限公司，上海200063）摘要：對某工程PHC管樁事故進行深入分析，并提供了具體的處理方案；以提示施工單位，應(yīng)重視軟土地區(qū)打樁、降水、挖土等施工方案的確定，避免同樣事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞：軟土地基；地基處理；村基礎(chǔ)；施工技術(shù)中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：B1 項目簡介本工程位于上海市某區(qū)，系大型商業(yè)廣場，總建筑面積19.9萬平方米，地下面積3.1

2、萬平方米，一層地下室，地上面積16.8萬平方米，由3棟高層（26層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，高度均不超過100米）及裙房（3層，框架結(jié)構(gòu)）組成，高低交界處由抗震伸縮縫分開。一期工程設(shè)置整體一層地下室（長263.3米、寬117.7米），功能主要為超市及停車場，結(jié)構(gòu)層高5.5米，裙房區(qū)域底板厚0.5米，埋深5.60米，高層區(qū)域底板厚1.8米，埋深6.9米。本工程取±0.000作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端，柱網(wǎng)布置8.4X8.4，采用框架梁間設(shè)置“十”字梁的結(jié)構(gòu)布置方案，地下室頂板厚均為180mm，地下外墻厚400mm，超市降板區(qū)局部外墻加厚至500mm；并在地下室內(nèi)部適當設(shè)置剪力墻，滿足嵌固端剛度比的要求

3、。2 地質(zhì)情況本工程場地地貌單元屬濱海平原，場地地形較為平坦，實測的勘探孔標高一般為3.666.33m，本場地所揭露的90m深度范圍內(nèi)的地層為第四紀全新世至上更新世濱海平原型沉積土層，主要由粘性土、粉性土和砂性土組成。本場地為古河道沉積地段，層淤泥質(zhì)粘土具有天然含水量高、空隙比大、壓縮系數(shù)大、強度小的特點，屬中高靈敏度土體，在一定外荷作用下流變特征明顯，缺失上海市統(tǒng)編的第層暗綠色硬土層，代之沉積了較厚的3-1層灰色粉質(zhì)粘土夾粉性土、第3-2層灰色粉質(zhì)粘土和次生的4層灰綠色粉質(zhì)粘土，導(dǎo)致第1層層頂埋深變深，第2層及以下各土層沉積基本正常。1層粉砂平均比貫入阻力Ps=11.57MPa，高層下存在數(shù)

4、米Ps值16MPa的砂土，平均標準貫入擊數(shù)N=49.7擊，中密實，當作為預(yù)制樁的持力層時，應(yīng)考慮沉樁的可行性。3 樁基方案的確定3.1 多層部分樁型的確定樁型選擇的原則：（1）根據(jù)上部荷載情況，選擇合適的單樁承載力，達到較好的布樁效率；（2）經(jīng)濟性應(yīng)相對較好；（3）控制施工難度，同時避免冒樁對基坑開挖造成影響。最終確定樁型為PHC預(yù)應(yīng)力管樁，直徑400mm，樁長37米，持力層為4層粉質(zhì)粘土，單樁承載力設(shè)計值為1300kN，最終單柱下根據(jù)荷載大小布置59根樁。3.2 高層部分樁型的確定樁型選擇的原則：（1）滿足施工進度的要求；（2）經(jīng)濟性相對較好；（3）安全可行。方案一：預(yù)制樁方案，采用PHC-

5、Ø500的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，經(jīng)濟性較好，質(zhì)量容易保證，施工速度快，但擠土效應(yīng)對場地周圍影響較大，由于1粉砂層Ps值較高，沉樁有一定難度；方案二：采用直徑Ø700的樁端后注漿鉆孔灌注樁，后壓漿工藝可有效提高單樁承載力，但對施工工藝要求高，造價較高，后壓漿效果受施工質(zhì)量影響較大，工期相對較長；上述兩方案經(jīng)業(yè)主比選后，確定選擇方案一進行實施。4 施工中樁基出現(xiàn)的問題基坑開挖至A棟高層時，發(fā)現(xiàn)樁頭明顯傾斜，樁頭傾斜方向均朝向開挖側(cè)，偏移值最高達1.0米，經(jīng)各方協(xié)商確定，后續(xù)基坑工程立即停工，并對坑內(nèi)挖土邊坡進行加固處理。選取一定數(shù)量的樁進行現(xiàn)場抽樣檢測，采用高壓水槍配專用噴頭

6、，對管樁空心部分進行反復(fù)沖洗，然后將孔內(nèi)水抽干，采用影像設(shè)備深入孔芯內(nèi)進行視頻觀察，發(fā)現(xiàn)大部分樁身在層與1層界面附近發(fā)生彎折破裂，斷裂面上方的樁身均向土方開挖側(cè)傾斜，彎折斷面以下的樁身偏斜明顯減??；從沖孔視頻觀察，有個別樁身在第一個焊接接頭處產(chǎn)生1cm2cm脫節(jié)的情況，約占抽樣總數(shù)的10%，樁基與土層的剖面示意如圖1所示。                       

7、                    圖1 樁基土體分層剖面示意5 原因分析（1）打樁速率過快。原樁基施工工期為70天，因為多方面原因，樁基工期被壓縮為僅35天，并跨越春節(jié)長假，實際有效沉樁天數(shù)僅為25天左右，沉樁速度過快，最高峰為一臺樁機一天施工24根樁，且24小時連續(xù)沉樁，土體幾乎沒有休止時間，施工單位未能對特殊的施工情況，采取嚴格有效的防擠土措施，沉樁擠土效應(yīng)明顯，土體擾動大，使得中高靈敏土體強度嚴

8、重降低。（2）因打樁速度過快，現(xiàn)場降水情況不理想，降水時間短，打樁過程形成的超孔隙水壓力未能得到及時、有效的消散；飽和土體的總應(yīng)力 =（有效應(yīng)力）+ u（孔隙水壓力），當孔隙水壓力上升時，土體的有效應(yīng)力降低，使得土體強度進一步降低。（3）基坑土體開挖應(yīng)在土體強度恢復(fù)到一定程度后方可進行；本工程土體擾動大，恢復(fù)時間短，土體強度遠未達到開挖的要求。因趕工期，場地內(nèi)施工道路、降水井點布置等原因，土方開挖未能分層均衡進行，現(xiàn)場采取了分級放坡的方式進行基坑開挖，但開挖時由于土體強度低、土體高差過大，在坑內(nèi)形成了不穩(wěn)定的邊坡，土體產(chǎn)生水平變形；開挖時土體強度估計僅為原狀土的30%40%，開挖后發(fā)現(xiàn)坑底土體

9、尚處于流動狀態(tài)。分級放坡開挖時產(chǎn)生的側(cè)向土體壓力超過了土體所能承受的范圍，層淤泥質(zhì)粘土向開挖面明顯變形，造成管樁水平受力，并向開挖方向跟隨土體一起產(chǎn)生較大變形，而1層土埋置較深，且土性相對較好，產(chǎn)生的變形小，樁身所受水平力在兩土層交界面附近形成反彎點，進而導(dǎo)致樁身在層土與1層土交界面附近發(fā)生彎折破壞。（4）重力壩圍護變形大，根據(jù)現(xiàn)場觀測資料顯示，重力壩外側(cè)土體下沉達0.6米左右?；娱_挖后，坑內(nèi)土體壓力快速釋放，因坑內(nèi)被動土體受上述沉樁、降水等因素的影響，強度降低較多，造成內(nèi)外壓力失衡，壩下土體產(chǎn)生繞壩流動的現(xiàn)象，造成基坑內(nèi)土體上浮，使得本已受彎剪作用的樁又施加了上拔力，樁身受力情況進一步惡化

10、，并使得焊接接頭破壞嚴重的樁產(chǎn)生上浮、脫節(jié)。（5）根據(jù)沖孔資料統(tǒng)計，有相當比例的樁在接頭焊接部分產(chǎn)生破壞，分析原因主要為由于趕時間，焊接接頭冷卻時間不足，在壓樁進入1層時，壓樁力在37004000kN，加之前述沉樁時較大擠土效應(yīng)產(chǎn)生的土體側(cè)向推力，以致焊接接頭局部破損，后期由于土體開挖對樁產(chǎn)生的復(fù)雜作用，使得樁身在焊接接頭部位最先產(chǎn)生破壞。（6）基坑開挖前已經(jīng)完成了試樁的靜載荷試驗，試樁與工程樁同時施工，試樁前小應(yīng)變檢測均為完整樁，靜載試驗結(jié)果相當好，最大加載力為4350kN，沉降20mm左右，而此部分試樁開挖后樁身發(fā)生與前述工程樁形式相同的破壞，由此也充分表明樁身的偏移破損主要系在基坑開挖階

11、段挖土不當造成的。6 處理方案通常的處理方法：將所有偏斜破壞的樁進行糾偏，然后清孔檢測，再進行填芯加固處理，施工中應(yīng)確保填芯混凝土的澆筑質(zhì)量，然后重新進行靜載試驗，確定最終加固后樁的承載力，通常情況均能滿足原設(shè)計要求，如不滿足可進行補樁處理。本工程的具體處理方案：（1）因現(xiàn)場條件影響、工期限制，糾偏施工困難而未能進行；但對所有管樁均進行沖孔檢測，確定樁身斷裂面位置，并測量管樁傾斜值，檢測結(jié)束后用清水將管芯注滿，保持管芯內(nèi)壓力，避免外部泥水滲入。（2）對所有管樁均進行填芯加固處理，填芯采用C45微膨脹混凝土，長度至斷裂面下3米及第一個接頭下2米，兩者取大值，填芯混凝土配置通長鋼筋筋618，箍筋8

12、200，斷裂面上下個1.5米范圍1218，箍筋8100；混凝土澆筑前對管芯進行重新清洗，確保管壁清洗質(zhì)量，并及時進行混凝土澆筑，采用定制的振搗棒對填芯混凝土進行認真振搗，確保管芯混凝土的澆筑質(zhì)量，此道工序為樁身處理過程中最重要的環(huán)節(jié)。                              

13、60;     圖2 500PHC管樁加固方法（3）根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計的傾斜率情況，對傾斜率在9%以內(nèi)的樁抽樣進行靜載荷試驗，A棟高層共計407根樁，選取6根加固后的管樁進行靜載荷試驗；試樁加載的終止條件為沉降量達到25mm40mm，根據(jù)現(xiàn)場具體情況確定，主要為了避免樁身發(fā)生破壞；根據(jù)試樁結(jié)果進行分析，傾斜率在9%以內(nèi)的樁，在試樁加載力范圍內(nèi)樁的承載力與傾斜率無直接關(guān)系，試樁情況如下表，最大加載力均可達到原設(shè)計承載力對應(yīng)極限值的70%以上，其中1號樁有2cm左右的脫節(jié)現(xiàn)象，試樁的沉降較大，但脫節(jié)部分被壓實后，承載力仍可達到原設(shè)計值的75%以上；傾斜率在9%以上

14、的樁數(shù)量較少，作為安全儲備，但要適當考慮其對整體偏心的影響；從安全的角度出發(fā)，考慮高層樁基的重要性，試樁按25mm沉降確定單樁豎向抗壓極限承載力，按上海市建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程DGJ08-218-2003中的相關(guān)規(guī)定，確定單樁豎向抗壓極限承載力標準值，按標準差及離差系數(shù)法進行計算,計算公式Rk=Rm1-(Cx-0.17)，離差系數(shù)Cx大于0.17，經(jīng)視頻資料核實，確認系由于1號試樁脫節(jié)造成，最終計算單樁豎向抗壓極限承載力標準值為Rk=2190kN，本工程試樁樣本數(shù)量滿足工程需要，按統(tǒng)計結(jié)果確定單樁承載力安全、可靠。加固后管樁靜載試驗統(tǒng)計見表1。表1 加固后管樁靜載試驗統(tǒng)計表樁號試驗最大加載（kN

15、）最大沉降量（mm）殘余沉降量（mm）回彈率（%）樁頭不均勻沉降（mm）單樁承載力極限值（kN）相應(yīng)沉降量（mm）傾斜率（%）1286055.3141.5724.81.58118025.06.02260030.1017.5941.62.56234525.04.923288025.7512.0553.23.42284525.05.634260043.1421.2950.61.00194325.08.125312020.225.7871.43.293120/7.566288027.3312.1955.42.17263625.03.88（4）具體補樁方案，根據(jù)上述分析計算結(jié)果，加固管樁承載力設(shè)計值統(tǒng)

16、一按Rd=1370kN考慮，承載力不足部分進行補樁處理；補樁采用直徑700的樁端后注漿鉆孔灌注樁，樁底后注漿可固化樁底沉淤，加固樁底周圍土體，以有效提高單樁的豎向抗壓承載力，盡量減少補樁數(shù)量，減少在坑底施工灌注樁的工作量；樁端后注漿鉆孔灌注樁需通過承載力試驗確定單樁承載力極限值，根據(jù)工程實際情況，由于單樁承載力高，坑底大量堆載施工困難，故采用靜載與高應(yīng)變相結(jié)合的方式進行，減少靜載試樁數(shù)量，最終確定的檢測方案為靜載試樁一根，高應(yīng)變六根，并通過靜動對比進行系數(shù)修正，有效提高高應(yīng)變動測的精度；最終確定單樁承載力設(shè)計值4300kN，比根據(jù)地勘報告計算值提高50%；補樁設(shè)計中充分考慮兩種樁型的不同特性，均勻進行，并綜合考慮純灌注樁及灌注樁與管樁共同作用時的偏心情況，最終的補樁方案如下圖，共計補灌注樁88根；進行底板設(shè)計時，應(yīng)考慮兩種樁實際承載力發(fā)揮的不均勻性，對底板進行適當加強處理。7 預(yù)防措施預(yù)制樁施工必須非常重視擠土效應(yīng)的問題，不僅要考慮對外圍管線、建筑等的不利影響，同時還要考慮土體強度降低對工程的不利影響；打樁期間，應(yīng)選擇合理的打樁順序，并結(jié)合工程的具體情況嚴格控制打樁速率，不得連續(xù)打樁，每天至少應(yīng)保證8小時以上的土體休止時間。進行大面積密集樁群施