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(jī)(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(jì)指標(biāo)方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于管樁本身質(zhì)量、地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)、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(gè)工程實(shí)例，結(jié)合該地區(qū)的巖土工程特性及PHC管樁的特點(diǎn)，綜合基樁高應(yīng)變、低應(yīng)變、靜荷載試驗(yàn)和孔內(nèi)攝像法的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)管樁質(zhì)量事故產(chǎn)生原因進(jìn)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(hào)：TU435 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：10004548(2011)S2作者簡(jiǎn)介：彭立才(1978 )，男，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，主要從事軟土地基試驗(yàn)研究和樁基檢測(cè)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(tái)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(chǎng)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(jì)指標(biāo)方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)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(jì)、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(gè)工程實(shí)例，結(jié)合該地區(qū)的巖土工程特性及PHC管樁的特點(diǎn)，綜合基樁高應(yīng)變、低應(yīng)變、靜荷載試驗(yàn)和孔內(nèi)攝像法的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)管樁質(zhì)量事故產(chǎn)生原因進(jìn)行初步探討，并提出預(yù)防和處理措施，以供參考。1 工程實(shí)例1.1 實(shí)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(jì)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。總樁數(shù)224根，樁長(zhǎng)為3537 m，設(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)果Table 1 Results of static load tests樁號(hào)樁長(zhǎng)/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(jiān)硬，層厚4.20 m）；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（堅(jiān)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(cè)結(jié)果工程樁施工結(jié)束后，隨機(jī)抽取3根樁進(jìn)行了靜載荷試驗(yàn)（如表1）。試驗(yàn)結(jié)果表明，有兩根樁極限承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，如圖1，其中#1834樁在試驗(yàn)過程中，當(dāng)累計(jì)荷載加載至第10級(jí)（4800 kN）時(shí)，出現(xiàn)了異常沉降，累計(jì)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(yàn)過程中，當(dāng)累計(jì)荷載加載至第9級(jí)（4320 kN）時(shí)，出現(xiàn)了異常沉降，累計(jì)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(jìn)行靜荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)過程正常，累計(jì)荷載加載至4800 kN時(shí)未

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

11、Curves of static load tests圖2 低應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線Fig. 2 Curves of low strain tests圖3 #1834樁高應(yīng)變實(shí)測(cè)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(duì)樁的支撐力兩重意義，通過對(duì)勘察報(bào)告進(jìn)行分析，樁長(zhǎng)達(dá)到35 m后，地基土對(duì)樁的支撐力應(yīng)能達(dá)到設(shè)計(jì)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(duì)靜荷載試驗(yàn)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(duì)高、低應(yīng)變檢測(cè)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(shí)測(cè)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(cè)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(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)磕碰造成管樁裂縫。b）工程沉樁結(jié)束后由挖掘機(jī)進(jìn)行地下室和基坑開挖，開挖過程中挖掘機(jī)行走和挖掘的側(cè)向推力以及抓斗對(duì)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(cè)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(duì)樁支撐力不足的情況，因此有關(guān)各方?jīng)Q定，對(duì)剩余工程樁全數(shù)進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，對(duì)有缺陷的樁進(jìn)行灌芯處理，在以后的施工和使用過程中應(yīng)加強(qiáng)沉降觀測(cè)。1.2 實(shí)例二（1）工程概況某廠房擴(kuò)建工程，2層框架結(jié)構(gòu)，總面積6149.4 m2，設(shè)計(jì)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(jì)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(jiān)硬，層厚8.30 m）；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（堅(jiān)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(cè)結(jié)果基樁施打完畢，選取了8根樁進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：類樁2根，類樁3根，類樁2根，類樁1根,，同時(shí)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(dòng)測(cè)中發(fā)現(xiàn)樁身有異常的樁,， 進(jìn)一步采用孔內(nèi)攝像法進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)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(duì)類樁進(jìn)行靜載荷檢測(cè)其豎向抗壓極限承載力，其最大承載力只達(dá)到設(shè)計(jì)要求極限承載力4400 kN的0.6倍、為2640 kN。 鑒于低應(yīng)變測(cè)試方法其本身的局限，在檢測(cè)多節(jié)PHC 管樁樁身完整性時(shí)，受土阻力、接頭等影響較大，故無法測(cè)得樁身中下部缺陷，有關(guān)方面決定采用高應(yīng)變法對(duì)未檢測(cè)的135根樁作完整性檢測(cè)，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(chǎng)地條件限制無法檢測(cè)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(gè)場(chǎng)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(qiáng)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(shí)，樁身混凝土就可能破碎。本場(chǎng)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(cè)結(jié)果表Table 2 Results of high strain tests樁號(hào)樁徑/mm樁長(zhǎng)/m承載力特征值/kN動(dòng)測(cè)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(píng)價(jià)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(huì)取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。（4）結(jié)果處理根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，考慮到場(chǎng)地淺層偏軟，不能深挖處理，對(duì)于類樁確定采用糾偏扶正和混凝土填芯補(bǔ)強(qiáng)處理方案

18、；對(duì)于類樁確定采用補(bǔ)樁處理方案。補(bǔ)強(qiáng)處理14 d后，選取5根處理樁進(jìn)行了高應(yīng)變法檢測(cè)，檢測(cè)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(jì)要求。1.3 實(shí)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(jì)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。總樁數(shù)353根，樁長(zhǎng)為14 m，設(shè)計(jì)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(qiáng)風(fēng)化花崗巖（堅(jiān)硬，層厚1.70

19、 m）；微風(fēng)化花崗巖。（2）檢測(cè)結(jié)果基樁施打完畢，選取了5根樁進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。由表中可知，此五根樁動(dòng)測(cè)承載力為10843004 kN，明顯低于設(shè)計(jì)極限承載力4600 kN的要求。有關(guān)方面想對(duì)這批樁進(jìn)行復(fù)壓，進(jìn)行復(fù)壓處理的難點(diǎn)有二個(gè)：一是場(chǎng)地地面較軟弱，若不經(jīng)處理，壓樁機(jī)定將可能會(huì)陷機(jī)，陷機(jī)就往往會(huì)推斜推斷或推斷附近的基樁的危險(xiǎn)；二是送樁太深，復(fù)壓時(shí)找頂頭很困難。后經(jīng)專家反復(fù)論證，決定先對(duì)這5根樁進(jìn)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(duì)復(fù)打樁進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，其中#288和#313兩次高應(yīng)變的檢測(cè)結(jié)果如圖6和圖7，#288樁經(jīng)復(fù)打

20、后動(dòng)測(cè)承載力有所提高，為3776 kN，而#313樁經(jīng)復(fù)打后動(dòng)測(cè)承載力基本不變。圖6 某工地第一次高應(yīng)變檢測(cè)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(chǎng)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(qiáng)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(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)問題：樁長(zhǎng)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(jìn)入堅(jiān)硬的強(qiáng)風(fēng)化巖層，打樁的破損率會(huì)很高，因此，在這種地質(zhì)條件下，其實(shí)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(qiáng)風(fēng)化巖層較薄，基巖面傾斜的情況下，復(fù)打可能會(huì)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(cè)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(jìn)打樁措施

22、，都無法改變打樁破損率高的局面。另外，該場(chǎng)地還涉及到深基坑開挖，往往會(huì)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(gè)場(chǎng)地不宜應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁，必須改變樁型。根據(jù)該場(chǎng)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(bào)廢這批管樁基礎(chǔ)，重新進(jìn)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(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中，若對(duì)管樁的特點(diǎn)及施工要點(diǎn)掌握不好，或?yàn)榱似孀非笫┕みM(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益而放松了施工質(zhì)量管理，必將會(huì)造成重大的質(zhì)量事故。通過本文的幾個(gè)工程實(shí)例，可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：（1）工程沉樁結(jié)束

23、后由挖掘機(jī)進(jìn)行地下室和基坑開挖，開挖過程中挖掘機(jī)行走和挖掘的側(cè)向推力以及抓斗對(duì)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(dòng)測(cè)中發(fā)現(xiàn)樁身有異常的樁, 可進(jìn)一步采用高應(yīng)變或孔內(nèi)攝像法檢測(cè)。（3）貫入度的選擇要適當(dāng)放寬些，施工異?，F(xiàn)象要及時(shí)記錄。（4）對(duì)于“上軟下硬，軟硬突變”的地質(zhì)場(chǎng)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(jī). 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(bào), 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