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(lái)自原稿)  發(fā)布時(shí)間：2010-01-14  已閱讀：1083     孔凡波 （中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200063）摘要：對(duì)某工程PHC管樁事故進(jìn)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(lèi)號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介本工程位于上海市某區(qū)，系大型商業(yè)廣場(chǎng)，總建筑面積19.9萬(wàn)平方米，地下面積3.1

2、萬(wàn)平方米，一層地下室，地上面積16.8萬(wàn)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(guò)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(kāi)。一期工程設(shè)置整體一層地下室（長(zhǎng)263.3米、寬117.7米），功能主要為超市及停車(chē)場(chǎng)，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(dāng)設(shè)置剪力墻，滿(mǎn)足嵌固端剛度比的要求

3、。2 地質(zhì)情況本工程場(chǎng)地地貌單元屬濱海平原，場(chǎng)地地形較為平坦，實(shí)測(cè)的勘探孔標(biāo)高一般為3.666.33m，本場(chǎng)地所揭露的90m深度范圍內(nèi)的地層為第四紀(jì)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(chǎng)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(qiáng)度小的特點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N=49.7擊，中密實(shí)，當(dāng)作為預(yù)制樁的持力層時(shí)，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(dá)到較好的布樁效率；（2）經(jīng)濟(jì)性應(yīng)相對(duì)較好；（3）控制施工難度，同時(shí)避免冒樁對(duì)基坑開(kāi)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(zhǎng)37米，持力層為4層粉質(zhì)粘土，單樁承載力設(shè)計(jì)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(mǎn)足施工進(jìn)度的要求；（2）經(jīng)濟(jì)性相對(duì)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(jì)性較好，質(zhì)量容易保證，施工速度快，但擠土效應(yīng)對(duì)場(chǎng)地周?chē)绊戄^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(duì)施工工藝要求高，造價(jià)較高，后壓漿效果受施工質(zhì)量影響較大，工期相對(duì)較長(zhǎng)；上述兩方案經(jīng)業(yè)主比選后，確定選擇方案一進(jìn)行實(shí)施。4 施工中樁基出現(xiàn)的問(wèn)題基坑開(kāi)挖至A棟高層時(shí)，發(fā)現(xiàn)樁頭明顯傾斜，樁頭傾斜方向均朝向開(kāi)挖側(cè)，偏移值最高達(dá)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(duì)坑內(nèi)挖土邊坡進(jìn)行加固處理。選取一定數(shù)量的樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)，采用高壓水槍配專(zhuān)用噴頭

6、，對(duì)管樁空心部分進(jìn)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(jìn)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(kāi)挖側(cè)傾斜，彎折斷面以下的樁身偏斜明顯減小；從沖孔視頻觀察，有個(gè)別樁身在第一個(gè)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(guò)快。原樁基施工工期為70天，因?yàn)槎喾矫嬖?，樁基工期被壓縮為僅35天，并跨越春節(jié)長(zhǎng)假，實(shí)際有效沉樁天數(shù)僅為25天左右，沉樁速度過(guò)快，最高峰為一臺(tái)樁機(jī)一天施工24根樁，且24小時(shí)連續(xù)沉樁，土體幾乎沒(méi)有休止時(shí)間，施工單位未能對(duì)特殊的施工情況，采取嚴(yán)格有效的防擠土措施，沉樁擠土效應(yīng)明顯，土體擾動(dòng)大，使得中高靈敏土體強(qiáng)度嚴(yán)

8、重降低。（2）因打樁速度過(guò)快，現(xiàn)場(chǎng)降水情況不理想，降水時(shí)間短，打樁過(guò)程形成的超孔隙水壓力未能得到及時(shí)、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(dāng)孔隙水壓力上升時(shí)，土體的有效應(yīng)力降低，使得土體強(qiáng)度進(jìn)一步降低。（3）基坑土體開(kāi)挖應(yīng)在土體強(qiáng)度恢復(fù)到一定程度后方可進(jìn)行；本工程土體擾動(dòng)大，恢復(fù)時(shí)間短，土體強(qiáng)度遠(yuǎn)未達(dá)到開(kāi)挖的要求。因趕工期，場(chǎng)地內(nèi)施工道路、降水井點(diǎn)布置等原因，土方開(kāi)挖未能分層均衡進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)采取了分級(jí)放坡的方式進(jìn)行基坑開(kāi)挖，但開(kāi)挖時(shí)由于土體強(qiáng)度低、土體高差過(guò)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(kāi)挖時(shí)土體強(qiáng)度估計(jì)僅為原狀土的30%40%，開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)坑底土體

9、尚處于流動(dòng)狀態(tài)。分級(jí)放坡開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向土體壓力超過(guò)了土體所能承受的范圍，層淤泥質(zhì)粘土向開(kāi)挖面明顯變形，造成管樁水平受力，并向開(kāi)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(duì)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(diǎn)，進(jìn)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(hù)變形大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料顯示，重力壩外側(cè)土體下沉達(dá)0.6米左右?；娱_(kāi)挖后，坑內(nèi)土體壓力快速釋放，因坑內(nèi)被動(dòng)土體受上述沉樁、降水等因素的影響，強(qiáng)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(dòng)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(jìn)一步惡化

10、，并使得焊接接頭破壞嚴(yán)重的樁產(chǎn)生上浮、脫節(jié)。（5）根據(jù)沖孔資料統(tǒng)計(jì)，有相當(dāng)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(shí)間，焊接接頭冷卻時(shí)間不足，在壓樁進(jìn)入1層時(shí)，壓樁力在37004000kN，加之前述沉樁時(shí)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(kāi)挖對(duì)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(kāi)挖前已經(jīng)完成了試樁的靜載荷試驗(yàn)，試樁與工程樁同時(shí)施工，試樁前小應(yīng)變檢測(cè)均為完整樁，靜載試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)好，最大加載力為4350kN，沉降20mm左右，而此部分試樁開(kāi)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(kāi)挖階

11、段挖土不當(dāng)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(jìn)行糾偏，然后清孔檢測(cè)，再進(jìn)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(jìn)行靜載試驗(yàn)，確定最終加固后樁的承載力，通常情況均能滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)要求，如不滿(mǎn)足可進(jìn)行補(bǔ)樁處理。本工程的具體處理方案：（1）因現(xiàn)場(chǎng)條件影響、工期限制，糾偏施工困難而未能進(jìn)行；但對(duì)所有管樁均進(jìn)行沖孔檢測(cè)，確定樁身斷裂面位置，并測(cè)量管樁傾斜值，檢測(cè)結(jié)束后用清水將管芯注滿(mǎn)，保持管芯內(nèi)壓力，避免外部泥水滲入。（2）對(duì)所有管樁均進(jìn)行填芯加固處理，填芯采用C45微膨脹混凝土，長(zhǎng)度至斷裂面下3米及第一個(gè)接頭下2米，兩者取大值，填芯混凝土配置通長(zhǎng)鋼筋筋618，箍筋8

12、200，斷裂面上下個(gè)1.5米范圍1218，箍筋8100；混凝土澆筑前對(duì)管芯進(jìn)行重新清洗，確保管壁清洗質(zhì)量，并及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑，采用定制的振搗棒對(duì)填芯混凝土進(jìn)行認(rèn)真振搗，確保管芯混凝土的澆筑質(zhì)量，此道工序?yàn)闃渡硖幚磉^(guò)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(chǎng)統(tǒng)計(jì)的傾斜率情況，對(duì)傾斜率在9%以?xún)?nèi)的樁抽樣進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，A棟高層共計(jì)407根樁，選取6根加固后的管樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)；試樁加載的終止條件為沉降量達(dá)到25mm40mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行分析，傾斜率在9%以?xún)?nèi)的樁，在試樁加載力范圍內(nèi)樁的承載力與傾斜率無(wú)直接關(guān)系，試樁情況如下表，最大加載力均可達(dá)到原設(shè)計(jì)承載力對(duì)應(yīng)極限值的70%以上，其中1號(hào)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(shí)后，承載力仍可達(dá)到原設(shè)計(jì)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(chǔ)備，但要適當(dāng)考慮其對(duì)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)值，按標(biāo)準(zhǔn)差及離差系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)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(shí)，確認(rèn)系由于1號(hào)試樁脫節(jié)造成，最終計(jì)算單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為Rk=2190kN，本工程試樁樣本數(shù)量滿(mǎn)足工程需要，按統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定單樁承載力安全、可靠。加固后管樁靜載試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。表1 加固后管樁靜載試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表樁號(hào)試驗(yàn)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(bǔ)樁方案，根據(jù)上述分析計(jì)算結(jié)果，加固管樁承載力設(shè)計(jì)值統(tǒng)

16、一按Rd=1370kN考慮，承載力不足部分進(jìn)行補(bǔ)樁處理；補(bǔ)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?chē)馏w，以有效提高單樁的豎向抗壓承載力，盡量減少補(bǔ)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(guò)承載力試驗(yàn)確定單樁承載力極限值，根據(jù)工程實(shí)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(jìn)行，減少靜載試樁數(shù)量，最終確定的檢測(cè)方案為靜載試樁一根，高應(yīng)變六根，并通過(guò)靜動(dòng)對(duì)比進(jìn)行系數(shù)修正，有效提高高應(yīng)變動(dòng)測(cè)的精度；最終確定單樁承載力設(shè)計(jì)值4300kN，比根據(jù)地勘報(bào)告計(jì)算值提高50%；補(bǔ)樁設(shè)計(jì)中充分考慮兩種樁型的不同特性，均勻進(jìn)行，并綜合考慮純灌注樁及灌注樁與管樁共同作用時(shí)的偏心情況，最終的補(bǔ)樁方案如下圖，共計(jì)補(bǔ)灌注樁88根；進(jìn)行底板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮兩種樁實(shí)際承載力發(fā)揮的不均勻性，對(duì)底板進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)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(wèn)題，不僅要考慮對(duì)外圍管線(xiàn)、建筑等的不利影響，同時(shí)還要考慮土體強(qiáng)度降低對(duì)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(yán)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(shí)以上的土體休止時(shí)間。進(jìn)行大面積密集樁群施