某工程樁身檢測(cè)存有三類(lèi)樁的案例分析

馬 凱 張嬋嬋

1 概述

設(shè)計(jì)院某工程在開(kāi)挖基坑后發(fā)現(xiàn)樁已經(jīng)發(fā)生了傾斜甚至彎斷。雖然國(guó)內(nèi)有關(guān)規(guī)范已制定相應(yīng)的條款,要求加強(qiáng)開(kāi)挖基坑的防護(hù),避免邊坡失穩(wěn),但由于對(duì)軟弱地基深開(kāi)挖基坑下土的側(cè)向流動(dòng)和樁的受力機(jī)制重視不夠,或者未能?chē)?yán)格按照規(guī)范要求組織施工,以致這類(lèi)工程事故時(shí)有發(fā)生。

2 軟土的物理力學(xué)性質(zhì)

軟土一般是指在靜水或緩慢流水環(huán)境中以細(xì)顆粒為主的近代沉積物。由于各類(lèi)軟土的成因條件不同(沿海、內(nèi)陸或山區(qū)),導(dǎo)致土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上有差別,雖然土的物理性質(zhì)指標(biāo)相近,但力學(xué)性質(zhì)往往有所不同。

濱海沉積是在較弱的海浪岸流及潮汐的水動(dòng)力作用下,逐漸沉積淤成。表層硬殼厚0 m～3 m,下部為淤泥夾粉、細(xì)砂透鏡體,淤泥厚5 m～60 m,常見(jiàn)貝殼及海生物殘骸,表層硬殼之下,局部有薄層泥炭透鏡體。濱海相淤泥常與礫砂相混雜,極疏松,透水性強(qiáng),易于壓縮固結(jié),三角洲相多薄層交錯(cuò)砂層,水平滲透性較好。瀉湖相、溺谷相淤積一般更深,松軟。軟土的天然含水量高、孔隙比大、透水性低、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低。軟土具有絮凝結(jié)構(gòu),是結(jié)構(gòu)性沉積物,具有觸變性。當(dāng)其結(jié)構(gòu)未被破壞時(shí),具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,但一經(jīng)擾動(dòng),土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度便被破壞。

軟土具有流變性,其中包括蠕變特性、流動(dòng)特性、應(yīng)力松弛特性和長(zhǎng)期強(qiáng)度特性。蠕變特性是指在荷載不變的情況下變形隨時(shí)間發(fā)展的特性;流動(dòng)特性是土的變形速率隨應(yīng)力變化的特性。

根據(jù)土的蠕變特性,基坑開(kāi)挖較淺時(shí),坡下土中偏應(yīng)力水平較低,土的側(cè)向位移較小,主要為彈性瞬間位移;開(kāi)挖較深時(shí),土的側(cè)向瞬時(shí)位移增加,并伴有緩慢的穩(wěn)定蠕動(dòng);開(kāi)挖到足夠深時(shí),坡下軟土層中的偏應(yīng)力達(dá)到屈服值,土將產(chǎn)生較大的加速蠕變,直到最后破壞(見(jiàn)圖1)。

從查閱的資料來(lái)看,某工程基坑開(kāi)挖后,打入的幾百根樁中,大量樁發(fā)生傾斜并有折斷。為補(bǔ)強(qiáng),在樁群外圍加打幾十根樁。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,補(bǔ)樁也全部?jī)A斜。事實(shí)表明,軟土的蠕變持續(xù)發(fā)展,可以達(dá)到相當(dāng)可觀(guān)的程度。

3 實(shí)例分析

1)工程概況。某民用建筑,剪力墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。2)工程地質(zhì)條件。擬建工程場(chǎng)地的原始地貌為海積階地及濱海地貌,因工程建設(shè)需要,形成如今的填海地貌,現(xiàn)地勢(shì)較平坦。①-1層:素填土,層厚1.50 m～10.20 m;①-2層:淤泥混砂,層厚 0.50 m～ 6.00 m;①-3層:塊石,層厚 0.50 m～ 10.00 m;②層:海沖擊層(粉質(zhì)黏土),層厚0.50 m～4.20 m;③層:殘積層(黏土),層厚2.00 m～15.10 m;④-1層:全風(fēng)化泥巖,層厚 0.50 m～11.00 m;④-2層:強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖,層厚 0.70 m～12.30 m;④-3層:中風(fēng)化泥巖,層厚1.50 m～5.40 m。3)事故情況和分析。檢測(cè)中心對(duì)36根建筑中心樁樁身全部進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè),其中有20根為三類(lèi)樁,已影響樁身結(jié)構(gòu)承載力,樁身質(zhì)量缺陷部位的標(biāo)高在-10 m上下(該標(biāo)高處于淤泥層與中密、致密土層結(jié)合處)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)觀(guān)察,基坑四周均出現(xiàn)了50 mm～80 mm的縱向裂縫,頂部土方標(biāo)高均有200 mm～300 mm的沉降,土方開(kāi)挖后該部位的樁身有明顯的傾斜現(xiàn)象(偏向西側(cè))。根據(jù)勘察測(cè)繪院提供的勘察報(bào)告顯示,在標(biāo)高為-7 m上下均存在1 m～4 m厚的淤泥層。中心樁基坑開(kāi)挖過(guò)程中由于四周土體自重及東側(cè)振動(dòng)荷載(東側(cè)為土方運(yùn)輸坡道,供土方運(yùn)輸車(chē)輛行駛)的影響使得淤泥層上部土層向基坑低處方向滑動(dòng),從而帶動(dòng)淤泥層以上樁身跟土層一起滑動(dòng)(開(kāi)挖順序自西向東分層開(kāi)挖),而淤泥層下部樁身均處于中密或致密土層中,受到一定的約束作用,樁身在淤泥層產(chǎn)生應(yīng)力集中而破壞。淤泥層土呈飽和狀態(tài),流塑性很大,該層土基本無(wú)抗剪能力。本工程在基坑開(kāi)挖過(guò)程中,未采取有效的樁身保護(hù)措施,邊坡支護(hù)也不合理,土方開(kāi)挖時(shí)對(duì)地質(zhì)條件影響因素考慮不全面,對(duì)軟土物理力學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)也不充分。4)工程結(jié)論。造成本次質(zhì)量事故的主要原因是地質(zhì)條件的影響,其次是施工過(guò)程中考慮問(wèn)題不全面。從承包模式看,基坑支護(hù)施工一般都實(shí)行分包,有些是業(yè)主直接將基坑工程分包給了專(zhuān)業(yè)公司,然后納入總承包單位管理;另一種模式是業(yè)主將基坑任務(wù)交給了總承包單位,再由總承包單位進(jìn)行分包。前一種模式因業(yè)主將任務(wù)直接分包,故在總承包單位管理時(shí)易出現(xiàn)管理難的問(wèn)題,而后一種模式容易出現(xiàn)工程質(zhì)量問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

1)土的水平位移能使置于該土中的樁產(chǎn)生較大的彎曲和撓曲變形。因而若在軟弱地基上進(jìn)行深基坑開(kāi)挖,應(yīng)考慮采用有效的支擋圍護(hù)措施,以避免坑底軟土產(chǎn)生過(guò)大的水平位移,防止樁基產(chǎn)生過(guò)大的撓曲變形以致受彎折斷。2)承受土體水平位移樁的嵌固深度對(duì)樁身彎矩值影響較大,樁身最大彎矩點(diǎn)在嵌固土層的頂面附近(見(jiàn)圖2)。相同情況下嵌固深度越大,樁身彎矩也就越大。但增加嵌固深度對(duì)減少樁頂水平位移的作用并不十分顯著,特別當(dāng)樁穿越產(chǎn)生較大水平位移的軟土層,且軟土層厚度較大時(shí),幾乎不起作用。因而在軟弱地基深挖基坑時(shí),若試圖靠增加樁的嵌固深度來(lái)減少樁的傾斜,不但作用不明顯,還會(huì)增加樁身彎斷的可能。3)對(duì)于承受土體水平位移的樁,其抗彎剛度對(duì)樁身彎矩值也有較大影響,但對(duì)樁頂水平位移影響不大。其他條件均相同時(shí),樁的抗彎剛度愈大,樁身彎矩亦愈大,而樁頂水平位移減小則不明顯。因此在類(lèi)似工程設(shè)計(jì)時(shí),為了防止混凝土開(kāi)裂和彎斷,考慮采用預(yù)壓力鋼筋混凝土或適當(dāng)提高樁截面配筋率,比提高樁身混凝土強(qiáng)度和增大樁的截面尺寸更有效。

[1] 茜平一.軟弱地基深挖基坑中樁的受力分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),1993(5):48-49.

[2] 石 明.建筑工程深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工管理[J].建筑與裝飾,2008(21):67-68.

[3] 張海波.采用排樁和混凝土內(nèi)支撐體系的深基坑支護(hù)技術(shù)[J].建筑技術(shù),2009(2):23-25.

[4] 包海峰.廣州某周?chē)鷱?fù)雜環(huán)境的深基坑支護(hù)案例分析[J].基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì),2009,3(17):81-84.