弱樁的原因分析及超靜定交叉梁在樁基礎(chǔ)補(bǔ)救處理中的作用

王水良

摘要：通過某工程在檢測(cè)中出現(xiàn)錘擊樁單樁承載力低于設(shè)計(jì)要求的情況，分析產(chǎn)生的原因和提出補(bǔ)救處理措施。

關(guān)鍵詞：錘擊樁 承載力 弱樁 交叉梁

一、 前言

改革開放以來，高強(qiáng)砼預(yù)應(yīng)力管樁以單樁承載力高、施工速度快、較易保證施工質(zhì)量和安全、工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于多高層建筑基礎(chǔ)。本文以一個(gè)七層商住樓為例，淺析錘擊樁在工程施工中出現(xiàn)的承載力不足的問題，并提出針對(duì)該問題的補(bǔ)救處理措施。

二、 工程概況和地質(zhì)條件

該工程位于珠三角，用地面積2700m2，建筑面積12480 m2，七層框架結(jié)構(gòu)。地質(zhì)勘察報(bào)告揭示，場(chǎng)地巖土由填土、第四系沖積層、第四系殘積層及燕山期花崗巖風(fēng)化層等四大類，分述如下：

1、 填土層：分布于2/3地區(qū)，厚度0～2m，平均厚度1.15米。

2、 第四系沖積層：

2.1淤泥質(zhì)土，分布于各區(qū)。厚度為2.5～3.5米，平均厚度3米，地基承載力特征值fak=65kPa，預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=20kPa。

2.2粉質(zhì)粘土，分布于各區(qū)。厚度為2.2～7.2米，平均厚度4.7米，地基承載力特征值fak=140kPa，預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=45kPa。

2.3粉砂層，分布于各區(qū)。厚度為2.5～5.5米，平均厚度4米，地基承載力特征值fak=130kPa，預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=40kPa。

2.4中砂，分布于各區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)貫入3次，擊數(shù)N=13.1～14.3擊，厚度為2.2～3.8米，平均厚度3米，地基承載力特征值fak=170kPa，預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=50kPa。

3、第四系殘積土：

標(biāo)準(zhǔn)貫入5次，擊數(shù)N=14.1～25.2擊，厚度為2.6～4.4米，平均厚度3.5米，地基承載力特征值fak=200kPa，預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=60kPa。

4、基巖：

4.1全風(fēng)化巖層：呈堅(jiān)硬土狀，全風(fēng)化狀態(tài)，具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。層厚0～3.9米，標(biāo)貫平均擊數(shù)N=37.2。

4.2強(qiáng)風(fēng)化巖層：以短柱狀為主，基本風(fēng)化，裂隙發(fā)育，手易捏碎。標(biāo)準(zhǔn)貫入3次，擊數(shù)N=54.1～55.4擊，厚度為2.2～3.8米，平均厚度3米，預(yù)應(yīng)力樁的樁端阻力特征值qpa=2.5MPa，預(yù)應(yīng)力樁的樁側(cè)阻力特征值qsia=120kPa。

三、工程原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況及樁檢測(cè)情況

原設(shè)計(jì)圖中基礎(chǔ)采用C80砼Φ400、PHC-AB型錘擊預(yù)應(yīng)力管樁，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層，要求入巖深度不小于1.2m，單樁承載力特征值為1200kN。

由于地質(zhì)勘察中鉆孔布置數(shù)量較少，原設(shè)計(jì)人對(duì)工程地質(zhì)資料掌握了解不夠深透，各層厚度偏差較大，施工時(shí)對(duì)樁長(zhǎng)控制不嚴(yán)，貫入度取得較大（由于樁端持力層坡度較大，施工方擔(dān)心斷樁，在最后收錘時(shí)有所保留），以致各樁施工完成經(jīng)靜壓試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)單樁承載力低于設(shè)計(jì)要求較多（檢測(cè)結(jié)果為Φ400管樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2050 kN，低于設(shè)計(jì)要求的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值2400 kN）。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)單樁承載力特征值取1025kN。

四、 處理措施

按一般的處理方法：一是加樁及相應(yīng)擴(kuò)大承臺(tái)，二是減少建筑層數(shù)。但當(dāng)時(shí)打樁機(jī)已退場(chǎng)，如加樁則要再次進(jìn)場(chǎng)，加上增樁與擴(kuò)大承臺(tái)等費(fèi)用，增加不少建設(shè)資金；而建設(shè)單位資金緊張，并且建設(shè)單位認(rèn)為承載力差值并不大；至于減少層數(shù)的設(shè)想，建設(shè)單位認(rèn)為這樣會(huì)減少建筑面積，經(jīng)濟(jì)上會(huì)蒙受很大損失。建設(shè)單位要求在不加樁、不減層的前提下，看能不能拿出穩(wěn)妥可靠的解決方案。

我接受任務(wù)后，先查閱該工程結(jié)構(gòu)施工圖、全部計(jì)算書（含電腦錄入數(shù)據(jù)）及地質(zhì)勘察報(bào)告；對(duì)建筑施工圖進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的查看；并赴施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，查閱打樁記錄及施工日志。通過這幾項(xiàng)前期工作，基本了解了該工程現(xiàn)狀與存在問題，可以改動(dòng)的有以下幾點(diǎn)：

1.取消填實(shí)衛(wèi)生間沉箱，改為架空擱板，恒載由7.0 kN/m*m改為控制在5.0 kN/m*m 。

2.隔墻由實(shí)心灰砂磚改為輕質(zhì)磚，以減小墻體荷載。

3.控制鋪貼厚度，由總厚度5cm改為3cm，同時(shí)要求模板平整度及穩(wěn)定性要提高。以減小樓面恒荷載。

4.陽臺(tái)欄河及樓梯扶手一律由磚墻改為采用不銹鋼欄河。以減小構(gòu)造附加荷載。

5.柱砼強(qiáng)度由C25提高至C30，梁板砼等級(jí)由C20提高至C25，減小梁板柱截面，特別是小跨樓板的厚度（最小值由100mm改為80mm），以減小結(jié)構(gòu)自重。提高砼強(qiáng)度等級(jí)后，原截面為600X600的柱可改為550X550，原截面為250X700的梁可改為250x600。

通過以上五點(diǎn)改動(dòng)后，進(jìn)行電算，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)承臺(tái)的承載力能達(dá)至設(shè)計(jì)要求，但仍有個(gè)別略小于柱底內(nèi)力。

五、 超靜定交叉梁在樁基礎(chǔ)補(bǔ)救處理中的作用

這時(shí)認(rèn)真對(duì)比，找出仍不滿足要求的承臺(tái)，再在承臺(tái)周邊查找比較有富余承載力的承臺(tái)，通過加大相關(guān)地基梁，運(yùn)用超靜定交叉梁分析方法，將一部分荷載傳給相鄰有富余承載力的承臺(tái)（類似于上部結(jié)構(gòu)的托換），最后全部樁承臺(tái)承載力均滿足要求，并且沉降差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。例如○4X○B(yǎng)軸的柱，柱下承載力（N=3498kN>3075 kN）不滿足要求（見柱底內(nèi)力圖），按結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，需要將423kN的力通過基礎(chǔ)梁傳給相鄰的承臺(tái)。為保證安全，現(xiàn)按600kN通過交叉的600x800混凝土梁，傳遞給相鄰樁承臺(tái)承擔(dān)計(jì)算（見計(jì)算簡(jiǎn)圖）。

計(jì)算結(jié)果如下：

通過計(jì)算，在預(yù)設(shè)的600kN需傳遞力，加上600x800混凝土梁自重，各207kN傳給了左端及右端，240kN傳給了下端，175 kN傳給了上端，四周各承臺(tái)合力均未超出四周樁承臺(tái)的承載能力。交叉梁下部最大彎矩為689kN*m，最大剪力為240kN。梁上部鋼筋實(shí)配6D18，梁下部鋼筋實(shí)配4D25/8D25，箍筋為d10@150（4）。最大裂縫寬度0.2mm，最大撓度為26.18mm（1/340<1/300），滿足規(guī)范要求。

將處理方案及計(jì)算結(jié)果提交原設(shè)計(jì)，由原設(shè)計(jì)報(bào)當(dāng)?shù)貙張D中心審查，最后按以上的方法處理，建筑物至今未出現(xiàn)質(zhì)量問題。

六、 小結(jié)

從本工程分析，我覺得有以下幾點(diǎn)值得注意：

1.對(duì)比較短的樁（規(guī)范是14米以下，但略超過14米也要注意），設(shè)計(jì)時(shí)不能掉以輕心，地質(zhì)報(bào)告并不能完成反映地質(zhì)情況，有時(shí)地質(zhì)報(bào)告中看來持力層最淺處都有14米深，但仍有可能出現(xiàn)樁長(zhǎng)小于14米的樁。

2.應(yīng)認(rèn)真對(duì)待試樁，看貫入度、持力層、深度是否與地質(zhì)報(bào)告相符。必要時(shí)可在完成幾根樁后即采用靜載試驗(yàn)檢測(cè)樁的承載力，如結(jié)果與地質(zhì)報(bào)告相符并滿足設(shè)計(jì)要求，則繼續(xù)施工；如不滿足設(shè)計(jì)要求則要研究其原因及對(duì)策。

3.對(duì)打樁時(shí)出現(xiàn)的不尋?，F(xiàn)象應(yīng)正確、及時(shí)判斷和處理。

4.對(duì)于樁端持力層坡度較大的地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)要考慮施工安全性及樁質(zhì)量的可靠性，不可隨意取參數(shù)的較大值。

5.計(jì)算參數(shù)的選擇至關(guān)重要。振型數(shù)滿足累加振型參與質(zhì)量達(dá)到90%、柱截面滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.5條即可，如隨意增大振型數(shù)和加大柱截面，則地震力加大。

6.在沒有設(shè)混凝土板的基礎(chǔ)層中托換時(shí)，宜雙向設(shè)梁，以防止扭轉(zhuǎn)破壞。

7.基礎(chǔ)層完工后為隱蔽工程，在基礎(chǔ)補(bǔ)救處理中，宜加大安全系數(shù)。