近海堆填場地樁基工程沉降原因分析

徐佳敏，黃林偉

（1.國網(wǎng)浙江縉云縣供電有限公司，浙江 縉云 321400；2.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

隨著我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，建設(shè)用地、綠化用地等土地資源日益緊張，利用濱海地區(qū)分布廣泛的灘涂，采用堆填或吹填造陸的方法，可有效解決土地資源緊張的狀況，促進(jìn)本地經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)健康發(fā)展。圍海造陸的迅速發(fā)展，堆填或吹填場地及其上建筑物的施工技術(shù)也得到很大提升，但在灘涂場地采用堆填施工，堆填層下臥的軟弱層性質(zhì)差，具有“三高三低”的基本特性[1-2]，即高含水率、高孔隙比、高壓縮性，低強(qiáng)度、低滲透性和低固結(jié)系數(shù)，是一種典型的欠固結(jié)土，極易發(fā)生工后沉降，對堆填場地上的建（構(gòu)）筑物的安全構(gòu)成極大威脅。

樁基礎(chǔ)作為傳統(tǒng)的地基處理方法已廣泛應(yīng)用于土木工程建設(shè)中，可有效改善在堆填場地上進(jìn)行工程建設(shè)中吹填土對建（構(gòu)）筑物的不利影響。由于堆填場地土屬欠固結(jié)土，樁基施工后，堆填層及下臥軟弱層仍會發(fā)生沉降變形，導(dǎo)致樁體出現(xiàn)負(fù)摩阻力，引起樁基變形增大、承載力降低和產(chǎn)生不均勻沉降[3-6]。

本文以某近海堆填場地上新建建筑為例，該建筑在竣工時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重開裂和沉降，為查明其開裂沉降原因，通過現(xiàn)場檢測并結(jié)合技術(shù)資料，從勘察、設(shè)計(jì)和施工等角度進(jìn)行綜合分析，得出樁基沉降原因，以期為今后在堆填場地上進(jìn)行工程建設(shè)提供技術(shù)參考。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

該場地地貌單元屬海積、沖積平原；場地原為灘涂，系新圍墾區(qū)，地表回填有大量塘渣，地勢總體平坦，勘探孔孔口高程在2.160～3.250m（黃海高程），場地后期回填厚度較大，竣工后堆填層厚度可達(dá)4.5～5.8m，各巖土層分布情況及其主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

1.2 設(shè)計(jì)概況

該房屋為四聯(lián)排別墅，4層框架結(jié)構(gòu)，±0.000m相當(dāng)于黃海高程7.900m，采用錘擊沉樁，樁位及其編號如圖1所示，采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁基概況如表2所示。

2 現(xiàn)場檢測情況

2.1 沉降觀測

項(xiàng)目竣工1年后發(fā)現(xiàn)四聯(lián)排別墅局部構(gòu)件出現(xiàn)開裂，隨后對該別墅進(jìn)行為期102d的沉降觀測，測點(diǎn)布置如圖2所示，各測點(diǎn)沉降時(shí)程曲線如圖3所示。

表1 各巖土層物理力學(xué)指標(biāo)概況

表2 樁基設(shè)計(jì)概況

由圖3分析可知，該別墅存在沉降現(xiàn)象，沉降速率在0.056～0.117mm/d，沉降尚未穩(wěn)定；6個(gè)沉降觀測點(diǎn)中，位于別墅東南角的4號測點(diǎn)沉降最大，最大累計(jì)沉降量達(dá)11.94mm。

2.2 樁長檢測

采用磁測井法對該別墅的B12、B16、B27號和B34號預(yù)制管樁樁長進(jìn)行檢測，其中B27號樁的深度-磁場垂直分量（H-Z）曲線如圖4所示，檢測結(jié)果如表3所示，表中標(biāo)高均為相對標(biāo)高。

由表3分析可知，除東南角B27號樁樁長偏差-11.75m外，其余樁的樁長未出現(xiàn)明顯偏差。

2.3 樁周、樁端土層復(fù)核

采用鉆探法對別墅的B12、B16、B27號和B34號樁旁的土層進(jìn)行復(fù)核勘察，各土層的物理力學(xué)主要統(tǒng)計(jì)指標(biāo)如表4所示。

圖1 樁位及編號

圖2 沉降觀測點(diǎn)布置

圖3 測點(diǎn)沉降時(shí)程曲線

圖4 B27號樁（H-Z）曲線

本次復(fù)勘所揭示的土層分布及其物理力學(xué)性質(zhì)與原勘察報(bào)告基本相符，復(fù)勘揭示的樁端持力層層頂埋深呈東淺西深，東側(cè)持力層層頂相對標(biāo)高約-33.770m，西側(cè)持力層層頂相對標(biāo)高約-35.250m，層頂高差為1.48m。

表3 樁長檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì) m

表4 復(fù)勘土層物理力學(xué)主要統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

3 驗(yàn)算分析

根據(jù)原勘察報(bào)告和本次復(fù)核勘察結(jié)果可知，別墅場地原為灘涂，存在較厚軟弱高壓縮性的淤泥質(zhì)土層，且后期建筑物內(nèi)外存在較厚回填土（4.5～5.8m），故樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)摩阻力的影響。

根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，對于摩擦型基樁可取樁身計(jì)算中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為零，按下式驗(yàn)算基樁承載力（Ra只計(jì)入中性點(diǎn)以下部分側(cè)阻力值及端阻力值）：

中性點(diǎn)以上單樁樁周第i層土負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，可按下式計(jì)算：

中性點(diǎn)深度ln按照樁周土層沉降與樁沉降相等的條件計(jì)算確定，根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖和原勘察報(bào)告，并考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力，中性點(diǎn)深度按樁周土層沉降與樁沉降相等的條件確定，對別墅管樁的單樁豎向抗壓承載力進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如表5所示。

表5 單樁豎向抗壓承載力驗(yàn)算

由表5分析可知，當(dāng)考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力時(shí)，管樁的抗壓承載力特征值為原設(shè)計(jì)值的74%～76%，管樁的抗壓承載力安全儲備不足。管樁抗壓承載力特征值折減與淤泥質(zhì)土層厚薄有關(guān)，當(dāng)淤泥質(zhì)土層越厚，其抗壓承載力特征值折減越大。當(dāng)考慮負(fù)摩阻力引起基樁的下拉力后，樁基沉降增大。

4 結(jié)語

綜上所述，該近海堆填場地新建建筑物樁基工程出現(xiàn)較大沉降的主要原因是：設(shè)計(jì)對場地大面積堆填、高壓縮性軟弱土層層厚不均和樁端持力層層面起伏較大的復(fù)雜工程地質(zhì)條件考慮不足，考慮負(fù)摩阻力作用后原設(shè)計(jì)的管樁抗壓承載力富余不足，下拉荷載引起的附加沉降均相對較大。施工時(shí)東南角B27號樁樁長偏差-11.75m，未按設(shè)計(jì)圖紙要求施工，其抗壓承載力嚴(yán)重不足，加劇沉降，與該別墅東南角實(shí)測沉降均大于其余各測點(diǎn)的不均勻沉降分布規(guī)律基本相符。

近海堆填場地堆填層下臥的軟弱層性質(zhì)差，具有“三高三低”的基本特性，在工程勘察、設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)特別重視該類場地的特性?？辈鞈?yīng)探明不良地質(zhì)作用，設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮復(fù)雜工程地質(zhì)條件的不利因素，施工應(yīng)嚴(yán)格按圖施工，切不可偷工減料，釀成事故，應(yīng)引以為戒。