打樁施工對(duì)鄰近某教學(xué)樓的影響分析

商 波，郝 鵬，黃昌琴，李有元，楊志剛

（1.云南建投第一勘察設(shè)計(jì)有限公司，云南 昆明 650102；2.云南昊昇工程檢測(cè)技術(shù)有限公司，云南 昆明 650102；3.云南省建筑科學(xué)研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

樁基礎(chǔ)具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小且均勻、便于機(jī)械化施工、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，一般適用于地基土質(zhì)差或軟硬不均，不能滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)變形的要求以及地基軟弱或土性特殊，如濕陷性黃土、膨脹土等。因此，樁基礎(chǔ)在地基較差的多層建筑物、高層建筑物以及超高層建筑物中應(yīng)用較為廣泛。

根據(jù) JGJ 94－2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》［1］的規(guī)定，基樁按承載性狀可分為：摩擦型樁和端承型樁；按成樁方法分為：非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁；按樁徑（設(shè)計(jì)直徑d）大小分為：小直徑樁（d≤250 mm）、中等直徑樁（250 m m＜d＜80 0 m m）和大直徑樁（d≥800 mm）。無(wú)論是哪種類(lèi)型的樁基礎(chǔ)，如果施工過(guò)程中未嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行施工，就可能對(duì)周邊的建筑造成影響，進(jìn)而產(chǎn)生糾紛，甚至是訴訟案件。本文以工程實(shí)例為背景，就打樁施工對(duì)相鄰某教學(xué)樓的影響進(jìn)行分析，并給出相關(guān)結(jié)論和建議。

1 工程概況

某住宅項(xiàng)目計(jì)劃在規(guī)劃場(chǎng)地內(nèi)建設(shè)多棟高層建筑，基礎(chǔ)采用打入預(yù)制管樁，樁長(zhǎng) 25～30 m。打樁施工中，鄰近的一所幼兒園因打樁噪聲過(guò)大而無(wú)法正常上課，同時(shí)發(fā)現(xiàn)鄰近打樁施工的幼兒園教學(xué)樓地梁和樓板開(kāi)裂，隨即幼兒園園方找到該項(xiàng)目建設(shè)單位負(fù)責(zé)人，要求停止打樁施工，并對(duì)教學(xué)樓進(jìn)行安全性鑒定，以確保教學(xué)樓的安全。建設(shè)單位則認(rèn)為，采用預(yù)制管樁振動(dòng)很小，不可能對(duì)周邊房屋造成影響。雙方各執(zhí)一詞，并產(chǎn)生矛盾。隨即園方將這一問(wèn)題反映給了當(dāng)?shù)刈〗ň?，在住建局的主持下，為保證師生安全，教學(xué)樓暫停使用；同時(shí)由園方和建設(shè)單位共同委托一家省級(jí)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)該幼兒園教學(xué)樓開(kāi)裂的原因進(jìn)行檢測(cè)鑒定，盡快查明教學(xué)樓開(kāi)裂的原因。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及查閱相關(guān)工程資料得知，幼兒園教學(xué)樓主體為 4 層框架結(jié)構(gòu)，柱下混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，地基承載力特征值為 190 kPa，基礎(chǔ)埋深 1.75 m。后加蓋了局部第 5 層，空心磚墻，彩鋼瓦屋面，無(wú)設(shè)計(jì)圖紙和驗(yàn)收等相關(guān)資料。教學(xué)樓平面圖如圖 1 所示。

圖1 教學(xué)樓平面圖

教學(xué)樓北面（北向）2 m 處有一面擋土墻，高約 5 m，擋土墻背后即為打樁工地現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，最近樁位距教學(xué)樓僅有 6 m 左右。

2 補(bǔ)充勘察

通過(guò)查閱幼兒園地質(zhì)勘察報(bào)告發(fā)現(xiàn)，整個(gè)幼兒園場(chǎng)區(qū)一共布設(shè) 6 個(gè)勘探孔，其中教學(xué)樓建筑范圍內(nèi)僅布設(shè)了 1 個(gè)勘探孔（孔號(hào) ZK06），勘察結(jié)果表明僅場(chǎng)地東部局部分布有含淤泥有機(jī)質(zhì)土層，而教學(xué)樓建筑區(qū)基底以下無(wú)軟弱土層。

考慮到幼兒園建筑場(chǎng)區(qū)地下巖土層分布較為復(fù)雜，且前期勘察工作中，教學(xué)樓建筑區(qū)僅布設(shè)了 1 個(gè)勘探孔，勘探孔布設(shè)間距過(guò)大，不能充分查明教學(xué)樓地下巖土層的分布，無(wú)法滿足評(píng)價(jià)地基穩(wěn)定性、均勻性的要求，因此，建議對(duì)幼兒園教學(xué)樓建筑區(qū)進(jìn)行地質(zhì)情況補(bǔ)充勘察。后委托省內(nèi)一家具備甲級(jí)資質(zhì)的勘察單位對(duì)教學(xué)樓場(chǎng)區(qū)進(jìn)行了補(bǔ)勘，補(bǔ)勘結(jié)果顯示：幼兒園教學(xué)樓室外地面以下 1.75 m 為粉質(zhì)黏土層，該土層承載力特征值為 180 kPa；教學(xué)樓建筑場(chǎng)區(qū)基底下分布有粉砂層，埋深 4.40～9.00 m，在 8 度地震作用下輕微液化；教學(xué)樓建筑場(chǎng)區(qū)普遍分布有泥炭層，該土層埋深 6.90～11.50 m，層厚 1.30～8.40 m；泥炭層呈流塑狀，高壓縮性，屬于軟弱下臥層，在 8 度地震條件下，應(yīng)考慮震陷影響。

顯然，原地勘報(bào)告對(duì)教學(xué)樓建筑場(chǎng)區(qū)的勘察結(jié)果與實(shí)際情況不符。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要包含混凝土強(qiáng)度檢測(cè)、變形觀測(cè)、裂縫檢測(cè)，并對(duì)地基承載力和抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算。為了確定打樁施工與教學(xué)樓開(kāi)裂之間是否存在因果關(guān)系，針對(duì)本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)建立了一套動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)教學(xué)樓和擋土墻的變形情況，尤其是打樁施工時(shí)的變形情況。

3.1 混凝土強(qiáng)度

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，教學(xué)樓柱、梁混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)均為 C30。按照 GB/T 50344－2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［2］對(duì)教學(xué)樓混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，柱的混凝土強(qiáng)度推定值區(qū)間為 27.9～30.2 MPa；梁的混凝土強(qiáng)度推定值區(qū)間為 30.4～31.8 MPa。部分柱的混凝土強(qiáng)度推定值不滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 裂縫

通過(guò)裂縫檢測(cè)，靠近擋土墻一側(cè)的地梁開(kāi)裂較為嚴(yán)重，基本都出現(xiàn) 45°斜裂縫，分布在柱的兩側(cè)，呈“倒八字”形，最大裂縫寬度 0.20 mm；靠近擋土墻一側(cè)的多數(shù)樓板板角出現(xiàn)不同程度的斜裂縫，最大裂縫寬度 0.35 mm；靠近擋土墻一側(cè)的多數(shù)填充墻開(kāi)裂，最大裂縫寬度 0.50 mm。開(kāi)裂情況整體上可以總結(jié)為靠近擋土墻一側(cè)較嚴(yán)重，一層比上部結(jié)構(gòu)層嚴(yán)重。地梁開(kāi)裂如圖 2 所示。

圖2 地梁開(kāi)裂

3.3 變形觀測(cè)

3.3.1 靜態(tài)觀測(cè)

根據(jù) JGJ 8－2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》［3］的規(guī)定，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)幼兒園教學(xué)樓布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，定期進(jìn)行沉降觀測(cè)。

結(jié)果表明，最后 1 0 0 d 的最大沉降速率為0.16 mm/d。文獻(xiàn)［3］規(guī)定：建筑沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)可由沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線判斷。當(dāng)最后 100 d 的最大沉降速率＜ 0.01～0.04 mm/d 時(shí)，可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，教學(xué)樓沉降變形尚未穩(wěn)定。

3.3.2 動(dòng)態(tài)觀測(cè)

根據(jù)教學(xué)樓受損情況，靠近擋土墻一側(cè)開(kāi)裂比較嚴(yán)重，因此在教學(xué)樓擋土墻一側(cè)（即 H 軸）布設(shè)動(dòng)態(tài)變形觀測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由靜力水準(zhǔn)儀、位移計(jì)、發(fā)射器組成，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程傳輸，檢測(cè)人員可以通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在教學(xué)樓和擋土墻之間布設(shè)了 3 個(gè)水平相對(duì)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在教學(xué)樓 H 軸布設(shè)了 2 個(gè)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖 3 所示，圖中 wy1、wy2 和 wy3 表示水平相對(duì)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，1 # 和 2 # 表示豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。相對(duì)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)布置如圖 4 所示；豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)布置如圖 5 所示。

圖3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖（單位：mm）

圖4 相對(duì)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)布置

圖5 豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)布置

限于篇幅，本文僅列舉部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析說(shuō)明。

1）9 月 24 日，施工方在幼兒園教學(xué)樓背后地塊開(kāi)始打樁施工，典型時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表 1 所示。

打樁施工當(dāng)天的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，上午 8∶00－下午14∶30，幼兒園教學(xué)樓基礎(chǔ)整體向上回彈，2 # 點(diǎn)回彈達(dá) 3.77 mm，且 2# 點(diǎn)明顯較 1# 點(diǎn)嚴(yán)重，差值達(dá) 2.68 mm；wy3 點(diǎn)水平相對(duì)位移達(dá) 6.95 mm，呈現(xiàn) wy3 處擋土墻向教學(xué)樓傾斜，而 wy1 點(diǎn)處水平相對(duì)位移比較小。

表1 9 月 24 日典型時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

下午 14∶30 以后，施工方停止打樁施工，下午 14∶30－下午 17∶00，變形速率明顯減緩。至晚上 22∶00，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示變形基本沒(méi)有繼續(xù)發(fā)展，且部分變形變小。

2）10 月 16 日，施工方再次進(jìn)行打樁施工，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，教學(xué)樓基礎(chǔ)有不同程度的升降，2# 點(diǎn)豎向位移最大變化量為 1.52 mm，1 # 點(diǎn)豎向位移最大變化量為 1.09 mm；水平相對(duì)位移均較小。典型時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表 2 所示。

表2 10 月 16 日典型時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，上午 11∶18－下午 17∶28， 幼兒園教學(xué)樓基礎(chǔ)整體向上回彈，1 # 點(diǎn)回彈 1.09 mm，2 # 點(diǎn)回彈了 1.52 mm；三個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，wy 1 點(diǎn)水平位移變化為 0.16 mm，wy 2 點(diǎn)水平相對(duì)位移為 0.97 mm，wy 3 點(diǎn)水平相對(duì)位移達(dá) 3.71 mm，wy 2 處和 wy 3 處擋土墻向教學(xué)樓偏移。

綜上，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，打樁施工時(shí)，教學(xué)樓變形增長(zhǎng)較為明顯；而停止打樁時(shí)段，數(shù)據(jù)變化很小，有些甚至無(wú)變化。

3.4 地基承載力驗(yàn)算

根據(jù)教學(xué)樓場(chǎng)區(qū)補(bǔ)勘報(bào)告等資料，按照GB 50007－2001《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如表 3 所示。

表3 地基承載力驗(yàn)算結(jié)果

文獻(xiàn)［4］規(guī)定，基礎(chǔ)底面的壓力，應(yīng)符合pk≤fa。顯然，教學(xué)樓基礎(chǔ)底面地基承載力不滿足規(guī)范要求。

3.5 抗震承載力驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，基于現(xiàn)狀對(duì)教學(xué)樓進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震承載力復(fù)核驗(yàn)算。根據(jù) GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016 年版）［5］，教學(xué)樓所處區(qū)域?yàn)榭拐鹪O(shè)防烈度 8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.20 g，第三組，場(chǎng)地土類(lèi)別按 Ⅱ 類(lèi)，建筑結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為 1.0。模型驗(yàn)算參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行取值。經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)件復(fù)核驗(yàn)算，結(jié)果如下。

1）梁。沿 H 軸、1 軸共抽取兩榀框架，對(duì)梁構(gòu)件截面抗震承載力進(jìn)行復(fù)核。地圈梁驗(yàn)算結(jié)果抗力與效應(yīng)之比＞ 1.0；一層梁驗(yàn)算結(jié)果抗力與效應(yīng)之比最小值為 0.76；二層梁驗(yàn)算結(jié)果抗力與效應(yīng)之比最小值為 0.63；三層梁驗(yàn)算結(jié)果抗力與效應(yīng)之比最小值為 0.70；四層梁驗(yàn)算結(jié)果抗力與效應(yīng)之比最小值為 0.59。

2）柱。經(jīng)計(jì)算，第三層 6/G 柱和 11/G 柱的軸壓比為 0.81，超出規(guī)范允許值。

4 原因分析

根據(jù)補(bǔ)勘報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果及相關(guān)工程資料，就教學(xué)樓出現(xiàn)開(kāi)裂等損害進(jìn)行原因分析。

1）原地勘報(bào)告有誤。設(shè)計(jì)文件顯示，教學(xué)樓基礎(chǔ)采用柱下鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基底埋深為 1.75 m，地基承載力特征值為 190 kPa，但補(bǔ)勘報(bào)告結(jié)果表明，該教學(xué)樓地基承載力特征值僅 180 kPa，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致地基承載力不足。

2）擅自加層。未經(jīng)相關(guān)部門(mén)和設(shè)計(jì)單位的允許，園方擅自將原設(shè)計(jì)為 4 層的建筑物增加到局部 5 層，荷載增加，導(dǎo)致部分構(gòu)件抗震承載力不滿足規(guī)范要求。

3）打樁順序不當(dāng)。文獻(xiàn)［1］明確規(guī)定了混凝土預(yù)制樁錘擊沉樁的順序?yàn)椋簩?duì)于密集樁群，自中間向兩個(gè)方向或四周對(duì)稱(chēng)施打；當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時(shí)，由毗鄰建筑物處向另一方向施打。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，為趕進(jìn)度，施工方打樁順序?yàn)檠厥┕?chǎng)地邊緣，從遠(yuǎn)離幼兒園教學(xué)樓一側(cè)向教學(xué)樓方向順序施打，這顯然違反了規(guī)范的規(guī)定。同時(shí)，采用打入式預(yù)制管樁進(jìn)行基礎(chǔ)施工，施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)和擠土作用。一方面會(huì)在透水性能較差的粉砂、粉土層中引起較高的超靜孔隙水壓力，土體有效應(yīng)力降低，地基土承載力下降；另一方面，會(huì)使流塑狀的泥炭土層發(fā)生側(cè)向流動(dòng)。加之打樁順序不當(dāng)，從而導(dǎo)致相鄰幼兒園教學(xué)樓地基出現(xiàn)不均勻變形、地圈梁在支座處出現(xiàn)“倒八字”形剪切裂縫等異常。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果也說(shuō)明了這一點(diǎn)。

綜上，幼兒園教學(xué)樓在原地勘報(bào)告有誤導(dǎo)致地基承載力不足、擅自加層導(dǎo)致抗震承載力不足以及打樁施工不當(dāng)?shù)染C合因素的影響下，出現(xiàn)開(kāi)裂、變形等異常。

5 結(jié)語(yǔ)

1）教學(xué)樓出現(xiàn)開(kāi)裂、變形的原因?yàn)榻虒W(xué)樓自身存在地基承載力不足、抗震承載力不足以及打樁施工不當(dāng)。

2）嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范及設(shè)計(jì)文件進(jìn)行打樁施工是保證周邊建筑物安全的重要前提之一，切勿為了趕工期，盲目進(jìn)行打樁施工。

3）在打樁施工前，建議委托第三方檢測(cè)單位對(duì)周邊房屋進(jìn)行證據(jù)保全，以便可以較為全面地了解周邊房屋的安全現(xiàn)狀，做到心中有數(shù)，必要時(shí)應(yīng)會(huì)同相關(guān)單位調(diào)整施工方案，以確保周邊建筑物及人員的安全。