深厚軟土場(chǎng)地傾斜基樁處理及加載試驗(yàn)分析

劉小麗，朱進(jìn)軍，邵 勇

(連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 連云港 222006)

0 引 言

在軟土地區(qū)進(jìn)行工程建筑時(shí)，經(jīng)常采用樁基礎(chǔ)以應(yīng)對(duì)工程性質(zhì)較差的軟土。但是正因?yàn)檐浲恋木壒?，樁基礎(chǔ)在使用過程中也出現(xiàn)了樁基傾斜等問題。由于樁基在軟土中的水平向承載能力較低，在施工過程中稍有擾動(dòng)就形成側(cè)向位移，導(dǎo)致樁體移位及樁身斷裂?；娱_挖、樁機(jī)荷載、土方堆放等因素均可導(dǎo)致樁基傾斜，內(nèi)力弱化糾偏技術(shù)[1-3]，即弱化傾斜樁周圍土體強(qiáng)度后進(jìn)行牽引糾偏，是軟土地區(qū)一種有效的處理措施，其他處理方法有補(bǔ)樁、加強(qiáng)樁周土體、提高承臺(tái)及連梁剛度等[4-5]。蔡明興[6]分析了某傾斜樁工程實(shí)例，采用了打設(shè)鋼板樁、預(yù)制混凝土樁、加強(qiáng)承臺(tái)連接等措施，并取得了良好效果。陳玲旭等[7]在處理傾斜樁中采用了加強(qiáng)淺層土體、加設(shè)承臺(tái)連梁、補(bǔ)樁等措施。楊觀正等[8]分析了基坑開挖、施工擾動(dòng)等因素對(duì)樁基的影響，并提出采用牽引糾偏、鋼筋混凝土灌實(shí)樁芯、斷裂續(xù)接等措施對(duì)傾斜樁基進(jìn)行處理。徐從榮等[9]通過對(duì)某工程實(shí)例的加載試驗(yàn)研究認(rèn)為，部分傾斜樁對(duì)基礎(chǔ)承載力影響不大，提出僅對(duì)部分傾斜樁進(jìn)行補(bǔ)充樹根樁，并增加基礎(chǔ)剛度的方法處理傾斜樁事故。筆者對(duì)傾斜樁不加處理直接利用進(jìn)行的承載力數(shù)值分析認(rèn)為，承臺(tái)-傾斜樁體系的承載力并未明顯降低，在一定傾斜程度內(nèi)傾斜樁具備直接利用的條件[10-12]。

本文以連云港海相軟土地區(qū)某樁基傾斜事故為例，分析了樁基傾斜的原因，介紹了傾斜事故的處理措施，并采用變形監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)處理措施進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該工程并未對(duì)全部?jī)A斜樁進(jìn)行處理，但是在房屋主體完工后進(jìn)行了加載試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，這種處理措施能夠滿足工程需求，且大大節(jié)省了工程造價(jià)，是一次成功的事故處理。

1 工程背景

1.1 工程概況

該建筑物地上6層，地下1層，采用框架結(jié)構(gòu)，建筑占地面積約5 400 m2?；A(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，采用預(yù)應(yīng)力管樁型號(hào)為PHC-500(110)，共157根樁，樁長(zhǎng)大部分介于15～22 m之間。單樁豎向承載力特征值為1 100 kN，極限承載力為2 400 kN。基坑開挖深度約4.5 m，采用預(yù)制鋼筋混凝土水平桁架支撐+預(yù)應(yīng)力管樁支護(hù)形式，基坑長(zhǎng)度約125 m。

場(chǎng)區(qū)基底以上各土層水平向分布較為穩(wěn)定，土體強(qiáng)度變化不大，垂直方向上土層種類多，強(qiáng)度變化較大，對(duì)本工程影響最大的是淤泥層，強(qiáng)度低，工程性質(zhì)極差，主要土層描述如下：

(1)素填土。主要由黏性土組成，為新近人工填土，松散，均勻性較差，厚0.5～1.5 m。

(2)黏土。分布于場(chǎng)地表層，強(qiáng)度低，為高壓縮性土，工程性能較差，厚0.5～1.0 m。

(3)淤泥。土質(zhì)均勻，厚度大，高壓縮性，強(qiáng)度低，易觸變，當(dāng)?shù)鼗艿秸駝?dòng)荷載后，易產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)、沉降及基底面兩側(cè)擠出等現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑物沉降量增大和發(fā)生不均勻沉降，工程性能極差，厚6.5～12.6 m。

(4)粉質(zhì)黏土夾粉土。分布穩(wěn)定，強(qiáng)度較高，工程性能較好，厚2.2～4.5 m。

(5)粉土。密實(shí)，土質(zhì)均勻一般，工程性能一般，厚1.5～2.7 m。

(6)粉質(zhì)黏土。土質(zhì)均勻，壓縮性較高，工程性能一般，厚1.2～2.1 m。

(7)粉砂夾粉土。壓縮性中等，工程性能較好，厚2.2～4.5 m。

1.2 樁基傾斜統(tǒng)計(jì)

圖1為工程樁傾斜偏移量分布。從圖1可以看出，偏移量約500 mm的樁占大多數(shù)，約為45%；偏移量在100 mm以內(nèi)的工程樁為28根，即傾斜程度在0.5%以內(nèi)；偏移量在100 mm以上的有129根。對(duì)所有傾斜樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，Ⅰ類樁57根，Ⅱ類樁38根，Ⅲ類樁62根。從傾斜程度和樁體分類來看，Ⅰ類樁的偏移量一般不超過200 mm；Ⅱ類樁的偏移量一般不超過400 mm，樁身存在不同程度的裂縫；偏移量大于600 mm的樁大多數(shù)為接頭破壞或樁身嚴(yán)重?cái)嗔?，為Ⅲ類樁?/p>

圖1 樁基偏移量分布

1.3 傾斜事故分析

經(jīng)過對(duì)相關(guān)勘察、設(shè)計(jì)、施工等資料進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)樁基傾斜規(guī)律及傾斜特點(diǎn)，認(rèn)為基坑傾斜主要有以下2個(gè)方面的原因：

(1)場(chǎng)地土體軟弱，樁周土體側(cè)向剛度較差，在外部擾動(dòng)如土方開挖形成的不平衡力、施工機(jī)械產(chǎn)生的荷載等作用下，樁體極易產(chǎn)生傾斜[1-3]。

(2)基坑支護(hù)體系的失效?；又ёo(hù)采用預(yù)制管樁+單層混凝土支撐方案，由于支護(hù)樁與圍檁連接失效，支護(hù)樁最大水平變形達(dá)1.5 m，向坑內(nèi)傾斜，并對(duì)工程樁形成擠壓，最終導(dǎo)致工程樁大量?jī)A斜，甚至有個(gè)別樁的位移量達(dá)1.2 m?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)見圖2。

圖2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)

2 傾斜樁承載性狀分析及處理

2.1 傾斜樁利用可行性

經(jīng)過前期的分析認(rèn)為[10-12]，傾斜樁與承臺(tái)連接后，部分樁體的傾斜對(duì)整個(gè)體系的承載力影響并不是很大，僅對(duì)樁體的受力特征、水平位移存在影響，樁體傾斜程度在一定范圍內(nèi)可以直接利用，其閥值為6%，即樁體傾斜程度在6%以內(nèi)時(shí)可以直接利用。

2.2 處理措施

本次傾斜事故處理措施為補(bǔ)鉆孔灌注樁及管樁空腔內(nèi)灌注鋼筋混凝土。鉆孔灌注樁直徑700 mm，采用C35級(jí)抗?jié)B混凝土，單樁豎向承載力特征值1 100 kN，樁端進(jìn)入持力層約2 m，主要是針對(duì)Ⅲ類樁。管樁腔內(nèi)用C45級(jí)微膨脹混凝土灌實(shí)，內(nèi)配6根直徑為22 mm的一級(jí)鋼筋，主要是針對(duì)Ⅱ類樁，見圖3。從傾斜樁的傾斜程度來看，當(dāng)傾斜程度超過3%即偏移量達(dá)600 mm以上時(shí)，加設(shè)鉆孔灌注樁。當(dāng)傾斜程度達(dá)1.5%即偏移量達(dá)300 mm以上時(shí)，采用灌實(shí)管樁空腔的措施。

圖3 管樁空腔灌實(shí)混凝土

根據(jù)GB 13476—2009《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》[13]，樁體傾斜達(dá)0.5%時(shí)即需要處理。根據(jù)前期的數(shù)值試驗(yàn)研究認(rèn)為，樁體傾斜程度在一定范圍內(nèi)并未降低其承載力，特別是經(jīng)過承臺(tái)連接后，樁體傾斜程度在6%以內(nèi)時(shí)，樁-承臺(tái)體系的承載力并未降低，因此認(rèn)為上述處理措施能夠滿足工程要求。

3 加載試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證傾斜樁處理措施的可靠性，分析其對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，在房屋主體結(jié)構(gòu)完工時(shí)進(jìn)行了加載試驗(yàn)，檢測(cè)樁基的變形問題，由于缺乏專門性規(guī)范，因此加載試驗(yàn)參照J(rèn)GJ8—2016《建筑降變形測(cè)量規(guī)范》、GB/T 50784—2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等進(jìn)行。

3.1 加載方法

采用地下室水池注水和樓板重物堆載法，根據(jù)設(shè)計(jì)要求逐級(jí)加載，每級(jí)荷載1次加足，且均勻分布。加載步驟遵循先地下室注水，后樓面板堆載，加載量嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，嚴(yán)格控制加載限值，避免在加載過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)脆性破壞、失穩(wěn)或重物墜落等情況。加載分級(jí)情況見表1。

表1 加載分級(jí)

3.2 觀測(cè)要求

每級(jí)荷載施加后開始計(jì)算維持荷載時(shí)間，同時(shí)開始觀測(cè)沉降，維持時(shí)間為7 d，加載后第1、3、7 d觀測(cè)沉降；當(dāng)后3次觀測(cè)沉降值穩(wěn)定不變化或趨于收斂再施加下一級(jí)荷載；當(dāng)加載到最大加載量時(shí)，正常觀測(cè)維持時(shí)間7 d后，繼續(xù)維荷49 d，每7 d觀測(cè)沉降1次。加載結(jié)束后沉降長(zhǎng)期觀測(cè)。

當(dāng)某級(jí)荷載作用下，任何1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)沉降值持續(xù)變大，應(yīng)立即停止加載，分析原因，確認(rèn)觀測(cè)點(diǎn)部位構(gòu)件是否發(fā)生破壞或變形過大，保證建筑物未發(fā)生影響正常使用的問題后，方可繼續(xù)加載。

3.3 安全措施

在每次觀測(cè)作業(yè)前，測(cè)量人員均應(yīng)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)周圍情況和路線進(jìn)行了解，并對(duì)跑尺和記錄人員交底。所有觀測(cè)人員在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)前需戴好安全帽，并密切配合，爭(zhēng)取快速，準(zhǔn)確地完成任務(wù)。加載過程中，應(yīng)有專人進(jìn)行巡視檢查，如發(fā)現(xiàn)有較大變形或構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，立即停止試驗(yàn)，撤離現(xiàn)場(chǎng)。

4 加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本次監(jiān)測(cè)共設(shè)置48個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全部位于1層柱身表面，距離室內(nèi)地平以上1.7 m左右，分6級(jí)加載，最終的加載量為56 kN/m2。選取沉降量較大的3個(gè)點(diǎn)(點(diǎn)號(hào)為06、18、34)進(jìn)行了展示，加載試驗(yàn)沉降曲線見圖6。從圖4可知，前3級(jí)加載對(duì)應(yīng)的沉降速率較大，這是由于前3級(jí)荷載量較大，為39 kN/m2，占總荷載的70%。以監(jiān)測(cè)點(diǎn)C34為例，加載全部完成7 d后沉降量為1 mm，56 d后沉降量為1.2 mm。其他各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量均未超過1.2 mm，沉降速率僅為0.004 mm/d。加載試驗(yàn)的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，前期的傾斜樁處理措施完全滿足工程需求。

圖4 加載試驗(yàn)沉降

該工程已竣工，后續(xù)沉降觀測(cè)一直在進(jìn)行中。截至目前，已累計(jì)得到21個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，見圖5。經(jīng)過630 d的監(jiān)測(cè)，最終沉降量最大值為1.1 mm。圖5中監(jiān)測(cè)起點(diǎn)沉降量與圖4中終點(diǎn)沉降量不一致，原因?yàn)樾遁d后有所回彈，致使沉降量減小。圖6為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終沉降，相鄰兩點(diǎn)最大沉降差約為0.5 mm。

圖5 竣工后房屋沉降

圖6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終沉降

從加載試驗(yàn)沉降監(jiān)測(cè)以及完工后的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，該傾斜樁事故的處理措施達(dá)到了預(yù)期效果，經(jīng)過近2年的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，最終沉降僅為1 mm左右，且沉降差僅為0.5 mm左右。本次事故處理中發(fā)現(xiàn)，樁基傾斜量在300 mm以內(nèi)時(shí)樁身完整性較好，因此對(duì)這部分樁并未采取處理措施，但是通過后期的沉降監(jiān)測(cè)顯示完全符合工程要求，即傾斜程度在1.5%以內(nèi)的樁基無需處理。當(dāng)然，這一限值主要與樁周土體的強(qiáng)度有關(guān)，土體強(qiáng)度越小，這一限值會(huì)越大，因?yàn)橥馏w強(qiáng)度越低對(duì)樁基的約束越小。

從工程造價(jià)角度來看，按照規(guī)范要求，樁基傾斜程度在0.5%以上時(shí)需處理后方能使用。本文工程實(shí)例需處理樁數(shù)為129根，而在本次事故處理中僅對(duì)98根傾斜樁進(jìn)行了處理，其中41根樁進(jìn)行了空腔灌實(shí)，57根樁進(jìn)行了補(bǔ)樁，大大節(jié)省了工程造價(jià)。

5 結(jié) 語

在深厚軟土場(chǎng)地使用樁基時(shí)，極易產(chǎn)生傾斜事故，對(duì)大量?jī)A斜樁進(jìn)行處理時(shí)無疑增加了工程造價(jià)，造成資源的浪費(fèi)。本文僅對(duì)連云港某傾斜樁基傾斜程度在1.5%以上的樁基進(jìn)行了處理，完工后近2年的沉降監(jiān)測(cè)顯示，建筑物的沉降僅為1 mm左右，說明此次事故處理方案是可靠的。因此，軟土場(chǎng)地樁基發(fā)生傾斜事故時(shí)，其傾斜程度限值可適當(dāng)放寬，以節(jié)約工程造價(jià)。