某高層建筑鉆孔灌注樁承載力缺陷原因分析及處理方案

袁 強(qiáng)

（中信建筑總院有限公司，湖北 武漢 430010）

1 工程概況

國內(nèi)某住宅項(xiàng)目地下2層地上35層，建筑高度115.0 m，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全等級(jí)一級(jí)，地（樁）基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)。根據(jù)勘察報(bào)告，該工程所處場地地質(zhì)條件見表1和圖1。

表1 場地地質(zhì)條件Table 1 The geological condition

圖1 典型地質(zhì)剖面Fig.1 Typical geologic section

場區(qū)內(nèi)場地土類型為中軟場地土，場地類別為Ⅱ類建筑場地，無發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，屬抗震一般地段，屬可進(jìn)行建設(shè)的一般場地。場地不存在地震液化影響。場區(qū)地下水為賦存于雜填土中的上層滯水及砂層中的孔隙承壓水以及下部基巖中的裂隙水。地下水及場地土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性。

2 原樁基設(shè)計(jì)過程

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果及地質(zhì)勘察情況，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較，原設(shè)計(jì)采用樁+承臺(tái)基礎(chǔ)形式。樁基采用直徑800 mm鉆孔灌注樁，要求以⑤-2中風(fēng)化泥巖為持力層，入巖0.8 m。中風(fēng)化泥巖Frk=21.83 MPa，介于較硬巖與軟巖之間。經(jīng)計(jì)算，考慮樁端及樁側(cè)后注漿，有效樁長計(jì)算特征值為4 950 kN；僅考慮樁端后壓漿，有效樁長計(jì)算特征值為4 000 kN。兩種情況下樁端后壓漿提高系數(shù)均取 1.0，即樁端后壓漿僅作為安全儲(chǔ)備。

根據(jù)規(guī)范要求，試樁根數(shù)為3根，試樁均采用樁端及樁側(cè)后注漿，樁側(cè)后注漿土層范圍為第 3層～第4-4層，深度34～36 m，由于試樁樁頂標(biāo)高位于自然地面，實(shí)際工程樁樁頂標(biāo)高距自然地面10.5 m，試樁靜載用極限承載力需考慮這段土的側(cè)阻力。經(jīng)計(jì)算側(cè)阻力特征值為300 kN，故試樁極限承載力為：（4 950+300）×2=10 500 kN。實(shí)際試樁結(jié)果：2根試樁極限承載力達(dá)到10 500 kN，滿足設(shè)計(jì)要求，但另一根僅達(dá)到8 600 kN極限承載力?？鄢こ虡稑俄斠陨贤恋淖饔?，工程樁特征值僅為?，F(xiàn)場初步判斷該試樁樁側(cè)后壓漿施工不到位。由于準(zhǔn)確判明原因需做較多檢測，結(jié)合工期要求，甲方同意根據(jù)試樁結(jié)果，將工程樁設(shè)計(jì)承載力特征值調(diào)整為4 000 kN，同時(shí)要求和試樁成樁工藝一致，采用樁端樁側(cè)后壓漿。根據(jù)甲方來函，設(shè)計(jì)院對(duì)原設(shè)計(jì)樁位布置平面進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。調(diào)整后的設(shè)計(jì)成果詳見圖 2。圖中虛線為承臺(tái)范圍線，承臺(tái)中引出的數(shù)字為上部結(jié)構(gòu)作用在承臺(tái)上的D+L（恒載+活荷載）標(biāo)準(zhǔn)值。

圖2 樁位平面圖Fig.2 Pile site plan

3 工程樁檢測結(jié)果及缺陷分析

工程樁施工完畢后，檢測單位根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求在工程樁中抽取3根檢驗(yàn)樁進(jìn)行工程樁承載力靜載荷試驗(yàn)。靜載荷試驗(yàn)采取慢速維持荷載法，試驗(yàn)前對(duì)檢驗(yàn)樁進(jìn)行了小應(yīng)變檢測，均為I類樁。但檢測結(jié)果呈現(xiàn)3根工程檢驗(yàn)樁靜載檢驗(yàn)均不合格，最低壓到 5 312 kN破壞，僅達(dá)到設(shè)計(jì)要求的。

經(jīng)專家論證，原因分析如下：

（1）后注漿施工不到位。經(jīng)核查施工記錄，由于成樁后未及時(shí)沖開注漿管導(dǎo)致堵塞，造成樁端和樁側(cè)后壓漿量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）樁長控制不到位。設(shè)計(jì)明確要求樁長以進(jìn)入持力層深度為主，但實(shí)際施工時(shí)大部分工程樁僅按最短的有效樁長控制，部分樁端進(jìn)入持力層深度沒有滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）樁底沉渣過厚。由于項(xiàng)目位于市中心，混凝土輸送存在一定限制條件，部分樁成孔后等待澆筑時(shí)間較長，且澆筑前未應(yīng)進(jìn)行二次清孔，導(dǎo)致樁底沉渣過厚。

如前文所示，不考慮后壓漿，樁承載力特征值根據(jù)地勘計(jì)算可以達(dá)到4 000 kN。

但根據(jù)工程樁的靜載檢測結(jié)果，已施工工程樁特征值僅為2 656 kN。

結(jié)合試樁和工程樁靜載結(jié)果分析，后壓漿沒有施工到位是導(dǎo)致試樁出現(xiàn)承載力 4 000 kN的主要原因。樁基施工單位清楚這一過程，工程樁承載力調(diào)整到4 000 kN后，樁基施工單位對(duì)后壓漿施工存在僥幸心理。具體施工時(shí)由于對(duì)試樁結(jié)果的盲目自信，搶進(jìn)度的同時(shí)忽視質(zhì)量管控。在沒有充分理解設(shè)計(jì)意圖的情況下盲目施工，施工管理及施工工藝控制失控，造成第2、3項(xiàng)問題也一并出現(xiàn)。

4 樁基處理方案

根據(jù)后壓漿灌注樁處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)缺陷樁補(bǔ)充進(jìn)行樁端樁側(cè)后壓漿等補(bǔ)強(qiáng)處理，承載力提高極其有限，而且還需要做大量的檢測工作，費(fèi)效比很低。

同時(shí)類似問題在處理過程中不宜對(duì)原工程樁進(jìn)行過多的鉆芯檢測，主要原因如下：

（1）工程樁沒有預(yù)埋取芯導(dǎo)管，很難取芯到樁底。

（2）部分施工單位往往選擇將入巖好的樁取芯結(jié)果上報(bào)，容易掩蓋實(shí)際情況。

本工程僅對(duì)靜載樁進(jìn)行鉆芯取樣，探明樁長、樁底沉渣情況及樁身質(zhì)量，驗(yàn)證了之前的缺陷判斷。取芯全過程委托了獨(dú)立的第三方檢測單位，甲方全程旁站。

基于以上情況，設(shè)計(jì)建議不再對(duì)已施工工程樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，直接依據(jù)工程檢驗(yàn)樁靜載的最不利結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)樁處理。

補(bǔ)樁可以采用預(yù)應(yīng)力管樁或鉆孔灌注樁兩種樁型。采用預(yù)應(yīng)力管樁補(bǔ)強(qiáng)相對(duì)便捷，但由于管樁抗側(cè)力較差，當(dāng)建筑物高度超過75 m時(shí)不宜采用。且管樁樁端持力層無法與原工程樁一致。經(jīng)研究決定采用與原工程樁一致的樁型進(jìn)行補(bǔ)樁處理。本項(xiàng)目補(bǔ)樁樁徑與原設(shè)計(jì)一致，當(dāng)樁徑不同時(shí)需要補(bǔ)充試樁檢驗(yàn)。目前多地有明文規(guī)定：當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)樁與原有樁直徑不同時(shí)，可按平均樁徑計(jì)算最小中心距。

本工程補(bǔ)樁承載力特征值參考試樁結(jié)果采用4 000 kN，由于已施工工程樁特征值僅按2 560 kN，補(bǔ)樁與已施工樁承載力特征值不同，計(jì)算時(shí)可以通過調(diào)整樁的剛度來實(shí)現(xiàn)。具體計(jì)算步驟如下：

（1）初步估算補(bǔ)樁數(shù)量。根據(jù)總的承載力特征值（G1）、筏板重量（G2）、原工程樁可使用的承載力特征值（F1），以及補(bǔ)樁承載力特征值（F2），可以初步估算出需要補(bǔ)樁的數(shù)量（N2）。

式中：N1為原有樁數(shù)。

（2）初步確定補(bǔ)樁位置，以傳力直接的就近原則布樁，盡量滿足最小樁間距要求。

（3）建模計(jì)算。根據(jù)靜載檢測的加載-位移曲線，分別設(shè)定原工程樁及補(bǔ)樁計(jì)算剛度，工程樁及補(bǔ)樁反力計(jì)算值不得大于設(shè)計(jì)控制值。

（4）設(shè)計(jì)優(yōu)化。補(bǔ)樁數(shù)量以步驟1的結(jié)果為參考。根據(jù)計(jì)算結(jié)果增減或調(diào)整補(bǔ)樁樁位，以將原有工程樁和補(bǔ)樁承載力均能充分發(fā)揮為原則。優(yōu)化調(diào)整的過程實(shí)際也是將群樁的重心盡量接近上部結(jié)構(gòu)重心的過程，使得整體受力更加合理。

根據(jù)就近原則在原設(shè)計(jì)承臺(tái)范圍內(nèi)補(bǔ)樁，經(jīng)常出現(xiàn)樁間距無法滿足規(guī)范允許值。針對(duì)這一情況，可以參考《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）第5.4.1條，復(fù)核補(bǔ)樁后不滿足最小樁間距要求的群樁基礎(chǔ)樁端持力層是否滿足式5.4.1-1的要求。如果滿足，可視為基樁基礎(chǔ)安全。本項(xiàng)目經(jīng)過計(jì)算復(fù)核，可以滿足此條規(guī)范要求。

經(jīng)過以上步驟，本工程最終補(bǔ)了27根800鉆孔灌注樁，補(bǔ)樁情況詳圖 3，圖中虛線為原承臺(tái)范圍線，粗實(shí)線為補(bǔ)樁后形成筏板的范圍線。

圖3 補(bǔ)樁樁位平面Fig.3 Pile site plan of supplementary pile

補(bǔ)樁方案確定后，整個(gè)建筑基礎(chǔ)形式相應(yīng)改為筏板基礎(chǔ)。由于降低了原工程樁單樁設(shè)計(jì)承載力，雖增加了一部分承載力較高的補(bǔ)樁，但經(jīng)計(jì)算分析，筏板厚度可控制在1 600 mm?？紤]原有工程樁已經(jīng)施工完畢，綜合考慮原工程樁頂標(biāo)高現(xiàn)場實(shí)際情況，大筏板厚度定為1 700 mm。

該項(xiàng)目基礎(chǔ)處理后即開始上部結(jié)構(gòu)的正常施工，竣工后已投入使用3年，跟蹤沉降觀測結(jié)果顯示建筑物沉降已經(jīng)穩(wěn)定，最大沉降量25.8 mm，沉降差5.4 mm，均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 論

鉆孔灌注樁作為一種成熟樁型運(yùn)用廣泛。但如果施工工藝或現(xiàn)場施工管理不到位會(huì)嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量?；谠O(shè)計(jì)，應(yīng)盡量降低施工風(fēng)險(xiǎn)，且當(dāng)基樁質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)應(yīng)采取有效應(yīng)對(duì)措施。

（1）樁基設(shè)計(jì)控制原則：鉆孔灌注樁后壓漿施工缺陷會(huì)導(dǎo)致承載力大幅降低。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)，建議設(shè)計(jì)不考慮樁側(cè)后壓漿提高樁基承載力。若樁端入巖較深，考慮經(jīng)濟(jì)及施工便利性需要采用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制承載力提高幅度，根據(jù)規(guī)范要求提高幅度不應(yīng)大于30%。

（2）缺陷樁處理原則：多個(gè)工程實(shí)踐表明，對(duì)有缺陷的工程樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，承載力提高極其有限。應(yīng)根據(jù)工程樁檢驗(yàn)報(bào)告的最不利結(jié)果直接進(jìn)行補(bǔ)樁設(shè)計(jì)及施工，可大幅減少工程處理周期及成本。

（3）補(bǔ)樁設(shè)計(jì)控制原則：首先應(yīng)預(yù)估補(bǔ)樁數(shù)，通過精細(xì)設(shè)計(jì)，將群樁的重心盡量接近上部結(jié)構(gòu)重心，充分發(fā)揮每根樁的承載力，避免過度補(bǔ)樁。同時(shí)盡量控制原有樁與補(bǔ)樁樁間距，若無法控制，應(yīng)根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）第5.4.1條進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。

（4）筏板設(shè)計(jì)厚度控制原則：由于樁承載力打折使用，相應(yīng)筏板厚度一般不大于原設(shè)計(jì)承臺(tái)最大厚度。同時(shí)確定筏板厚度同時(shí)應(yīng)考慮原設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，避免大范圍接樁。