某工程樁身檢測存有三類樁的案例分析

馬 凱 張嬋嬋

1 概述

設計院某工程在開挖基坑后發現樁已經發生了傾斜甚至彎斷。雖然國內有關規范已制定相應的條款,要求加強開挖基坑的防護,避免邊坡失穩,但由于對軟弱地基深開挖基坑下土的側向流動和樁的受力機制重視不夠,或者未能嚴格按照規范要求組織施工,以致這類工程事故時有發生。

2 軟土的物理力學性質

軟土一般是指在靜水或緩慢流水環境中以細顆粒為主的近代沉積物。由于各類軟土的成因條件不同(沿海、內陸或山區),導致土的結構強度上有差別,雖然土的物理性質指標相近,但力學性質往往有所不同。

濱海沉積是在較弱的海浪岸流及潮汐的水動力作用下,逐漸沉積淤成。表層硬殼厚0 m～3 m,下部為淤泥夾粉、細砂透鏡體,淤泥厚5 m～60 m,常見貝殼及海生物殘骸,表層硬殼之下,局部有薄層泥炭透鏡體。濱海相淤泥常與礫砂相混雜,極疏松,透水性強,易于壓縮固結,三角洲相多薄層交錯砂層,水平滲透性較好。瀉湖相、溺谷相淤積一般更深,松軟。軟土的天然含水量高、孔隙比大、透水性低、高壓縮性、抗剪強度低。軟土具有絮凝結構,是結構性沉積物,具有觸變性。當其結構未被破壞時,具有一定的結構強度,但一經擾動,土的結構強度便被破壞。

軟土具有流變性,其中包括蠕變特性、流動特性、應力松弛特性和長期強度特性。蠕變特性是指在荷載不變的情況下變形隨時間發展的特性;流動特性是土的變形速率隨應力變化的特性。

根據土的蠕變特性,基坑開挖較淺時,坡下土中偏應力水平較低,土的側向位移較小,主要為彈性瞬間位移;開挖較深時,土的側向瞬時位移增加,并伴有緩慢的穩定蠕動;開挖到足夠深時,坡下軟土層中的偏應力達到屈服值,土將產生較大的加速蠕變,直到最后破壞(見圖1)。

從查閱的資料來看,某工程基坑開挖后,打入的幾百根樁中,大量樁發生傾斜并有折斷。為補強,在樁群外圍加打幾十根樁。經過一段時間,補樁也全部傾斜。事實表明,軟土的蠕變持續發展,可以達到相當可觀的程度。

3 實例分析

1)工程概況。某民用建筑,剪力墻結構,基礎為預應力混凝土管樁。2)工程地質條件。擬建工程場地的原始地貌為海積階地及濱海地貌,因工程建設需要,形成如今的填海地貌,現地勢較平坦。①-1層:素填土,層厚1.50 m～10.20 m;①-2層:淤泥混砂,層厚 0.50 m～ 6.00 m;①-3層:塊石,層厚 0.50 m～ 10.00 m;②層:海沖擊層(粉質黏土),層厚0.50 m～4.20 m;③層:殘積層(黏土),層厚2.00 m～15.10 m;④-1層:全風化泥巖,層厚 0.50 m～11.00 m;④-2層:強風化泥質砂巖,層厚 0.70 m～12.30 m;④-3層:中風化泥巖,層厚1.50 m～5.40 m。3)事故情況和分析。檢測中心對36根建筑中心樁樁身全部進行了低應變檢測,其中有20根為三類樁,已影響樁身結構承載力,樁身質量缺陷部位的標高在-10 m上下(該標高處于淤泥層與中密、致密土層結合處)。根據現場實測觀察,基坑四周均出現了50 mm～80 mm的縱向裂縫,頂部土方標高均有200 mm～300 mm的沉降,土方開挖后該部位的樁身有明顯的傾斜現象(偏向西側)。根據勘察測繪院提供的勘察報告顯示,在標高為-7 m上下均存在1 m～4 m厚的淤泥層。中心樁基坑開挖過程中由于四周土體自重及東側振動荷載(東側為土方運輸坡道,供土方運輸車輛行駛)的影響使得淤泥層上部土層向基坑低處方向滑動,從而帶動淤泥層以上樁身跟土層一起滑動(開挖順序自西向東分層開挖),而淤泥層下部樁身均處于中密或致密土層中,受到一定的約束作用,樁身在淤泥層產生應力集中而破壞。淤泥層土呈飽和狀態,流塑性很大,該層土基本無抗剪能力。本工程在基坑開挖過程中,未采取有效的樁身保護措施,邊坡支護也不合理,土方開挖時對地質條件影響因素考慮不全面,對軟土物理力學性質的認識也不充分。4)工程結論。造成本次質量事故的主要原因是地質條件的影響,其次是施工過程中考慮問題不全面。從承包模式看,基坑支護施工一般都實行分包,有些是業主直接將基坑工程分包給了專業公司,然后納入總承包單位管理;另一種模式是業主將基坑任務交給了總承包單位,再由總承包單位進行分包。前一種模式因業主將任務直接分包,故在總承包單位管理時易出現管理難的問題,而后一種模式容易出現工程質量問題。

4 結語

1)土的水平位移能使置于該土中的樁產生較大的彎曲和撓曲變形。因而若在軟弱地基上進行深基坑開挖,應考慮采用有效的支擋圍護措施,以避免坑底軟土產生過大的水平位移,防止樁基產生過大的撓曲變形以致受彎折斷。2)承受土體水平位移樁的嵌固深度對樁身彎矩值影響較大,樁身最大彎矩點在嵌固土層的頂面附近(見圖2)。相同情況下嵌固深度越大,樁身彎矩也就越大。但增加嵌固深度對減少樁頂水平位移的作用并不十分顯著,特別當樁穿越產生較大水平位移的軟土層,且軟土層厚度較大時,幾乎不起作用。因而在軟弱地基深挖基坑時,若試圖靠增加樁的嵌固深度來減少樁的傾斜,不但作用不明顯,還會增加樁身彎斷的可能。3)對于承受土體水平位移的樁,其抗彎剛度對樁身彎矩值也有較大影響,但對樁頂水平位移影響不大。其他條件均相同時,樁的抗彎剛度愈大,樁身彎矩亦愈大,而樁頂水平位移減小則不明顯。因此在類似工程設計時,為了防止混凝土開裂和彎斷,考慮采用預壓力鋼筋混凝土或適當提高樁截面配筋率,比提高樁身混凝土強度和增大樁的截面尺寸更有效。

[1] 茜平一.軟弱地基深挖基坑中樁的受力分析[J].巖土工程學報,1993(5):48-49.

[2] 石 明.建筑工程深基坑的支護設計與施工管理[J].建筑與裝飾,2008(21):67-68.

[3] 張海波.采用排樁和混凝土內支撐體系的深基坑支護技術[J].建筑技術,2009(2):23-25.

[4] 包海峰.廣州某周圍復雜環境的深基坑支護案例分析[J].基礎工程設計,2009,3(17):81-84.