某工程靜壓樁在泥巖持力層中的事故分析與啟示

姜清理

(汕頭市測試技術研究院,廣東汕頭 515041)

1 靜壓樁及豎向抗壓靜載試驗

1.1 靜壓樁

靜壓樁是指通過機械液壓操作,采用全液壓夾持樁身向下施壓的沉樁。施工具有易操作,無噪音,振動小,樁位定點精確等特點。

1.2 豎向抗壓靜載試驗

本試驗采用靜壓樁機作壓重平臺反力裝置。壓重平臺反力裝置作為荷載反力,將不小于最大試驗荷載 1.2倍的荷重在試驗開始前一次性加上平臺,試驗時用油壓千斤頂分級加載。由樁頂兩個正交直徑方向對稱安裝 4個百分表按規定時間測定樁的沉降量。試驗按《建筑地基基礎檢測規范》(DBJ 15-60-2008)相關規定進行。試驗有慢速維持荷載法和快速維持荷載法兩種。靜載試驗的優點是受力條件接近樁基礎的實際受力狀況,其結果直觀,可靠性高,一般條件下檢測結果可作為設計依據。

2 工程實例

2.1 工程概況

本工程是東莞市大朗鎮某針織廠一期擬建 5層廠房 2幢和 4層辦公樓 1幢。樁基礎采用 400管樁,設計樁長 22 m,以中風化泥巖為樁底持力層。設計單樁豎向承載力特征值為 1 200 kN。開工前,按設計要求先對A區廠房 1幢 7號樁施工后試驗。由 YZY 400型液壓樁機施壓,配樁(11+11)m。東莞市質監站和廠方委托我院采用慢速維持荷載法試驗,為設計和施工提供依據。試驗荷載量結果及 Q～s曲線圖見圖 1。當荷載為 2 400 kN時累計沉降量為 31.44mm,該樁豎向極限承載力符合設計要求。之后按照試樁的施工工藝、技術參數進行全面施工。全部基樁施壓完畢,由于工期緊,13 d后受委托對 A區廠房 1幢 22號和廠房 2幢 9號樁采用快速維持荷載法靜載試驗。試驗結果竟與初期試樁結果相異,當試驗至最大加載 2 400 kN時,二者累計沉降量均超過 40mm,Q～s曲線出現明顯陡降段。綜合分析判定其豎向極限承載力為 2 160 kN,均未達到設計要求。兩樁試驗荷載與沉降 Q～s曲線圖分別見圖 2和圖 3。

圖1 1-7#荷載與沉降 Q-s曲線

圖2 1-22#荷載與沉降 Q-s曲線

2.2 工程地質資料

根據地質報告鄰近三樁的鉆孔ZK15地層如表1。

3 靜荷載傳遞機理及事故分析

3.1 靜荷載傳遞機理

當靜荷載施加于樁頂,上部樁身首先發生壓縮而向下位移,于是側面受到土阻力(摩阻力)的作用。荷載在向下傳遞的過程中必須不斷克服這種摩阻力,樁身軸向力沿著深度增加而逐漸減小。及至樁端,樁身軸向力與樁端土反力相平衡,同時使樁端土發生壓縮,致使樁身進一步下沉,樁側摩阻力進一步發揮。隨著每級荷載的逐漸增加,上述過程周而復始地進行,直到荷載穩定。

由于樁身壓縮量的積累,上部樁身的下沉總大于下部,因此上部樁身的摩阻力總是先于下部發揮出來;上部樁的摩阻力達到極限后就保持不變或有所減小。隨著荷載的增加,下部樁身的摩阻力將逐漸調動出來,直到整個樁身的摩阻力全部達到極限。繼續增加荷載,樁側極限摩阻力幾乎保持不變,增加量直接傳到樁底,最后樁端荷載達到樁端土的極限承載力,樁身便不停滯地下沉,樁達到真正的破壞,此時的荷載稱為樁的極限荷載或工程上的破壞荷載。

3.2 事故分析

(1)本工程場地寬闊,沉樁過程中不會存在嚴重的擠土效應,排除了因擠土而明顯上浮的可能。

(2)在事故分析會上,大家都談到為了趕工程進度,冒雨進行施工,而第一根試樁天氣良好。靜壓樁屬于擠土樁。剪切和擠土效應可提高工程樁的側摩阻力;但它可能產生不良效應,本工程擠壓導致樁側、樁底周邊裂縫發育,在沒有及時降水、排水情況下,雨水和地下水的共同作用,水向裂縫運動,使樁底周邊巖石軟化,持力層性質發生變化,其抗剪、抗壓強度明顯降低。

另外,參照地質資料的數據和要求進入持力層的深度不小于 1.0 m,根據《建筑地基基礎規范》GB 5007-2002中(8.8.5—1)公式對單樁豎向承載力估算:

將試驗結果和估算值進行比較可以看出,初期試樁合格是因為樁側摩阻力和樁底端承力共同作用,而后期兩試樁極限承載力判定為 2 160 kN,是近似樁側摩阻力特征值 1 012 kN的 2倍。根據靜荷載傳遞機理分析出樁側在較小位移下發揮出來,但在雨水的作用下,接近樁底巖層和樁底泥巖出現軟化,其抗剪、抗壓強度明顯降低,樁端體系側摩阻力或樁端承力發揮效率甚低,樁端承力的發揮需要較大位移,因而形成突變陡降型 Q～s曲線。

4 事故處理與啟示

綜上分析,施工過程樁土體系被擠壓和剪切,在雨水和地下水共同作用下泥巖巖性發生變化,樁端體系巖層抗壓、抗剪強度明顯降低,阻力沒法充分發揮是造成本次工程事故的主要原因。本工程處理方案是對每樁進行加載※持荷※卸載復壓 2～3次,同時采用降水、排水消除孔隙水壓力,使土體孔隙水在短時間內排出,在壓樁擠土應力作用下使土體快速固結,從而有效地提高樁側和樁底阻力,以滿足單樁承載力設計要求。

本次事故出在持力層為軟巖,在相似的地區有較多啟示。勘探單位應提供盡可能詳細的勘探資料,為不同巖層或持力層提供豐富的巖土設計參數;其次設計單位應根據地質條件設計方案,重視上述問題,承載力設計時應有合理體現;第三加強施工隊伍的監管,避免雨季施工,樁尖宜采用封口對稱飽滿雙層焊接,嚴格遵守壓樁施工線路避免明顯擠土,必要時采用降水、排水消除孔隙水和復壓處理。同時加強施工監理工作,重視基樁質量檢測工作,及時消除工程隱患。

[1]DBJ 15-60-2008建筑地基基礎檢測規范[S]

[2]王雪峰.動態測試技術原理及應用[M].武漢:巖海公司,1996

[3]GB 5007-2002建筑地基基礎設計規范[S]