某工程大直徑素混凝土樁復(fù)合地基質(zhì)量問題淺析

黎 明， 高 原， 李 睿， 潘勁昌， 周 煦， 顧 嫚

(成都市建工科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 四川成都 610059)

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某工程大直徑素混凝土樁復(fù)合地基質(zhì)量問題淺析

黎 明， 高 原， 李 睿， 潘勁昌， 周 煦， 顧 嫚

(成都市建工科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 四川成都 610059)

大直徑素混凝土樁復(fù)合地基以其處理后承載力較高、沉降量小、經(jīng)濟(jì)性好、施工速度快等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用到成都地區(qū)。處理效果的關(guān)鍵取決于增強(qiáng)體，在實(shí)施過(guò)程中由于勘察、設(shè)計(jì)、施工等因素處理不當(dāng)將影響到工程質(zhì)量。文章分析了成都地區(qū)某工程大直徑素混凝土樁復(fù)合地基失敗的原因，可供類似工程借鑒。

大直徑素混凝土樁； 復(fù)合地基； 增強(qiáng)體； 質(zhì)量問題

復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的作用。素混凝土樁復(fù)合地基是近年來(lái)被廣泛應(yīng)用的一種復(fù)合地基形式，它與普通樁基礎(chǔ)的區(qū)別在于：樁身不配鋼筋，在基礎(chǔ)與樁之間鋪設(shè)褥墊層，上部結(jié)構(gòu)通過(guò)褥墊層將荷載傳遞到樁和樁間土，使得樁及樁間土的承載力潛能能夠得到充分的發(fā)揮，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)性和適用性，已成為地基處理的一種重要方法。

大直徑素混凝土樁復(fù)合地基在成都地區(qū)有廣泛的應(yīng)用，有大量成功的經(jīng)驗(yàn)，但由于設(shè)計(jì)、施工中某些因素處理不當(dāng)，可能造成工程處理失敗。本文以某一失敗的工程為案例進(jìn)行分析，可供其他工程參考。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

該工程位于成都市天府新區(qū)，擬建建筑物地上33層，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)2層地下室。地勘報(bào)告顯示，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層地層構(gòu)成如下：(1-1)耕土(Q4ml)、(1-2)素填土(Q4ml)、(2)粉質(zhì)黏土(Q4al+pl)、(3)粉土(Q4al+pl)、(4)細(xì)砂(Q4al+pl)、(5)卵石(Q4al+pl)、(6-1)全風(fēng)化泥巖(K2g)、(6-2)強(qiáng)風(fēng)化泥巖(K2g)、(6-3)中等風(fēng)化泥巖(K2g)。各巖土體物理力學(xué)參數(shù)見表1。

場(chǎng)地地下水類型為填土中的上層滯水、砂卵石層中的孔隙潛水和賦存于基巖中的裂隙水。其中孔隙潛水是本場(chǎng)地主要的地下水類型，其水位埋藏較淺，水量豐富，對(duì)本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工影響較大。

2 地基處理設(shè)計(jì)

由于該工程基底以下分布細(xì)砂、松散卵石、稍密卵石和強(qiáng)風(fēng)化泥巖，其承載力及變形不能滿足設(shè)計(jì)要求，需對(duì)以上范圍地基加固處理。設(shè)計(jì)采用素混凝土樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，共布樁182根，設(shè)計(jì)樁間距2.2 m，樁徑800 mm，混凝土強(qiáng)度為C20，正方形布樁。設(shè)計(jì)要求單樁承載力特征值不小于2 100 kN，樁間土承載力特征值不小于360 kPa，樁端以中等風(fēng)化泥巖作持力層，有效樁長(zhǎng)不小于8.2 m，樁端進(jìn)入持力層深度不小于1 m。要求處理后的復(fù)合地基承載力不小于660 kPa，壓縮模量Esp≥35 MPa。設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表1 巖土的工程特性指標(biāo)建議值

表2 3#樓素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)明細(xì)

3 樁基施工概況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解，該工程素混凝土樁施工時(shí)正值成都地區(qū)雨季，施工單位并未設(shè)降水井進(jìn)行降水，只進(jìn)行了地表水明排，導(dǎo)致土層、卵石層處于飽和狀態(tài)；施工單位成孔后采用水下澆筑工藝，但并未使用水下混凝土；混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。部分基樁成孔后由于場(chǎng)地條件限制未及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑。

4 檢測(cè)結(jié)果分析

檢測(cè)單位依據(jù)規(guī)范要求對(duì)該工程素混凝土樁復(fù)合地基進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)、樁間土淺層平板載荷試驗(yàn)及鉆芯法檢測(cè)。因現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量缺陷，經(jīng)各方商議決定后暫停檢測(cè)。截止暫停檢測(cè)為止，共進(jìn)行1個(gè)點(diǎn)樁間土平板載荷試驗(yàn)，2個(gè)點(diǎn)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)及18根樁鉆芯法檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果見表3、表4、圖1。

表3 樁間土淺層平板載荷試驗(yàn)匯總

注：點(diǎn)1位于170#樁旁，樁間土承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 單樁豎向靜載試驗(yàn)匯總

注：依據(jù)JGJ 106-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》4.3.7條第1種情況，某級(jí)荷載下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下的5倍且樁頂總沉降量大于40 mm可以終止試驗(yàn)。

依據(jù)JGJ 106-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》4.4.2第1種情況，對(duì)于陡降性Q-S曲線，取發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值為單樁極限承載力，承載力特征值為單樁極限承載力的一半。

(a) 170#樁Q-S曲線

(b) 179#樁Q-S曲線圖1 靜載荷試驗(yàn)Q～S曲線

由單樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果可知，2根樁在試驗(yàn)過(guò)程中均出現(xiàn)位移急劇增大的現(xiàn)象，Q～S曲線呈陡降型，說(shuō)明2根基樁樁側(cè)、樁端阻力均已完全發(fā)揮，基樁呈脆性破壞。

本次檢測(cè)共抽取18根基樁進(jìn)行鉆芯法檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示：混凝土取芯率低且大部分芯樣破碎不成形，骨料分離，膠結(jié)差，提取困難；樁端以下50 cm巖芯均破碎，不成形，手可掰斷。說(shuō)明鉆芯檢測(cè)的18根基樁樁身完整性、樁身混凝土強(qiáng)度均不滿足設(shè)計(jì)要求。典型鉆芯照片見圖2。

5 原因分析及后期處理

5.1 原因分析

查閱地勘報(bào)告，實(shí)際施工的樁底已進(jìn)入地勘報(bào)告顯示的中風(fēng)化層一定深度，但鉆芯檢測(cè)結(jié)果顯示樁端以下3倍樁徑范圍內(nèi)存在軟弱夾層。鉆芯檢測(cè)結(jié)果和地勘報(bào)告顯示情況存在一定差異，產(chǎn)生差異原因有以下幾點(diǎn)：

(1)成都市天府新區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，中風(fēng)化基巖中夾有強(qiáng)風(fēng)化軟弱層，且分布不均，造成勘察難度大，準(zhǔn)確性降低。建議地勘單位在遇到類似地層時(shí)，適當(dāng)加密勘探孔，對(duì)地質(zhì)情況有更準(zhǔn)確的把握。

(2)在進(jìn)行基樁施工時(shí)地下水位較高，泥巖遇水易軟化，僅依靠旋挖機(jī)取芯筒中的巖芯樣判定持力層誤差很大，施工單位對(duì)地勘報(bào)告準(zhǔn)確度的復(fù)核難度很大。建議在類似場(chǎng)地進(jìn)行基樁施工時(shí)，施工單位應(yīng)多與設(shè)計(jì)、地勘單位溝通，保證施工工藝、流程適應(yīng)場(chǎng)地條件，必要時(shí)應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)樁施工。

(3)鉆芯檢測(cè)的18根樁樁身混凝土均存在破碎段，質(zhì)量問題高度一致。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該棟樓混凝土澆筑時(shí)與地勘階段相比，地下水位較高，地下水豐富。施工單位并未根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整施工方案，現(xiàn)場(chǎng)未進(jìn)行降水，仍按原設(shè)計(jì)采用水下混凝土澆筑施工工藝，但并未按設(shè)計(jì)使用水下混凝土，這是導(dǎo)致混凝土酥松、離析的主要原因。C20現(xiàn)澆混凝土在地下水豐富的環(huán)境中會(huì)引發(fā)水灰比易改變、強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢、分層離析等不良問題。

(4)170#、179#共計(jì)2根樁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)承載力均不滿足設(shè)計(jì)要求。此2根樁靜載檢測(cè)的破壞形式均為脆性破壞(在破壞荷載之前，沉降量正常，到達(dá)破壞荷載時(shí)，沉降迅速放大直至達(dá)到終止試驗(yàn)條件)。結(jié)合鉆芯結(jié)果來(lái)看，該工程樁身存在嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷(樁身混凝土破碎、無(wú)膠結(jié))是靜載檢測(cè)不合格的主要及關(guān)鍵因素。而樁端持力層存在軟弱夾層的因素被樁身存在的嚴(yán)重質(zhì)量問題所掩蓋，在靜載檢測(cè)中未能反映出來(lái)。

5.2 后期處理

該工程素混凝土樁復(fù)合地基出現(xiàn)工程質(zhì)量問題后，五方責(zé)任主體對(duì)該問題進(jìn)行原因分析和論證。根據(jù)已有的檢測(cè)成果：?jiǎn)螛鹅o載荷試驗(yàn)不滿足設(shè)計(jì)要求，破壞形式為脆性破壞；鉆芯檢測(cè)的18根樁樁身完整性均為Ⅳ類樁(判定標(biāo)準(zhǔn)見JGJ 106-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》表7.6.3)，樁身混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，且無(wú)法對(duì)樁身問題進(jìn)行返修或加固。經(jīng)各方一致決定將該工程182根樁全部報(bào)廢處理，設(shè)計(jì)單位對(duì)該工程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，仍采用旋挖成孔素混凝土樁進(jìn)行地基處理，在原樁中間重新施工210根樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不小于9.8 m，大于第一次設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，混凝土采用水下混凝土，標(biāo)號(hào)由C20提高到C30。施工方在施工過(guò)程中，重新調(diào)整施工工藝。先將護(hù)筒下至設(shè)計(jì)標(biāo)高，起到擋水護(hù)壁的作用；再進(jìn)行旋挖成孔清底；最后拔筒澆筑混凝土。檢測(cè)單位重新對(duì)該棟樓210根樁進(jìn)行基樁檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。單樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果見表5、圖3，鉆芯法檢測(cè)典型照片見圖4。

表5 單樁豎向靜載試驗(yàn)匯總

(a) 35#樁Q-S曲線

(b) 86#樁Q-S曲線圖3 靜載荷試驗(yàn)Q～S曲線

由表5、圖3可知，重新施工的基樁在最大試驗(yàn)荷載作用下沉降量明顯降低，Q～S曲線圖呈緩變形曲線，無(wú)明顯陡降段，單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 論

(1)應(yīng)充分考慮成都地區(qū)基巖的互層夾層情況，必要時(shí)加密勘察點(diǎn)，施工過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)情況復(fù)核，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)通知地勘單位。

(2)大直徑素混凝土復(fù)合地基的增強(qiáng)體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度不宜低于C25，有水時(shí)應(yīng)采用水下混凝土。

(3)施工中準(zhǔn)確了解地下水情況，根據(jù)實(shí)際情況采用水下混凝土澆筑工藝，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整施工工藝。

(4)樁身質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)采用低應(yīng)變、鉆芯、單樁靜載檢測(cè)后綜合分析評(píng)價(jià)，特別是鉆芯，可以直觀了解樁長(zhǎng)、樁身混凝土強(qiáng)度、樁身完整性、沉渣厚度、持力層性狀、軟弱層情況，檢測(cè)指標(biāo)全面，應(yīng)予特別重視。

[1] JGJ 106-2014 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2] DBJ 51/T 014-2013 四川省建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].西南交通大學(xué)出版社，2013.

[3] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[4] 譚建忠.大直徑素混凝土灌注置換樁復(fù)合地基在成都地區(qū)的應(yīng)用[J].建筑,2011(5):53-54.

[5] 孟非,熊巨華,楊敏.素混凝土樁復(fù)合地基的工程實(shí)踐[J].四川建筑科學(xué)研究,2004(2):53-55.

[6] 龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2002.

黎明(1966～)，男，本科，高級(jí)工程師，從事建筑工程、建筑材料、地基基礎(chǔ)檢測(cè)鑒定及技術(shù)服務(wù)工作。

TU472.99

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[定稿日期]2017-04-14