打樁施工對鄰近某教學樓的影響分析

商 波，郝 鵬，黃昌琴，李有元，楊志剛

（1.云南建投第一勘察設計有限公司，云南 昆明 650102；2.云南昊昇工程檢測技術有限公司，云南 昆明 650102；3.云南省建筑科學研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

樁基礎具有承載力高、穩定性好、沉降量小且均勻、便于機械化施工、適應性強等特點，一般適用于地基土質差或軟硬不均，不能滿足上部結構對變形的要求以及地基軟弱或土性特殊，如濕陷性黃土、膨脹土等。因此，樁基礎在地基較差的多層建筑物、高層建筑物以及超高層建筑物中應用較為廣泛。

根據 JGJ 94－2008《建筑樁基技術規范》［1］的規定，基樁按承載性狀可分為：摩擦型樁和端承型樁；按成樁方法分為：非擠土樁、部分擠土樁和擠土樁；按樁徑（設計直徑d）大小分為：小直徑樁（d≤250 mm）、中等直徑樁（250 m m＜d＜80 0 m m）和大直徑樁（d≥800 mm）。無論是哪種類型的樁基礎，如果施工過程中未嚴格按照規范進行施工，就可能對周邊的建筑造成影響，進而產生糾紛，甚至是訴訟案件。本文以工程實例為背景，就打樁施工對相鄰某教學樓的影響進行分析，并給出相關結論和建議。

1 工程概況

某住宅項目計劃在規劃場地內建設多棟高層建筑，基礎采用打入預制管樁，樁長 25～30 m。打樁施工中，鄰近的一所幼兒園因打樁噪聲過大而無法正常上課，同時發現鄰近打樁施工的幼兒園教學樓地梁和樓板開裂，隨即幼兒園園方找到該項目建設單位負責人，要求停止打樁施工，并對教學樓進行安全性鑒定，以確保教學樓的安全。建設單位則認為，采用預制管樁振動很小，不可能對周邊房屋造成影響。雙方各執一詞，并產生矛盾。隨即園方將這一問題反映給了當地住建局，在住建局的主持下，為保證師生安全，教學樓暫停使用；同時由園方和建設單位共同委托一家省級檢測機構對該幼兒園教學樓開裂的原因進行檢測鑒定，盡快查明教學樓開裂的原因。

經現場踏勘及查閱相關工程資料得知，幼兒園教學樓主體為 4 層框架結構，柱下混凝土獨立基礎，地基承載力特征值為 190 kPa，基礎埋深 1.75 m。后加蓋了局部第 5 層，空心磚墻，彩鋼瓦屋面，無設計圖紙和驗收等相關資料。教學樓平面圖如圖 1 所示。

圖1 教學樓平面圖

教學樓北面（北向）2 m 處有一面擋土墻，高約 5 m，擋土墻背后即為打樁工地現場，經現場測量，最近樁位距教學樓僅有 6 m 左右。

2 補充勘察

通過查閱幼兒園地質勘察報告發現，整個幼兒園場區一共布設 6 個勘探孔，其中教學樓建筑范圍內僅布設了 1 個勘探孔（孔號 ZK06），勘察結果表明僅場地東部局部分布有含淤泥有機質土層，而教學樓建筑區基底以下無軟弱土層。

考慮到幼兒園建筑場區地下巖土層分布較為復雜，且前期勘察工作中，教學樓建筑區僅布設了 1 個勘探孔，勘探孔布設間距過大，不能充分查明教學樓地下巖土層的分布，無法滿足評價地基穩定性、均勻性的要求，因此，建議對幼兒園教學樓建筑區進行地質情況補充勘察。后委托省內一家具備甲級資質的勘察單位對教學樓場區進行了補勘，補勘結果顯示：幼兒園教學樓室外地面以下 1.75 m 為粉質黏土層，該土層承載力特征值為 180 kPa；教學樓建筑場區基底下分布有粉砂層，埋深 4.40～9.00 m，在 8 度地震作用下輕微液化；教學樓建筑場區普遍分布有泥炭層，該土層埋深 6.90～11.50 m，層厚 1.30～8.40 m；泥炭層呈流塑狀，高壓縮性，屬于軟弱下臥層，在 8 度地震條件下，應考慮震陷影響。

顯然，原地勘報告對教學樓建筑場區的勘察結果與實際情況不符。

3 現場檢測

現場檢測主要包含混凝土強度檢測、變形觀測、裂縫檢測，并對地基承載力和抗震承載力進行驗算。為了確定打樁施工與教學樓開裂之間是否存在因果關系，針對本項目現場建立了一套動態觀測系統，實時監測教學樓和擋土墻的變形情況，尤其是打樁施工時的變形情況。

3.1 混凝土強度

根據設計文件，教學樓柱、梁混凝土強度設計等級均為 C30。按照 GB/T 50344－2004《建筑結構檢測技術標準》［2］對教學樓混凝土強度進行檢測。檢測結果表明，柱的混凝土強度推定值區間為 27.9～30.2 MPa；梁的混凝土強度推定值區間為 30.4～31.8 MPa。部分柱的混凝土強度推定值不滿足設計要求。

3.2 裂縫

通過裂縫檢測，靠近擋土墻一側的地梁開裂較為嚴重，基本都出現 45°斜裂縫，分布在柱的兩側，呈“倒八字”形，最大裂縫寬度 0.20 mm；靠近擋土墻一側的多數樓板板角出現不同程度的斜裂縫，最大裂縫寬度 0.35 mm；靠近擋土墻一側的多數填充墻開裂，最大裂縫寬度 0.50 mm。開裂情況整體上可以總結為靠近擋土墻一側較嚴重，一層比上部結構層嚴重。地梁開裂如圖 2 所示。

圖2 地梁開裂

3.3 變形觀測

3.3.1 靜態觀測

根據 JGJ 8－2016《建筑變形測量規范》［3］的規定，結合實際情況，對幼兒園教學樓布設沉降觀測點，定期進行沉降觀測。

結果表明，最后 1 0 0 d 的最大沉降速率為0.16 mm/d。文獻［3］規定：建筑沉降達到穩定狀態可由沉降量與時間關系曲線判斷。當最后 100 d 的最大沉降速率＜ 0.01～0.04 mm/d 時，可認為已達到穩定狀態。顯然，教學樓沉降變形尚未穩定。

3.3.2 動態觀測

根據教學樓受損情況，靠近擋土墻一側開裂比較嚴重，因此在教學樓擋土墻一側（即 H 軸）布設動態變形觀測系統，該系統主要由靜力水準儀、位移計、發射器組成，可實現監測數據的實時采集和遠程傳輸，檢測人員可以通過手機實時查看監測數據。在教學樓和擋土墻之間布設了 3 個水平相對位移監測點；在教學樓 H 軸布設了 2 個豎向位移監測點。動態監測點平面布置如圖 3 所示，圖中 wy1、wy2 和 wy3 表示水平相對位移監測點，1 # 和 2 # 表示豎向位移監測點。相對水平位移監測點現場布置如圖 4 所示；豎向位移監測點現場布置如圖 5 所示。

圖3 動態監測點平面布置圖（單位：mm）

圖4 相對水平位移監測點現場布置

圖5 豎向位移監測點現場布置

限于篇幅，本文僅列舉部分數據進行分析說明。

1）9 月 24 日，施工方在幼兒園教學樓背后地塊開始打樁施工，典型時段監測數據如表 1 所示。

打樁施工當天的實時監測數據表明，上午 8∶00－下午14∶30，幼兒園教學樓基礎整體向上回彈，2 # 點回彈達 3.77 mm，且 2# 點明顯較 1# 點嚴重，差值達 2.68 mm；wy3 點水平相對位移達 6.95 mm，呈現 wy3 處擋土墻向教學樓傾斜，而 wy1 點處水平相對位移比較小。

表1 9 月 24 日典型時段監測數據

下午 14∶30 以后，施工方停止打樁施工，下午 14∶30－下午 17∶00，變形速率明顯減緩。至晚上 22∶00，監測數據顯示變形基本沒有繼續發展，且部分變形變小。

2）10 月 16 日，施工方再次進行打樁施工，實時監測數據顯示，教學樓基礎有不同程度的升降，2# 點豎向位移最大變化量為 1.52 mm，1 # 點豎向位移最大變化量為 1.09 mm；水平相對位移均較小。典型時段監測數據如表 2 所示。

表2 10 月 16 日典型時段監測數據

從實時監測數據表明，上午 11∶18－下午 17∶28， 幼兒園教學樓基礎整體向上回彈，1 # 點回彈 1.09 mm，2 # 點回彈了 1.52 mm；三個水平位移監測點，wy 1 點水平位移變化為 0.16 mm，wy 2 點水平相對位移為 0.97 mm，wy 3 點水平相對位移達 3.71 mm，wy 2 處和 wy 3 處擋土墻向教學樓偏移。

綜上，動態監測結果表明，打樁施工時，教學樓變形增長較為明顯；而停止打樁時段，數據變化很小，有些甚至無變化。

3.4 地基承載力驗算

根據教學樓場區補勘報告等資料，按照GB 50007－2001《建筑地基基礎設計規范》［4］進行地基承載力驗算，驗算結果如表 3 所示。

表3 地基承載力驗算結果

文獻［4］規定，基礎底面的壓力，應符合pk≤fa。顯然，教學樓基礎底面地基承載力不滿足規范要求。

3.5 抗震承載力驗算

根據現場檢測結果，基于現狀對教學樓進行結構抗震承載力復核驗算。根據 GB 50011－2010《建筑抗震設計規范》（2016 年版）［5］，教學樓所處區域為抗震設防烈度 8 度，設計基本地震加速度值為 0.20 g，第三組，場地土類別按 Ⅱ 類，建筑結構重要性系數為 1.0。模型驗算參數根據現場材料強度檢測結果進行取值。經結構計算和構件復核驗算，結果如下。

1）梁。沿 H 軸、1 軸共抽取兩榀框架，對梁構件截面抗震承載力進行復核。地圈梁驗算結果抗力與效應之比＞ 1.0；一層梁驗算結果抗力與效應之比最小值為 0.76；二層梁驗算結果抗力與效應之比最小值為 0.63；三層梁驗算結果抗力與效應之比最小值為 0.70；四層梁驗算結果抗力與效應之比最小值為 0.59。

2）柱。經計算，第三層 6/G 柱和 11/G 柱的軸壓比為 0.81，超出規范允許值。

4 原因分析

根據補勘報告、現場檢測結果及相關工程資料，就教學樓出現開裂等損害進行原因分析。

1）原地勘報告有誤。設計文件顯示，教學樓基礎采用柱下鋼筋混凝土基礎，基底埋深為 1.75 m，地基承載力特征值為 190 kPa，但補勘報告結果表明，該教學樓地基承載力特征值僅 180 kPa，未達到設計要求，導致地基承載力不足。

2）擅自加層。未經相關部門和設計單位的允許，園方擅自將原設計為 4 層的建筑物增加到局部 5 層，荷載增加，導致部分構件抗震承載力不滿足規范要求。

3）打樁順序不當。文獻［1］明確規定了混凝土預制樁錘擊沉樁的順序為：對于密集樁群，自中間向兩個方向或四周對稱施打；當一側毗鄰建筑物時，由毗鄰建筑物處向另一方向施打。經現場調查，為趕進度，施工方打樁順序為沿施工場地邊緣，從遠離幼兒園教學樓一側向教學樓方向順序施打，這顯然違反了規范的規定。同時，采用打入式預制管樁進行基礎施工，施工過程中會產生一定的振動和擠土作用。一方面會在透水性能較差的粉砂、粉土層中引起較高的超靜孔隙水壓力，土體有效應力降低，地基土承載力下降；另一方面，會使流塑狀的泥炭土層發生側向流動。加之打樁順序不當，從而導致相鄰幼兒園教學樓地基出現不均勻變形、地圈梁在支座處出現“倒八字”形剪切裂縫等異常。動態監測結果也說明了這一點。

綜上，幼兒園教學樓在原地勘報告有誤導致地基承載力不足、擅自加層導致抗震承載力不足以及打樁施工不當等綜合因素的影響下，出現開裂、變形等異常。

5 結語

1）教學樓出現開裂、變形的原因為教學樓自身存在地基承載力不足、抗震承載力不足以及打樁施工不當。

2）嚴格按照國家規范及設計文件進行打樁施工是保證周邊建筑物安全的重要前提之一，切勿為了趕工期，盲目進行打樁施工。

3）在打樁施工前，建議委托第三方檢測單位對周邊房屋進行證據保全，以便可以較為全面地了解周邊房屋的安全現狀，做到心中有數，必要時應會同相關單位調整施工方案，以確保周邊建筑物及人員的安全。