深厚軟土場地傾斜基樁處理及加載試驗分析

劉小麗，朱進軍，邵 勇

(連云港職業技術學院，江蘇 連云港 222006)

0 引 言

在軟土地區進行工程建筑時，經常采用樁基礎以應對工程性質較差的軟土。但是正因為軟土的緣故，樁基礎在使用過程中也出現了樁基傾斜等問題。由于樁基在軟土中的水平向承載能力較低，在施工過程中稍有擾動就形成側向位移，導致樁體移位及樁身斷裂。基坑開挖、樁機荷載、土方堆放等因素均可導致樁基傾斜，內力弱化糾偏技術[1-3]，即弱化傾斜樁周圍土體強度后進行牽引糾偏，是軟土地區一種有效的處理措施，其他處理方法有補樁、加強樁周土體、提高承臺及連梁剛度等[4-5]。蔡明興[6]分析了某傾斜樁工程實例，采用了打設鋼板樁、預制混凝土樁、加強承臺連接等措施，并取得了良好效果。陳玲旭等[7]在處理傾斜樁中采用了加強淺層土體、加設承臺連梁、補樁等措施。楊觀正等[8]分析了基坑開挖、施工擾動等因素對樁基的影響，并提出采用牽引糾偏、鋼筋混凝土灌實樁芯、斷裂續接等措施對傾斜樁基進行處理。徐從榮等[9]通過對某工程實例的加載試驗研究認為，部分傾斜樁對基礎承載力影響不大，提出僅對部分傾斜樁進行補充樹根樁，并增加基礎剛度的方法處理傾斜樁事故。筆者對傾斜樁不加處理直接利用進行的承載力數值分析認為，承臺-傾斜樁體系的承載力并未明顯降低，在一定傾斜程度內傾斜樁具備直接利用的條件[10-12]。

本文以連云港海相軟土地區某樁基傾斜事故為例，分析了樁基傾斜的原因，介紹了傾斜事故的處理措施，并采用變形監測結果對處理措施進行了評價。該工程并未對全部傾斜樁進行處理，但是在房屋主體完工后進行了加載試驗，結構位移的監測結果表明，這種處理措施能夠滿足工程需求，且大大節省了工程造價，是一次成功的事故處理。

1 工程背景

1.1 工程概況

該建筑物地上6層，地下1層，采用框架結構，建筑占地面積約5 400 m2。基礎形式為樁基礎，采用預應力管樁型號為PHC-500(110)，共157根樁，樁長大部分介于15～22 m之間。單樁豎向承載力特征值為1 100 kN，極限承載力為2 400 kN。基坑開挖深度約4.5 m，采用預制鋼筋混凝土水平桁架支撐+預應力管樁支護形式，基坑長度約125 m。

場區基底以上各土層水平向分布較為穩定，土體強度變化不大，垂直方向上土層種類多，強度變化較大，對本工程影響最大的是淤泥層，強度低，工程性質極差，主要土層描述如下：

(1)素填土。主要由黏性土組成，為新近人工填土，松散，均勻性較差，厚0.5～1.5 m。

(2)黏土。分布于場地表層，強度低，為高壓縮性土，工程性能較差，厚0.5～1.0 m。

(3)淤泥。土質均勻，厚度大，高壓縮性，強度低，易觸變，當地基受到振動荷載后，易產生側向滑動、沉降及基底面兩側擠出等現象，導致建筑物沉降量增大和發生不均勻沉降，工程性能極差，厚6.5～12.6 m。

(4)粉質黏土夾粉土。分布穩定，強度較高，工程性能較好，厚2.2～4.5 m。

(5)粉土。密實，土質均勻一般，工程性能一般，厚1.5～2.7 m。

(6)粉質黏土。土質均勻，壓縮性較高，工程性能一般，厚1.2～2.1 m。

(7)粉砂夾粉土。壓縮性中等，工程性能較好，厚2.2～4.5 m。

1.2 樁基傾斜統計

圖1為工程樁傾斜偏移量分布。從圖1可以看出，偏移量約500 mm的樁占大多數，約為45%；偏移量在100 mm以內的工程樁為28根，即傾斜程度在0.5%以內；偏移量在100 mm以上的有129根。對所有傾斜樁進行了低應變檢測。檢測結果顯示，Ⅰ類樁57根，Ⅱ類樁38根，Ⅲ類樁62根。從傾斜程度和樁體分類來看，Ⅰ類樁的偏移量一般不超過200 mm；Ⅱ類樁的偏移量一般不超過400 mm，樁身存在不同程度的裂縫；偏移量大于600 mm的樁大多數為接頭破壞或樁身嚴重斷裂，為Ⅲ類樁。

圖1 樁基偏移量分布

1.3 傾斜事故分析

經過對相關勘察、設計、施工等資料進行分析，結合現場樁基傾斜規律及傾斜特點，認為基坑傾斜主要有以下2個方面的原因：

(1)場地土體軟弱，樁周土體側向剛度較差，在外部擾動如土方開挖形成的不平衡力、施工機械產生的荷載等作用下，樁體極易產生傾斜[1-3]。

(2)基坑支護體系的失效。基坑支護采用預制管樁+單層混凝土支撐方案，由于支護樁與圍檁連接失效，支護樁最大水平變形達1.5 m，向坑內傾斜，并對工程樁形成擠壓，最終導致工程樁大量傾斜，甚至有個別樁的位移量達1.2 m。基坑支護結構現場見圖2。

圖2 基坑支護結構現場

2 傾斜樁承載性狀分析及處理

2.1 傾斜樁利用可行性

經過前期的分析認為[10-12]，傾斜樁與承臺連接后，部分樁體的傾斜對整個體系的承載力影響并不是很大，僅對樁體的受力特征、水平位移存在影響，樁體傾斜程度在一定范圍內可以直接利用，其閥值為6%，即樁體傾斜程度在6%以內時可以直接利用。

2.2 處理措施

本次傾斜事故處理措施為補鉆孔灌注樁及管樁空腔內灌注鋼筋混凝土。鉆孔灌注樁直徑700 mm，采用C35級抗滲混凝土，單樁豎向承載力特征值1 100 kN，樁端進入持力層約2 m，主要是針對Ⅲ類樁。管樁腔內用C45級微膨脹混凝土灌實，內配6根直徑為22 mm的一級鋼筋，主要是針對Ⅱ類樁，見圖3。從傾斜樁的傾斜程度來看，當傾斜程度超過3%即偏移量達600 mm以上時，加設鉆孔灌注樁。當傾斜程度達1.5%即偏移量達300 mm以上時，采用灌實管樁空腔的措施。

圖3 管樁空腔灌實混凝土

根據GB 13476—2009《先張法預應力混凝土管樁》[13]，樁體傾斜達0.5%時即需要處理。根據前期的數值試驗研究認為，樁體傾斜程度在一定范圍內并未降低其承載力，特別是經過承臺連接后，樁體傾斜程度在6%以內時，樁-承臺體系的承載力并未降低，因此認為上述處理措施能夠滿足工程要求。

3 加載試驗設計

為驗證傾斜樁處理措施的可靠性，分析其對上部結構的影響，在房屋主體結構完工時進行了加載試驗，檢測樁基的變形問題，由于缺乏專門性規范，因此加載試驗參照JGJ8—2016《建筑降變形測量規范》、GB/T 50784—2013《混凝土結構現場檢測技術標準》等進行。

3.1 加載方法

采用地下室水池注水和樓板重物堆載法，根據設計要求逐級加載，每級荷載1次加足，且均勻分布。加載步驟遵循先地下室注水，后樓面板堆載，加載量嚴格根據設計要求執行，嚴格控制加載限值，避免在加載過程中出現結構脆性破壞、失穩或重物墜落等情況。加載分級情況見表1。

表1 加載分級

3.2 觀測要求

每級荷載施加后開始計算維持荷載時間，同時開始觀測沉降，維持時間為7 d，加載后第1、3、7 d觀測沉降；當后3次觀測沉降值穩定不變化或趨于收斂再施加下一級荷載；當加載到最大加載量時，正常觀測維持時間7 d后，繼續維荷49 d，每7 d觀測沉降1次。加載結束后沉降長期觀測。

當某級荷載作用下，任何1個觀測點沉降值持續變大，應立即停止加載，分析原因，確認觀測點部位構件是否發生破壞或變形過大，保證建筑物未發生影響正常使用的問題后，方可繼續加載。

3.3 安全措施

在每次觀測作業前，測量人員均應對觀測點周圍情況和路線進行了解，并對跑尺和記錄人員交底。所有觀測人員在進入現場前需戴好安全帽，并密切配合，爭取快速，準確地完成任務。加載過程中，應有專人進行巡視檢查，如發現有較大變形或構件出現裂縫，立即停止試驗，撤離現場。

4 加載試驗數據分析

本次監測共設置48個監測點，全部位于1層柱身表面，距離室內地平以上1.7 m左右，分6級加載，最終的加載量為56 kN/m2。選取沉降量較大的3個點(點號為06、18、34)進行了展示，加載試驗沉降曲線見圖6。從圖4可知，前3級加載對應的沉降速率較大，這是由于前3級荷載量較大，為39 kN/m2，占總荷載的70%。以監測點C34為例，加載全部完成7 d后沉降量為1 mm，56 d后沉降量為1.2 mm。其他各監測點沉降量均未超過1.2 mm，沉降速率僅為0.004 mm/d。加載試驗的變形監測結果顯示，前期的傾斜樁處理措施完全滿足工程需求。

圖4 加載試驗沉降

該工程已竣工，后續沉降觀測一直在進行中。截至目前，已累計得到21個月的監測數據，見圖5。經過630 d的監測，最終沉降量最大值為1.1 mm。圖5中監測起點沉降量與圖4中終點沉降量不一致，原因為卸載后有所回彈，致使沉降量減小。圖6為各監測點的最終沉降，相鄰兩點最大沉降差約為0.5 mm。

圖5 竣工后房屋沉降

圖6 各監測點最終沉降

從加載試驗沉降監測以及完工后的長期監測結果來看，該傾斜樁事故的處理措施達到了預期效果，經過近2年的長期監測，最終沉降僅為1 mm左右，且沉降差僅為0.5 mm左右。本次事故處理中發現，樁基傾斜量在300 mm以內時樁身完整性較好，因此對這部分樁并未采取處理措施，但是通過后期的沉降監測顯示完全符合工程要求，即傾斜程度在1.5%以內的樁基無需處理。當然，這一限值主要與樁周土體的強度有關，土體強度越小，這一限值會越大，因為土體強度越低對樁基的約束越小。

從工程造價角度來看，按照規范要求，樁基傾斜程度在0.5%以上時需處理后方能使用。本文工程實例需處理樁數為129根，而在本次事故處理中僅對98根傾斜樁進行了處理，其中41根樁進行了空腔灌實，57根樁進行了補樁，大大節省了工程造價。

5 結 語

在深厚軟土場地使用樁基時，極易產生傾斜事故，對大量傾斜樁進行處理時無疑增加了工程造價，造成資源的浪費。本文僅對連云港某傾斜樁基傾斜程度在1.5%以上的樁基進行了處理，完工后近2年的沉降監測顯示，建筑物的沉降僅為1 mm左右，說明此次事故處理方案是可靠的。因此，軟土場地樁基發生傾斜事故時，其傾斜程度限值可適當放寬，以節約工程造價。