沖孔灌注樁豎向抗壓承載力不合格及補(bǔ)強(qiáng)措施分析

吳思雄

（泉州市豐澤區(qū)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目保障中心，福建 泉州 362000）

0 引言

樁基工程是建筑施工非常重要的組成部分，屬于隱蔽工程，特別是沖孔灌注樁在施工過程中容易出現(xiàn)塌孔、擴(kuò)徑和縮頸、混凝土離析、樁底沉渣過厚、嵌巖深度不足等質(zhì)量問題。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50202—2018）第5.6.4條[1]：泥漿護(hù)壁成孔灌注樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主控項(xiàng)目有：承載力、孔深、樁身完整性、混凝土強(qiáng)度、嵌巖深度。通過單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)、鉆孔取芯，可對主控項(xiàng)目的承載力、孔深、樁身完整性、混凝土強(qiáng)度、嵌巖深度進(jìn)行有效檢驗(yàn)。在泉州某衛(wèi)浴工程建設(shè)中，對沖孔灌注樁豎向抗壓承載力進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其豎向抗壓承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，鉆芯法證實(shí)樁端持力層存在嚴(yán)重缺陷。建設(shè)方對沖孔灌注樁采取了補(bǔ)強(qiáng)措施，效果良好。

1 工程及地質(zhì)概況

擬建工程位于福建省泉州市，工程重要性、地基復(fù)雜程度和場地復(fù)雜程度等級均為二級，抗震設(shè)防類別為丙類，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，各巖土層自上而下為：素填土，局部混有碎石和填石，層厚1.40～14.80m；殘積黏性土，頂板埋深為1.40～14.80m，層厚1.10～21.94m；全風(fēng)化凝灰熔巖，土狀，本層全場均有分布，層厚1.40～11.10m；砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，巖芯呈散體狀，層厚1.80～14.94m；碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，屬于軟巖，塊狀構(gòu)造，層厚0.90～10.70m；中風(fēng)化凝灰熔巖，為凝灰熔巖風(fēng)化成因類型，巖芯呈塊狀、柱狀，層厚6.00～7.48m。

2 承載力檢測

本工程沖孔灌注樁總樁數(shù)302根，樁徑900～1200mm，樁長23.91～33.42m，混凝土強(qiáng)度為C35，豎向抗壓承載力特征值為6000kN，設(shè)計(jì)要求樁端進(jìn)入中風(fēng)化凝灰?guī)r≥0.5m。根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）相關(guān)條款與規(guī)定進(jìn)行檢測[2]，檢測數(shù)量為同一條件下樁基分項(xiàng)工程總樁數(shù)的1%且不少于3根，靜載檢測總數(shù)為20根。豎向抗壓靜載試樁結(jié)果：其中18根樁承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求，2根樁承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的2根樁施工編號為：127#、94#。

127#樁：實(shí)測有效樁長為27.59m，樁徑為1.0m，按照加載量為1200kN進(jìn)行10級加載。該樁試驗(yàn)在荷載12000kN（第10級荷載）作用下，樁頂沉降出現(xiàn)陡降，樁頂總沉降為72.18mm，本級沉降量達(dá)到44.83mm，超過上一級（第9級10800kN，s=6.87mm）的5倍且沉降明顯，繼續(xù)增大，按規(guī)范要求終止試驗(yàn)。127#試樁的靜載試驗(yàn)荷載-沉降Q-s曲線如圖1所示。由圖1可以得知,沉降出現(xiàn)明顯陡降對應(yīng)的荷載值10800kN為該樁極限抗壓承載力。

圖1 127#樁荷載-沉降Q-s曲線

94#樁：實(shí)測有效樁長為26.78m，樁徑為1.1m，按照加載量為1200kN進(jìn)行10級加載。該樁試驗(yàn)進(jìn)展順利，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，在最大試驗(yàn)荷載12000kN作用下，樁頂總沉降為63.63mm，殘余沉降為32.27mm，Q-s曲線呈緩變形變化，按規(guī)范取s=0.05D（55mm）所對應(yīng)的荷載11579kN為該樁的豎向抗壓極限承載力，顯然承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。94#試樁的靜載試驗(yàn)荷載-沉降Q-s曲線如圖2所示。

圖2 94#樁荷載-沉降Q-s曲線

各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，127#試樁的單樁豎向抗壓極限承載力為10800kN，94#試樁的單樁豎向抗壓極限承載力為11579kN，均不滿足設(shè)計(jì)要求。初步判斷原因?yàn)闃渡碣|(zhì)量有問題或者樁底存在嚴(yán)重缺陷，需進(jìn)行鉆芯法驗(yàn)證。

試樁鉆芯檢測結(jié)果如下：

（1）127#樁，芯樣完整連續(xù)，呈長柱狀，骨料分布較為均勻，混凝土膠結(jié)良好，斷口基本吻合，如圖3所示。檢測樁長為27.59m，樁身完整性為I類，混凝土強(qiáng)度為37.5MPa，樁底無沉渣，樁端持力層為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r（不滿足設(shè)計(jì)要求）。

圖3 127#樁芯樣全長照片

（2）94#樁，芯樣完整連續(xù)，呈短柱～長柱狀，骨料分布較為均勻，混凝土膠結(jié)良好，斷口基本吻合，如圖4所示。檢測樁長為26.78m，樁身完整性為I類，混凝土強(qiáng)度為36.8MPa，樁底無沉渣，樁端持力層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r（不滿足設(shè)計(jì)要求）。

圖4 94#樁芯樣全長照片

3 樁基持力層不達(dá)標(biāo)分析

設(shè)計(jì)樁端持力層為中風(fēng)化凝灰?guī)r，屬于端承樁，基樁的承載力顯然以樁端土阻力為主。端承樁的受力原理為：在上部荷載作用下，樁側(cè)土阻力逐步發(fā)揮，樁側(cè)土阻力達(dá)到極限后，樁端的支承阻力開始發(fā)揮作用，最后達(dá)到極限荷載。

127#、94#樁均存在樁端持力層未達(dá)到中風(fēng)化凝灰?guī)r的設(shè)計(jì)要求，鑒于鉆取樁身混凝土芯樣均較完整、混凝土抗壓強(qiáng)度、樁底沉渣厚度以及有效樁長均符合設(shè)計(jì)要求，表明樁身混凝土灌注施工過程未出現(xiàn)影響質(zhì)量的情況。出現(xiàn)持力層問題的原因主要在于施工單位在樁基沖擊成孔施工過程中對成孔質(zhì)量的控制，在終孔時(shí)進(jìn)入的巖層未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致以上樁基持力層不滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)工程建設(shè)參建各方在終孔檢驗(yàn)時(shí)進(jìn)行的入巖判別可能出現(xiàn)了偏差。

4 承載力不足的補(bǔ)強(qiáng)措施及效果檢驗(yàn)

4.1 補(bǔ)強(qiáng)措施

設(shè)計(jì)單位根據(jù)該項(xiàng)目的地基條件、上部荷載性質(zhì)、樁基類型、施工工藝，并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較提出以下的加固方案。

127#樁：持力層為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，屬于極軟巖，散體狀，質(zhì)量等級為V級，風(fēng)化強(qiáng)烈，不適合進(jìn)行高壓注漿。采取的補(bǔ)強(qiáng)方案：對稱補(bǔ)打2根高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁，施工標(biāo)號為B127-1#和B127-2#，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C80，設(shè)計(jì)樁長為15.0m，樁徑為500mm，壁厚125mm，樁端持力層為全風(fēng)化凝灰?guī)r，單樁豎向抗壓極限承載力特征值為1500kN。另外，加大承臺截面尺寸，且配筋率不低于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94—2008）要求。

94#樁：持力層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，屬于軟巖，質(zhì)量等級為V級，塊狀構(gòu)造，未見洞穴、臨空面、破碎巖體或軟弱巖層。該層為低壓縮性、高強(qiáng)度地層，均勻性較好，工程性能良好。采取的補(bǔ)強(qiáng)方案為樁底高壓注漿，其原理是利用高壓注漿泵的壓力作用，將一定濃度的水泥漿液注入樁底，樁端的巖土層與水泥漿液相結(jié)合得到固化并形成一定范圍的擴(kuò)大頭，從而有效地改善樁端沉渣虛土等質(zhì)量隱患，使得樁端和樁周巖土的力學(xué)性能得到改變[3]，巖土強(qiáng)度得到明顯提高，進(jìn)而提高基樁的豎向抗壓承載力。

終止注漿壓力、漿液配合比、注漿量、流量應(yīng)根據(jù)注漿目的、地質(zhì)條件、施工工藝等條件綜合確定。對于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖水灰比為0.4～0.5，可適當(dāng)?shù)負(fù)饺霚p水劑。樁端終止注漿壓力應(yīng)根據(jù)注漿深度及樁端巖土層確定，94#樁注漿深度26.68m，樁端為碎塊狀凝灰?guī)r，注漿壓力宜為5～10MPa，注漿流量不宜超過75L/min。單樁注漿量可根據(jù)樁長、樁徑、樁端巖土層情況、承載力增幅綜合確定，可按式（1）進(jìn)行估算[4]：

式中：

αp——樁端注漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，αp=1.5～1.8；

αs——樁側(cè)注漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，αs=0.5～0.7；

n——樁側(cè)注漿斷面數(shù)；

d——基樁直徑，m；

Gc——注漿量，t。

當(dāng)注漿壓力低于設(shè)計(jì)壓力或者地面出現(xiàn)冒漿等異常情況，應(yīng)調(diào)整注漿方式，改為間歇注漿，注漿時(shí)間宜為30～60min。當(dāng)注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)可終止注漿。

4.2 加固后效果檢驗(yàn)

在樁身混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，承載力檢測的休止時(shí)間為20d，水泥漿液若加早強(qiáng)劑則休止時(shí)間為15d。為了驗(yàn)證補(bǔ)強(qiáng)加固效果，補(bǔ)強(qiáng)后選取B127-1#、94#樁（注漿后）進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力檢測。各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 各試樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

127-B1#樁分10級加載，每級荷載增量均為300kN，最大試驗(yàn)荷載為3000kN。該樁試驗(yàn)進(jìn)展順利，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，最大樁頂總沉降為13.06mm，殘余變形為4.65mm，說明127-B1#樁的豎向抗壓極限承載力為3000kN，靜載試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

94#樁分10級加載，每級荷載增量均為1200kN，最大試驗(yàn)荷載為12000kN。該樁試驗(yàn)進(jìn)展順利，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，最大樁頂總沉降為14.66mm，殘余變形為3.94mm，說明94#樁的豎向抗壓極限承載力為12000kN，靜載試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。從靜載結(jié)果可知，94#樁采用高壓注漿的補(bǔ)強(qiáng)措施所產(chǎn)生的加固效果是比較理想的，樁頂總沉降很小，豎向承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

（1）基樁豎向承載力的影響因素有：樁長、樁徑、樁型、施工工藝、樁周土層摩阻力、樁端持力層等。而靜載試驗(yàn)是對沖孔灌注樁的單樁豎向承載力進(jìn)行檢驗(yàn)的最直接和可靠的方法。檢測發(fā)現(xiàn)其承載力不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)查找和分析原因，并結(jié)合其它的檢測手段，例如開挖法、鉆芯法、低應(yīng)變、高應(yīng)變等進(jìn)行驗(yàn)證[5]，以提高檢測結(jié)果的可靠性。

（2）對于基樁豎向抗壓承載力不足的補(bǔ)強(qiáng)處理，通常根據(jù)場地的地質(zhì)概況、施工工藝、樁基類型、經(jīng)濟(jì)成本，采用補(bǔ)樁、復(fù)壓、高壓注漿、加寬承臺、調(diào)整基礎(chǔ)形式等。缺陷樁處理后，應(yīng)參照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行檢驗(yàn)，以驗(yàn)證補(bǔ)強(qiáng)效果的有效性。另外，參照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行擴(kuò)大檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。