某教学楼桩基工程质量问题分析及处理案例

某教学楼桩基工程质量 问题分析及处理案例 1. 工程概况 某教学楼工程，五层框架结构，建筑面积 约 6500平方米，基础采用 PTC-500（ 60）预应力 混凝土管桩承台、地梁拉接基础，管桩混凝土 强度等级为 C60，设计桩长 37米，设计桩顶标高 2.80m（黄海高程），单桩承载力设计值 000KN， 总桩数 201根。 2. 地质概况 土层 土层名称 层顶标高 （黄海高程：米） 层厚（米） 粘土 3.45 3.73 1.3 1.5 -1 淤泥 2.00 2.43 13. 0 13.20 -2 淤泥 -10.70 -11.00 6.40 10.7 淤泥质粘土 -17.86 -21.61 0 4.3 粘土 -17.40 -20.56 3.4 5.2 淤泥质粘土 -22.3 -24.45 8.5 11.3 砾石 -32.95 -35.00 2.95 6.6 -a 淤泥质粘土 位于 号砾石层内 0.40 0.6 粉质粘土 -37.31 -38.6 0.5 7.05 表 1 某教学楼工程地质概况表 3. 桩基施工 本工程桩基选择的持力层是号砾石层。由 于号持力层层顶标高起伏较大，且在部分探孔 位置的号砾石层中存在 0.4-0.6m厚的 -a淤泥 质粘土夹层，所以在技术交底时，设计人员对桩 基施工提出特别要求：根据勘察资料显示本工程 桩基长大部分是 37m，在部分区域桩长应根据实际 施工地质情况作适当调整。 本工程桩基采用锺击法沉桩，施工机械选 用 J250型桩架、 D40柴油锤。根据最后的施工 记录显示，本工程实际打入土中的桩为 198根， 其中 41（选定为试桩）的 1根， 40的 5根， 39的 47根， 38的 9根， 37的 134根， 36 的 2根。在施工期间施工单位没有反映过地质 情况与勘察报告不符的情况。 桩基施工控制依据： （ 1）最后贯入度控制在 58击 /10cm（ D40柴油 锤）。对桩顶已经达到设计标高但锤击数达不 到上述要求的 ,可继续超送，但超送深度一般 不超过 50cm。若超送深度已经达到 50cm而锤击 数仍达不到要求的，需报请设计人员处理。 （ 2）桩端进入号持力层不少于 70cm；若持力层 有软夹层，桩端必须穿过软夹层，且桩端进入下 面持力层不少于 10cm；但应注意不要进入过多， 以免穿透持力层。 （ 3）施工过程中若遇到地质情况与勘察报告差异 明显时，应及时向有关单位反映，施工单位不得 擅自处理。 4. 桩基静载荷试验 在桩基施工完成后 ， 进入桩基静载荷试验阶 段 。 根据有关规定本工程静载荷试验采用堆载平 台反力装置 ， 按慢速维持荷载法进行试验 ， 单桩 竖向极限承载力值取设计值的 2倍即 2000KN。 由于在试验过程中发现试桩存在异常情况，故 又加测了部分工程桩，前后共试验了 5根桩。桩的 基静载荷试验大致共分为三个阶段。 8 9 6 120 72 77 返回 4.1正常桩基静载荷试验测试阶段 本教学楼选择 6#（ 桩长 41m） 工程桩为单桩 静载荷试验的试桩 （ 与另外两幢楼的两根工程桩 组成一组试桩 ） 。 试验结果显示其它两幢楼的两 根试桩均满足设计及规范要求 ， 但本教学楼的 6# 试桩在试验过程中出现异常情况：在 400KN800KN的试验加载时 ， 表现为沉降均匀沉 降速度较小的特点 ， 但在 1000KN的荷载作用下 ， 本级沉降为 16.11mm,是前级沉降的 4.68倍 (未超 过 5倍 ),共计沉降为 23.70mm（ 未超过 50mm） 。 6#桩静载曲线 4.2 加测试验阶段 从 6#工程桩的试验结果来看 ， 其承载力未达 到设计要求 。 为了探明这到底是个别现象还是普 遍现象 ， 设计单位要求每幢楼再加测 1根工程桩 。 因此 ,本教学楼选择了 77#(39m)工程桩为测试桩 。 其他两幢楼也各选择了一根桩加测 。 经过测试 ， 其它两幢楼的工程桩均满足 设计要求 ， 但 77#桩出现了比 6#试桩更加严重 的问题 。 77 试桩报告： 77 试桩在 1400KN的荷载作用下 ， 本级沉降为 11.50mm， 是前级沉降的 2.43倍 （ 未超过 5倍 ） ， 累计沉降 为 23.93mm（ 未超过 50mm） ；在试验荷载 1700kN作用下 ， 累计沉降为 38.77mm。 当试验荷载加到 1800kN时 ， 沉降急 剧加快 ， 桩顶的最大沉降量为 109.44rm。 随后试验加载停 止 。 卸载后 ， 回弹观测中桩身回弹较小 ， 最大回弹量为 15.21mm， 回弹率为 13.90%， 沉降残余量为 94.23mm。 因其 达到试验终止条件而终止试验 。 77#桩静载曲线 4.3问题桩范围探测阶段 根据前面的六根桩的测试结果 ， 相关单位进行初步 分析 、 讨论后基本认定另外两幢楼桩基的静载荷试验基 本符合设计要求 ， 可以进入下一道工序施工 ， 但在以后 的施工和使用过程中应加强沉降观测 。 而本教学楼桩基 工程存在质量问题 。 为了进一步调查本教学楼的桩基质 量问题的性质 、 原因和范围 。 设计人员根据地质勘查报 告和打桩记录又在本教学楼的中部 (72#39m， 72#桩离 77#桩只有 3m最终桩顶标高基本一样 )和两端 （ 120#37m 和 8# 37m） 各选择一根桩做静载荷试验 。 72#桩在各级试验加载时 ,沉降基本均匀 ， 在 最大试验荷载 2000kN级加载作用下 ， 桩顶最大 沉降量为 30.86mm， 沉降量较小 。 卸载后 ， 回掸 观测中桩身回弹较小 ， 可以判定其承载力已达 到设计要求 。 72#桩静载曲线 120 试桩在 400KN1600KN试验加载时 , 沉 降均匀 、 沉降速度较小 。 但在最大试验荷载 1800kN的作用下 ， 沉降急剧加快 ， 本级沉降为 97.54mm， 是前级沉降的 17.57倍 ， 累计沉降为 118.79mm。 试验终止 。 120#桩静载曲线 8 试桩在 400kN 1200kN的试验加载时 ， 沉降均匀 、 沉降速度较小；但最大试验荷载 1400KN的作用下 ， 沉降急剧加快 ， 本级沉降为 72.15mm， 是前级沉降的 18.79倍 ,累计沉降为 83.42mm。 试验终止 。 8#桩静载曲线 5. 桩基质量问题分析及判定 根据本工程的五根工程桩的静载荷试验数据，可将 工程桩在试验过程中的异常沉降分为以下两种类型： 第一 种类型： 在不大的试验荷载作用下产生较大沉降，但沉降 量未超过规范条件。如 6#桩在 1000KN试验荷载作用下的沉 降为 16.11mm、 77#桩在 1400KN试验荷载作用下的沉降为 11.50mm，都比前一级沉降大许多，但又都未超过规范容 许条件。并且这些桩在随后的加载过程中沉降又都趋于稳 定。 成因： 出现这种现象的最大的可能是由于在打桩 过程中打桩过快产生挤土效应，使得前面被打 下的桩又被土“浮起”，桩端“悬空”（即 “浮桩”）现象，这就使得原先的端承摩擦桩 几乎变成了摩擦桩。在试验加载超过了土层摩 擦力极限值后，试验桩又被“压”回持力层， 在试验加载继续进行时沉降又趋于稳定。 解决的措施： 为了避免这种现象的出现，应在施工过程中： （ 1）合理安排打桩顺序和路径，特别对那些 桩比较密集的区域，更要特别注意。 （ 2）在工程桩基本打完后，再重新复打一遍， 让那些桩端“悬空”的桩再被打回去。就本工 程而言，由于此种类型的沉降不是特别大，最 终未作特别处理。 第二种类型： 在较大的试验荷载作用下产生极大沉降， 并达到规范规定的终止试验的条件。如 77#、 、 120#桩在 1800KN作用下和 8#桩在 1400KN作用下 的沉降都属于此种情况。 成因： 出现此种现象的原因可能有两个： 第一：试桩在试验过程中被压坏。 这种现象可 通过“基桩低应变动力检测（简称动测）”来 判定。经过动测上面的这三根桩桩身均完好 （ 8#桩为 类桩，其它的均为 类桩）。 第二：试桩的桩端持力层承载力不够。 判定此种情况的方法就是比较入土桩长与 地质勘查资料中所反映的持力层埋深的关系， 判断桩端有没有进入持力层、进入深度如何、 持力层中有没有软弱夹层等情况。 但使用此方 法的前提条件就是要在试桩边有详细的勘察资 料且探孔距离不要太远，否则会影响判断的准 确性。 由于本工程的几根试桩离原先的探孔都较远， 同时也为了后面的桩基处理需要，决定在本工程 场址的不同方位布置八个探孔，以便探明各土层 的分布情况。补充勘察数据显示： 8#桩的桩尖离 号砾石层还有约 0.3m的距离， 77#、 120#桩的 桩尖已进入号砾石层，但离其中的夹层只有约 0.5m距离。 6#桩 长 37m BZ8 120#桩 长 37m BZ8 6. 桩基处理方案 在对以上试桩的质量问题原因查明以后 ， 为了保证工程质量 ， 并顺利比进行下一道工序 施工 ， 决定对本工程的桩基础进行处理 。 处理 的方式共分三种： 第一种处理方案： 对那些根据补充堪查资料和入土深度判定 为桩端未进入 号持力层或进入持力层 ， 但未 穿透软夹层的工程桩进行高压注水泥浆处理 。 第一种处理方案的施工方法： 经过比较分析决定对不同区域的共计 10个承 台的 34根桩进行管内钻 300直径的钻孔至 号土 层 1米 （ 有夹层的需钻穿 ） ， 提钻后埋入注浆管至 孔底 ， 倒入 5-20mm卵石 70%， 中粗砂 30%， 充填至 - 20米 ， 先注水冲洗 ， 直到孔口为清水为止 ， 再注 浆固结 、 压浆泵泵压 0.5MPa， 水泥选用 32.5级普 通硅酸盐水泥 ， 水灰比均为 0.5， 每根桩压浆 2000kg水泥 ， 在施工时要注意保持原桩身垂直度 。 第二种处理方案： 对部分承台进行补水泥搅拌桩处理 ， 一方 面是弥补前一方案中各工程桩承载力的不足 ， 另一方面也是为了提高预应力管桩的摩擦力 ， 进一步达到提高本承台桩基的实际承载力的目 的 。 决定对上述十个承台中的 2桩承台补 2根水 泥搅拌桩 ， 3桩承台补 3根水泥搅拌桩 ， 4桩 、 5 桩承台补 4根水泥搅拌桩水泥搅拌桩 。 第二种处理方案的施工方法： 水泥搅拌桩位置基本位于院有管桩桩之间 ， 2桩承台中补桩与原有管桩呈菱形布置 ， 搅拌桩 桩径 500， 桩长 15米 ， 水泥掺入量为加固土量 的 15%， 另掺水泥用量 0.2%的木质素磺酸钙减水 剂 2%的石膏粉 ， 搅拌桩施工严格控制水灰比 0.5， 控制提升速度小于 1米 /分钟 ， 边提升 、 边压浆 、 边搅拌 ， 泵送液必须连续 ， 并复搅一次 。 除此以 外 ， 部分承台尺寸及配筋也要作相应变动 （ 方案 略 ） 。 第三种处理方案： 第三种是对场地内补勘的 8个地质钻探孔在原位进行水 泥搅拌桩加固 ， 其深度为 15米 ， 具体要求同上 。 除此以外 ， 为了解决前面的 “ 浮桩 ” 以及预应力管桩和水泥搅拌桩的 不均匀沉降问题 ， 在桩顶设置褥垫层 。 桩顶褥垫层厚度为 250mm， 其中级配为 2040mm的人工石占 50%， 5mm的人工石 占 30%， 中砂占 20%， 洒水振动夯实 ， 且 压实系数 0.93。 7.桩基处理后的复测 为了检验本工程的桩基础在处理后的效果 ， 又对与 8#桩 （ 由于已测出 8#桩是 类桩 ， 若再 次进行测试有可能将其压坏 ） 处于同一承台的 9#（ 37m） 桩进行静载荷试验测试 。 实验方法及结果： 本次的静载荷试验测试与前面测试有所不 同：本次测试采用 1.5m 1.5m的厚钢板 ， 压板 中心与 9#桩中心重合 ， 压板覆盖 4根水泥搅拌桩 的部分区域 。 在试验中 ， 沉降均匀 、 沉降速度 较小 。 在最大试验荷载 2000kN级加载作用下 ， 桩顶最大沉降量为 15.11mm。 卸载后 ， 回弹观测 中桩身回弹较大 ， 最大回弹量为 11.33mm， 回弹 率为 74.98%， 沉降残余量为 3.78mm。 8.本工程桩基质量问题的成因 造成本工程桩基出质量问题的原因有多方面 。 第一 ：由于原规划方案调整 ， 使得本教学楼整体 后移 8m,但本工程的岩土工程详细勘察是在方案 调整之前 ， 方案调整后又未重新组织详细勘察 。 这就使得本工程打桩存在较大的盲目性 。 第二 ：施工人员责任心不强，在桩基施工 过程中遇到地质情况与勘察报告有明显差异时 未向有关单位通报、处理。施工过程中的隐蔽 资料未与施工同步完成，特别是打桩过程中不 做原始记录，许多记录是后补的。 例如，补勘资料显示 8#桩的桩端未进入 号砾石层（即处于号淤泥质粘土层中） ,静 载荷试验也验证了这一点。但打桩记录却显示 最后 30cm的锤击数为 8击 /10cm、 8击 /10cm、 9 击 /10cm。根据经验判断，当选用 J250型桩架、 D40柴油锤打桩机施工，长为 37m的预应力管桩 桩端位于号淤泥质粘土层中时，其最后 30cm 的锤击数不可能达到 8击 /10cm、 8击 /10cm、 9 击 /10cm。 第三 、 监理人员严重失职 ， 未按监理规范要求 施行监理 。 第四 、 本工程场址内的地质分布情况的确复杂 。 号持力层顶标高埋深起伏很大 ， 持力层内有部 分含有软夹层 。 导致配桩困难 ， 施工控制难度大 。 在相距 3m远的两根试桩 （ 72#与 77#） ， 桩长 、 桩 顶标高等基本相同的情况下静载荷试验的结果却 完全不一样 。 9.结束语 本教学楼竣工投入使用已接近两年时间 ， 在这期间沉降观测数据显示 ， 未出现较大的不 均沉降 （ 观测到的最大沉降为 14mm， 差异沉降 量也很小 ） 。 这表明 ， 本工程的桩基础处理基 本达到了预期效果 。 但本工程的教训也是深刻 的 ， 由于各方人员工作不到位导致的桩基质量 问题 ， 不但耽误了工期 ， 还造成巨大的经济损 失 。 应该值得在同类桩基施工中引起有关人员 的注意 。