某高層住宅樓PHC工程樁事故分析和處理

某高層住宅樓PHC工程樁事故分析和處理蔡民軍1蔡為娟2王耀龍2黃衛(wèi)2(上?，F(xiàn)代華蓋建筑設(shè)計(jì)上海200041)[提要]對(duì)某工程中出現(xiàn)的PHC工程樁質(zhì)量事故，進(jìn)行了全面詳細(xì)的檢測(cè)分析，根據(jù)樁基的實(shí)際事故情況，對(duì)事故采取有效的加固措施，提高樁的質(zhì)量等級(jí)。對(duì)整個(gè)樁基進(jìn)行詳盡的承載力、沉降量和偏心率計(jì)算，根據(jù)分析數(shù)據(jù)采取必要的加樁措施，使其能滿足承載力和正常使用極限狀態(tài)要求，并且把工程損失減小到最低限度。[關(guān)鍵詞]PHC樁樁基低應(yīng)變檢測(cè)樁芯加固樁基承載力偏心率剪切破壞AnalysisandProcessofAccidentofPre-stressedConcretePile(PHC)inaHigh-riseResidentialBuilding/CaiMinjun1,CaiWeijuan2,WangYaolong2,HuangWei2(ShanghaiXianDaiHuagaiArchitecturalDesignCo.Ltd.,Shanghai200041,ChinaAbstract：Accordingtotherealqualityaccidentofpre-stressedconcretepile(PHC),andbasedonoverallcheckandanalysis,someeffectivestrengtheningmeasurementstoimprovethequalitylevelofthedefectpilearepresented.Basedonthedetailedcalculationofbearingcapacityofpilefoundation,settlementandeccentricity,somepilesareaddedtomeettherequirementsofthebearingcapacityandnormalusedlimit-state.Theengineeringlossisreducedtotheminimum.Keywords:PHC；low-stresscheck；strengtheningofpilecore；bearingcapacityofpilefoundation；eccentricity；shearfailure1工程概況工程建于上海市區(qū)西南高檔住宅社區(qū)。4G2號(hào)主樓與會(huì)所裙房采用沉降縫斷開(kāi)，主樓地下1層，地上26層，建筑高度83.20m，地下室為停車(chē)庫(kù)，地上層2為商場(chǎng)和辦公，層3～26為住宅。其剖面和地下室平面見(jiàn)圖1，2所示。圖1會(huì)所裙房及4G2號(hào)主樓A-A剖面圖圖2地下室平面圖工程場(chǎng)地屬河口~濱海相沖積平原，場(chǎng)地土層分布平坦，地質(zhì)年代為全新世Q4和上更世Q3，場(chǎng)地土質(zhì)為軟弱土，地表雜填土以下除層②土較好外，存在很厚的高壓縮性粘土和淤泥質(zhì)粘土層，含水率高，孔隙比大，抗剪強(qiáng)度很低，處于軟塑和流塑狀態(tài)。高層住宅樓采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房局部采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，高層主樓樁基選用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁即PHC管樁，樁長(zhǎng)40m，樁徑500mm，持力層為⑦1灰色粉質(zhì)粘土，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值2100kN，樁數(shù)196根。裙房局部樁基選用預(yù)制方樁，樁長(zhǎng)30m，樁截面400×400，持力層為⑤3灰色粉質(zhì)粘土層，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值1300kN，樁數(shù)40根。樁基均采用靜壓法施工，主樓PHC管樁樁頂標(biāo)高為-5.250m，裙房預(yù)制方樁樁頂標(biāo)高-6.850m，主樓與裙房均采用筏板式承臺(tái)，筏板厚度1000，地下室混凝土強(qiáng)度C40，抗?jié)B等級(jí)0.8MPa。土層情況如表1所示。場(chǎng)地土根本參數(shù)表1土層w(%)e〔孔隙比〕Ip〔塑性指數(shù)〕IL〔液性指數(shù)〕Es〔MPa〕C〔kPa〕〔o〕粉質(zhì)粘土28.20.81160.444.482221.5淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土40.51.14161.253.841318淤泥質(zhì)粘土50.41.41201.332.281110.5粘土39.51.1217.51.013.091516粉質(zhì)粘土32.40.9313.90.935.261720粘質(zhì)粉土夾粘土31.50.9012.80.967.381227粉質(zhì)粘土33.10.9513.90.894.481920.5砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土31.40.9012.60.897.291327砂質(zhì)粉土夾粘質(zhì)粉土29.60.85----8.0411292樁基和土方施工情況以及事故原因分析4G2號(hào)樓樁基于2003年9月6日開(kāi)始施工，至2003年10月20日完成。在樁基沉樁施工中有17根工程樁未能壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高，施工中采用堆壓荷載和貫入度雙控指標(biāo)。經(jīng)補(bǔ)充勘察報(bào)告分析，由于層⑤2土下部砂性較大、較密實(shí)，局部Ps值大于10.0MPa，當(dāng)沉樁暫停樁接頭施工時(shí)，停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成后期沉樁困難，另外對(duì)樁基中未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高的三根工程樁進(jìn)行了靜載荷檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。2004年2月16日～3月6日對(duì)該樓基坑進(jìn)行土方開(kāi)挖，此后對(duì)樁基進(jìn)行定位測(cè)量和低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)局部PHC樁樁身傾斜，偏位較大，接樁處和樁身處存在斷裂或明顯缺陷現(xiàn)象，判定出46根Ⅲ類(lèi)樁，占PHC工程樁的23%，集中分布在該樓北側(cè)鄰近的地下車(chē)庫(kù)。最大樁身偏位90cm，表2為樁頂水平偏移及樁傾斜角的情況，從表中可以看出超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許偏差1/2樁徑〔25cm〕的比例為63.2%；最大傾斜4o20’，傾斜率根本滿足標(biāo)準(zhǔn)要求樁頂水平偏移及樁傾斜角表2樁頂水平偏移(cm)樁傾斜角范圍0~1010~2525~40>400~2o2o~4o>4o樁偏移及傾斜根數(shù)所占樁總根數(shù)比率(%)6.230.637.22674.523.52根據(jù)對(duì)Ⅲ類(lèi)樁分布情況以及圍護(hù)措施和土方施工情況綜合分析，認(rèn)為出現(xiàn)Ⅲ類(lèi)樁的主要原因如下：1〕4G2號(hào)樓基底高于會(huì)所地下車(chē)庫(kù)基底，4G2號(hào)樓場(chǎng)地與會(huì)所地下車(chē)庫(kù)基坑底有6m的高差，在先開(kāi)挖會(huì)所地下車(chē)庫(kù)時(shí)，沒(méi)有采取有效的圍護(hù)措施；2〕北側(cè)地下車(chē)庫(kù)深于4G2號(hào)樓，卻先于4G2號(hào)樓土方開(kāi)挖，土方單位挖土?xí)r沒(méi)對(duì)4G2號(hào)樓進(jìn)行放坡卸載，而且土方施工車(chē)輛來(lái)不及清運(yùn)土方，荷載都堆在4G2號(hào)樓地面；3〕地基土剪切破壞形成剪切滑動(dòng)面，土體推動(dòng)整個(gè)樁基滑向地下車(chē)庫(kù)基坑，造成樁基偏位、3事故處理措施Ⅲ類(lèi)樁數(shù)量多、比例大，而且集中在樁基北側(cè)。從施工企業(yè)提供的低應(yīng)變動(dòng)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)分析，絕大多數(shù)Ⅲ類(lèi)樁在樁頂以下1.50~4.0m有斷裂現(xiàn)象，個(gè)別樁在樁頂以下8m處斷裂，樁頂平面偏位大局部在300~500mm范圍，個(gè)別最大達(dá)900mm⑴首先對(duì)所有PHC樁及預(yù)制方樁進(jìn)行偏位和樁身質(zhì)量檢測(cè)，確定每根工程樁的情況。⑵對(duì)全部Ⅲ類(lèi)樁進(jìn)行樁芯加固，加固后再作100%低應(yīng)變檢測(cè)，檢驗(yàn)加固效果。選取9根加固樁作高應(yīng)變檢測(cè)，確定加固樁承載力和樁基需加樁數(shù)量及樁型。⑶在加固樁檢測(cè)后，將全部Ⅰ，Ⅱ類(lèi)樁和Ⅲ類(lèi)加固樁按實(shí)際偏位尺寸，不同的承載力設(shè)計(jì)值輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行樁及承載力驗(yàn)算和偏心率計(jì)算，并確定加樁的平面位置。⑷提供加樁數(shù)量和樁型設(shè)計(jì)要求，并對(duì)相應(yīng)地下室底板作修改。⑸對(duì)加樁進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確定樁基加固質(zhì)量。⑹增加沉降觀測(cè)點(diǎn)和頻次，掌握樁基變形情況。4樁芯加固做法及加固后樁基檢測(cè)分析2004年4月初開(kāi)始對(duì)46根Ⅲ類(lèi)樁進(jìn)行樁芯加固施工(即樁芯內(nèi)澆筑混凝土)，因樁中心孔被建筑施工垃圾及土堵塞，采用鉆探100型鉆機(jī)對(duì)46根Ⅲ類(lèi)樁進(jìn)行樁芯鉆孔清孔，清孔至每根樁斷裂處以下2m，孔底建筑垃圾和土可防止?jié)仓炷習(xí)r，混凝土下落，有7根樁無(wú)法清至探明的斷裂處以下2m，其它樁均按要求清孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高。在300mm樁芯內(nèi)配置鋼筋籠，澆筑C40微膨脹混凝土，澆注過(guò)程中，由于10cm的混凝土澆注導(dǎo)管在孔內(nèi)無(wú)法正常提升，以及由于導(dǎo)管直徑太小混凝土無(wú)法在管內(nèi)正常流動(dòng)，與施工方研究施工方案，決定將30cm的管芯視作混凝土澆注導(dǎo)管，用高流動(dòng)性混凝土進(jìn)行澆注，將管芯內(nèi)地下水抽至設(shè)計(jì)標(biāo)高，放鋼筋籠后，用16m超長(zhǎng)振搗棒由上而下進(jìn)行全過(guò)程的振搗。加固后經(jīng)低應(yīng)變檢測(cè)8根樁加固后仍為Ⅲ類(lèi)樁，且樁位較集中于北側(cè)鄰近地下車(chē)庫(kù)處，其余38根樁樁身質(zhì)量明顯改善判為Ⅱ類(lèi)樁。樁芯加固詳圖見(jiàn)圖圖3PHC樁樁芯加固詳圖因基坑已開(kāi)挖完成，無(wú)法對(duì)加固樁進(jìn)行靜載荷試樁，最后決定采用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)進(jìn)行檢測(cè)。2004年5月5日對(duì)9根加固的Ⅲ類(lèi)樁進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)測(cè)〔圖4〕，動(dòng)測(cè)成果見(jiàn)表3，其中124#樁加固后仍為Ⅲ類(lèi)樁。從高應(yīng)變動(dòng)測(cè)的數(shù)據(jù)分析，經(jīng)樁芯加固后大局部樁身質(zhì)量明顯改善，符合工程樁承載力設(shè)計(jì)要求。124#樁因樁身加固后未到達(dá)設(shè)計(jì)要求，其承載力略小于設(shè)計(jì)要求，仍可作為工程樁使用，其設(shè)計(jì)承載力應(yīng)降低使用。Ⅲ類(lèi)加固樁高應(yīng)變檢測(cè)成果表3樁號(hào)樁長(zhǎng)〔m〕灌芯加固施工日期測(cè)試日期極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)樁側(cè)摩阻力(kN)端承力(kN)樁身完整性及類(lèi)別76#39.120203904.23161.4742.9一般、Ⅱ類(lèi)97#4020204285.73583.0702.7一般、Ⅱ類(lèi)100#4020203848.13084.9763.2一般、Ⅱ類(lèi)102#4020204256.53339.7916.8一般、Ⅱ類(lèi)122#4020204199.23419.3780.0一般、Ⅱ類(lèi)124#30.920203502.42884.4617.9缺陷有改善但不完全，Ⅲ類(lèi)130#4020204152.43366.7785.7一般、Ⅱ類(lèi)161#4020204127.33389.6737.7一般、Ⅱ類(lèi)189#39.320203961.83490.6471.2一般、Ⅱ類(lèi)注：原設(shè)計(jì)單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為3600kN。經(jīng)對(duì)整個(gè)樁基進(jìn)行豎向荷載和水平荷載多種組合工況的承載力分析和建筑物重心與樁基形心偏心率分析，需補(bǔ)樁2根〔圖4〕，單樁承載力設(shè)計(jì)值2100kN，根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地條件，與施工總承包企業(yè)商定，加樁采用鉆孔灌注樁，樁徑650mm，樁長(zhǎng)40m，持力層為⑦1層。為保證加樁和PHC管樁協(xié)同變形，在樁底端采用后注漿措施，注漿水泥量不小于1500kg/樁。對(duì)底板內(nèi)力重新進(jìn)行計(jì)算和分析，在軸HG2~PG2大底板下排增加一排鋼筋Ф16@200(雙向)。并對(duì)所有46根Ⅲ類(lèi)樁承載力進(jìn)行折減，折減系數(shù)取0.8，補(bǔ)樁2根，與原設(shè)計(jì)樁基進(jìn)行沉降變形和偏心比擬，經(jīng)程序Autobase及AutoTBSP計(jì)算，比擬成果見(jiàn)表4圖4高應(yīng)變檢測(cè)樁、補(bǔ)樁及沉降觀測(cè)點(diǎn)平面圖原樁基與樁基加固后樁基偏心率和沉降計(jì)算分析表4原設(shè)計(jì)樁基樁基加固后樁基形心與建筑物重心偏心率e〔%〕ex0.150.26ey0.590.66樁基計(jì)算沉降量s(mm)125.3129.22004年6月7日經(jīng)低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，加樁1為Ⅰ類(lèi)樁，加樁2為Ⅱ類(lèi)樁，根本符合設(shè)計(jì)要求，至此樁基加固工程結(jié)束，經(jīng)驗(yàn)收合格進(jìn)入4G2號(hào)樓地下室結(jié)構(gòu)施工。從2004年10月2日地下室頂板完成起至2005年6月22日地上26層及塔樓全部結(jié)構(gòu)完成后，沉降觀測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖4，共進(jìn)行了27次沉降觀測(cè)，14個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，最大沉降量20mm，最小沉降量9mm，沉降均勻。沉降觀測(cè)成果見(jiàn)表5。沉降觀測(cè)成果表5觀測(cè)點(diǎn)1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#累計(jì)沉降量(mm)101099911910910131720105結(jié)論〔1〕對(duì)于工程建設(shè)中的樁基質(zhì)量事故，首先應(yīng)做好詳盡的檢測(cè)工作，掌握每一根基樁的實(shí)際數(shù)據(jù)，才能對(duì)基樁和整個(gè)樁根底進(jìn)行加固措施?！?〕對(duì)有缺陷的基樁可適度利用其承載力，并充分考慮群樁效應(yīng)和根底以及上部結(jié)構(gòu)剛度的有利作用?！?〕加固樁基計(jì)算應(yīng)包括承載力極限狀態(tài)和正