佛山軟土地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁質(zhì)量事故分析

陳 堅

(佛山市建筑工程質(zhì)量檢測站，廣東 佛山 528000)

1 概述

佛山市地處珠江三角洲、廣州市西南面，水系豐富，常見沖積、海積平原地貌，軟土分布廣泛。隨著近年來城市建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力管樁因其施工、檢測快和造價低，在佛山地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，成為佛山地區(qū)各種建筑工程的常見樁型。但由于預(yù)應(yīng)力管樁的自身結(jié)構(gòu)特性、施工工藝與地質(zhì)條件等原因，也出現(xiàn)過樁身質(zhì)量、承載力等方面的不良情況。本文通過工程實例，綜合分析基樁低應(yīng)變、高應(yīng)變、靜載荷試驗的檢測數(shù)據(jù)，對預(yù)應(yīng)力管樁在特定地質(zhì)條件下發(fā)生質(zhì)量事故的原因進(jìn)行分析，并提出預(yù)防性建議，以供參考。

2 工程實例

2.1 工程概況

某住宅小區(qū)工程，共10座塔樓，主體32層，設(shè)計采用PHC-500(125)AB型管樁，62柴油錘錘擊法成樁，端頭板焊接接樁?？倶稊?shù)4 362根，設(shè)計樁長不小于25 m，單樁設(shè)計極限承載力為4 000 kN。場地地質(zhì)勘查資料中有代表性的ZK06號孔，地層自上而下主要為：1)雜填土，松散，層厚2.00 m，標(biāo)貫2擊；2)淤泥質(zhì)粘土，流塑～軟塑，層厚24.30 m，標(biāo)貫2擊～3擊；3)粉質(zhì)粘土，可塑，層厚2.40 m；4)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，碎塊狀，層厚2.40 m；5)微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層。

2.2 檢測結(jié)果

表1 低應(yīng)變、高應(yīng)變檢測結(jié)果對比

樁號配樁/m(下+上)低應(yīng)變結(jié)果高應(yīng)變結(jié)果缺陷位置/m類別上部缺陷/m類別下部缺陷/m類別檢測承載力/kN58913+10+109．8Ⅱ26．8Ⅱ230061512+12+1212．5Ⅱ10．7Ⅱ390068713+10+1010．1Ⅱ9．0Ⅱ360056812+10+1212．3Ⅱ26．5Ⅳ—121512+10+1010．2Ⅲ9．5Ⅲ22．6Ⅱ—119013+10+1010．2Ⅲ9．9Ⅲ27．8Ⅱ—113212+10+1312．9Ⅱ11．0Ⅱ27．0Ⅱ4300110113+12+913．2Ⅱ28．2Ⅲ—115712+10+1212．2Ⅲ11．0Ⅳ29．4Ⅱ—91014+1311．4Ⅱ23．0Ⅱ360093615+148．3Ⅲ22．6Ⅲ—86813+1412．2Ⅱ10．7Ⅱ410081910+10+109．1Ⅲ7．0Ⅲ23．4Ⅲ—80513+10+1211．0Ⅲ8．6Ⅱ27．1Ⅲ—230415+14不定類26．2Ⅱ4900224315+1111．3Ⅲ10．7Ⅱ22．5Ⅲ—

工程樁施工結(jié)束后，首先低應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)大量Ⅲ,Ⅳ類樁，典型的低應(yīng)變曲線如圖1，圖2所示。經(jīng)過第一次擴(kuò)大檢測后，各方?jīng)Q定低應(yīng)變100%檢測，其結(jié)果如下：Ⅰ類樁143根占3.3%，Ⅱ類樁3 439根占78.8%，Ⅲ類樁672根占15.4%，Ⅳ類樁103根占2.4%，其余5根波形不規(guī)則不予定類。

為了進(jìn)一步弄清楚這些樁的樁身完整性情況，選取16根樁進(jìn)行了高應(yīng)變檢測，結(jié)果見表1。其中2304號樁、2243號樁采用柴油錘，見圖3；其余樁采用自由落錘，見圖4,圖5。自由落錘試驗的樁中，部分樁第一錘樁頂位移較大，沒有“跳錘”。

其中4座塔樓的靜載荷試驗與高應(yīng)變同時進(jìn)行，共檢測23根樁，13根不滿足設(shè)計要求，其中7根極限承載力為3 600 kN，4根為3 200 kN，2根分別為2 800 kN,2 400 kN。

2.3 結(jié)果分析

從低應(yīng)變結(jié)果看，各樁的反射波的形態(tài)顯示，缺陷部位可能為裂縫、斷裂或接樁位置，而從委托方所送配樁資料上看，缺陷位置與上部第一截接樁位置相近，考慮到低應(yīng)變本身的誤差，基本可以確認(rèn)缺陷處應(yīng)為接樁處。由此結(jié)合地質(zhì)勘查資料分析，可能原因有：1)場地軟土深厚，對樁身難以形成有效的側(cè)向約束，而施工過程中，重型設(shè)備的作業(yè)和土方開挖等造成的反復(fù)側(cè)向擠壓，容易造成上部樁身損壞，其中1157號樁在檢測中已能肉眼觀察到樁頭傾斜；2)管樁屬于擠土樁，尤其在軟土層深厚的場地，由于擠土效應(yīng)的影響，可能導(dǎo)致樁身受拉、受彎，甚至整根樁上浮，影響樁身完整性和樁的承載力，而樁身薄弱處可能先損壞，這可能是部分樁高應(yīng)變第一錘樁頂位移較大的原因；3)接樁焊接后，停歇時間不夠，焊接部位溫度高，遇地下水開裂。

從高應(yīng)變結(jié)果看，揭示出下部樁身受損的比例非常大，結(jié)合地質(zhì)勘查資料，從強(qiáng)風(fēng)化基巖的標(biāo)高和下部缺陷的位置，分析可能原因為：上覆軟土層與基巖之間缺乏足夠厚的過渡層，屬于“從松軟突變到特別堅硬的地層”[1]的情況。這種地質(zhì)條件下采用錘擊法施工預(yù)應(yīng)力管樁，由于軟土層摩擦力較小，錘擊力僅被耗散了很小一部分能量，打樁過程中大部分錘擊力以壓力波的形式在樁底反射、疊加，反射的壓力波在上行過程中重新進(jìn)入軟土層，又產(chǎn)生下行的拉力波，如此反復(fù)，容易造成樁身下部損壞。

在2304號樁錘擊過程中的，最大拉應(yīng)力TSX達(dá)到了11.5 MPa(見圖3)，2243號樁也達(dá)到7.9 MPa。管樁規(guī)范[2]要求AB型管樁有效預(yù)壓應(yīng)力值為6.0 MPa，混凝土規(guī)范[3]要求C80混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3.11 MPa，可見錘擊過程中的最大拉應(yīng)力已經(jīng)超過樁身混凝土所能承受的拉應(yīng)力，有使樁身薄弱位置受損的可能。

對比低應(yīng)變、高應(yīng)變結(jié)果，高應(yīng)變上部缺陷的嚴(yán)重程度相對低應(yīng)變結(jié)果較輕，也提示缺陷可能為裂縫、斷裂或接樁處，在錘擊力作用下發(fā)生閉合。而高應(yīng)變揭示的下部缺陷，由于低應(yīng)變的激勵作用小，即使在流塑軟土中，其能量也難以傳到深部或者從深部返回，不足以發(fā)現(xiàn)此類缺陷。并且對于樁身多個缺陷的情況，由于缺陷位置的阻抗變化較大，應(yīng)力波難以穿過，低應(yīng)變更顯得無能為力。

同時，高應(yīng)變結(jié)果也提示，多根樁的檢測承載力達(dá)不到設(shè)計要求。從圖4,圖5可見，樁側(cè)摩阻力均相當(dāng)之小，僅端承部分承載力較大，而靜載結(jié)果也印證了高應(yīng)變的結(jié)果。

3 結(jié)語

通過以上工程事故實例說明，雖然錘擊式預(yù)應(yīng)力管樁有價格低、工期短等優(yōu)勢，但在某些特定地質(zhì)條件下，使用管樁未必能收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。故針軟土層深厚的場地提出幾點建議：

1)考慮到相似地質(zhì)條件下，即使采用靜壓法施工預(yù)應(yīng)力管樁，同樣有出現(xiàn)質(zhì)量事故的先例[4]，則在“從松軟突變到特別堅硬的地層”的場地中，應(yīng)慎用預(yù)應(yīng)力管樁；2)樁的承載力包含摩擦力和端阻力兩部分，一般錘擊式管樁可打入N≥50的強(qiáng)風(fēng)化巖層1 m～2 m，不能打入中風(fēng)化或微風(fēng)化巖層[5]，而軟土層又無法提供足夠的摩擦力，甚至產(chǎn)生負(fù)摩阻力，僅靠強(qiáng)風(fēng)化巖層提供的承載力，往往不高，極限承載力取值應(yīng)相對保守；3)由于軟土層對錘擊力的消耗較小，容易在樁身形成較大的壓應(yīng)力或拉應(yīng)力，而低應(yīng)變檢測不易發(fā)現(xiàn)深部的缺陷，應(yīng)適當(dāng)配合高應(yīng)變檢測；4)軟土場地中，應(yīng)加強(qiáng)施工管理，采取措施避免機(jī)械對地基土產(chǎn)生反復(fù)擠壓造成樁身損壞；5)改進(jìn)接樁處的焊接技術(shù)，焊條使用前烘干，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)，焊接完成后靜置一段時間再繼續(xù)施打，或采用機(jī)械連接。

[1] 王 離.管樁基礎(chǔ)質(zhì)量事故的幾個典型案例[J].混凝土與水泥制品,2006(5):26-30.

[2] GB 13476—2009,先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].

[3] GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 彭立才,林奕禧,黃良機(jī).珠海軟土地區(qū)管樁質(zhì)量事故分析及處理[J].巖土工程學(xué)報,2011,33(10):169-173.

[5] DBJ/T 15—22—2008,錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程[S].