论某工程的桩基质量分析与处理措施

　　摘要：社会的发展使桩基础成为现代建筑的一种重要的基础形式。虽然桩基础的应用技术日益成熟，但由于种种原因，桩基质量事故也经常出现。通过某工程桩基础的事故情况，分析了引起事故的原因，并且采取了相应的处理方法。
　　关键词：桩基；质量分析；处理措施
　　
　　1 桩基模型及计算
　　（1） 假定一个单位基础桩总数为N，桩基低应变动测抽测率为F，抽测不合格率为p0，未被抽测到桩数为n，其中不合格桩数为m，则：
　　① 对于一柱一桩：F=100%，m=0，n=0.
　　② 对于二桩承台：F＜100%，n=N(1-F)，M=N×p0.
　　设p为承台下二桩均不合格概率，则p=p02，假定满足此条件才认定二桩承台不合格。设A2为单体有不合格二桩承台事件。则按贝努里公式有：
　　在n/2个承台中不合格承台恰为K个的概率为：
　　Ckn/2×pk×q(n/2-k)(k=0、1、2…、n/2)。
　　当K=0时，承台均合格，Ckn/2×pk×q(n/2-k)=q(n/2)(p+q=1)，所以，P(A2)=1-q(n/2)。
　　③ 对于三桩承台：F＜100%，m=N(1-F),m=n•p0.
　　设p为承台下三桩均不合格概率，则p=p30，假定满足此条件才认定三桩承台不合格。设A3为单体有不合格三桩承台事件。则按贝努里公式有：
　　在n/3个承台中部合格承台恰为K个的概率为：
　　Ckn/3×pk×q(n/3-k)(k=0、1、2…、n/3).
　　当K-0时，承台均合格，Ckn/3×pk×q(n/3-k)-q(n/3)(p+q=1)，所以，P(A3)=1-q(n/3)。
　　（2） 针对F=20%、40%两种检测率，当N=100、200、300，p0=5%、10%、20%、30%时结果见表1、表2.
　　表1抽测率为20%的桩基不合格率
　　N n P0% m 二桩承台 三桩承台
　　    P1% P(A2) P1% P(A3)
　　100 80 5 4 0.25 0.095 0.0125 0.005
　　  10 8 1 0.331 0.1 0.039
　　  20 16 4 0.805 0.8 0.275
　　  30 24 9 0.977 2.7 0.665
　　200 160 5 8 0.25 0.181 0.0125 0.010
　　  10 16 1 0.553 0.1 0.077
　　  20 32 4 0.962 0.8 0.474
　　  30 48 9 1.0 2.7 0.888
　　300 240 5 12 0.25 0.260 0.0125 0.015
　　  10 24 1 0.701 0.1 0.113
　　  20 48 4 0.993 0.8 0.619
　　  30 72 9 1.0 2.7 0.963
　　注：n/2、m四舍五入取整数
　　
　　
　　表2抽测率为40%的桩基不合格率
　　N n P0% m 二桩承台 三桩承台
　　    P1% P(A2) P1% P(A3)
　　100 80 5 3 0.25 0.072 0.0125 0.004
　　  10 6 1 0.260 0.1 0.030
　　  20 12 4 0.706 0.8 0.214
　　  30 18 9 0.941 2.7 0.560
　　200 120 5 6 0.25 0.139 0.0125 0.007
　　  10 12 1 0.453 0.1 0.058
　　  20 24 4 0.805 0.8 0.382
　　  30 36 9 0.996 2.7 0.806
　　300 180 5 9 0.25 0.202 0.0125 0.012
　　  10 18 1 0.595 0.1 0.086
　　  20 36 4 0.975 0.8 0.515
　　  30 54 9 1.0 2.7 0.915
　　注：n/2、m四舍五入取整数
　　2 桩基检测情况
　　2.1基桩的检测
　　基桩于2009年8月施工完毕，于2009年9月用PRT-Ⅱ型桩基动测分析仪对此147根桩进行了低应变检测，结果表明该工程桩基存在严重的质量事故。从桩端反映曲线上看，其中很大一部分桩可能有断桩现象，一部分桩可能存在缩径、扩径等缺陷。于是按照《基桩高应变动力检测规程》（JG106-97）抽取了15根桩进行高应变检测。锤重为3t，检测结果表明15根桩中有9根桩承载力达到设计要求，其中极限承载力最大值为45#桩1958kN，最小值为44号桩355kN。检测结果如下：其中完整桩或基本完整桩65根，占总桩数的45%；轻度缺陷桩24根，占总桩数的16.3%；中度缺陷桩10根，占总桩数的6.8%；严重缺陷桩18根，占总桩数的12.2%；断桩29根，占总桩数的29.7%。
　　2.1 基桩断裂情况及分布
　　为了查找事故的原因，对44号桩进行了开挖，断裂位置在桩顶以下9.4m处，裂缝宽度约5cm，贯通桩的整个截面。裂缝上断面混凝土向上凹进，下断面向上凸出，呈塌落状。裂缝上面桩身完好，混凝土振捣密实，强度达到了设计要求；下面桩身直径有所增大，且形状不很规则。
　　从高、低应变检测的结果看桩的破坏情况，可以看到以下规律：在断裂部位上，绝大多数发生在桩顶以下8.5-10m之间，分析断面所在的土层；多数位于2-3层中间夹有细砂的黄土状粉质粘土，且见底下水的土层；在断桩的分布区域上，多数发生在桩数较多，桩距较小的地方，并且成片分布。
　　3 事故原因分析
　　根据桩身的断裂情况、施工现场的观察和向施工人员了解的情况，经过分析判断，此次桩基事故的原因主要有以下几个方面。
　　3.1没有适当处理地下水
　　该工地位于一河道旁边，受河道渗水的影响，地下水水位较高，水量丰富，而且地下水位以下有夹细砂的黄土状粉质粘土层。施工时没有采取合适的降水措施，大量抽水，导致抽取地下水后土的自重应力增加。另外由于该土层的含水量比较高，施工过程中，机具对土的扰动导致砂土液化，土体向下塌落，对桩身混凝土施加向下的拉力，而此时混凝土还没有达到所足够的强度来抵抗这种拉力，桩身下部又无配筋。因此，桩身混凝土被拉断后下陷，这从桩身断裂部位下部直径增大的现象可以得到证明。这是导致断桩事故的直接原因。
　　3.2地质勘察不准确
　　该工程场地面积约为40×11.5m2，合同要求沿建筑物基础线周边布置钻孔3个，但是“受场地限制及气候影响”，只在场地的长向两端布置了两个勘探点，两点之间相距39.5m，而最后的勘察结论为“该场地土为不均匀地基”。这显然不符合对勘探点间距的规定：“对于摩擦桩，宜为20-30m布置勘探点，但遇到土层的性质或状态在水平方向分布变化较大，或存在可能影响成桩的土层存在时，应适当加密勘探点”。由于没有按规范对场地土进行勘察，不了解地下水的分布情况，勘察的地下水位在地平面以下16.5-17m，而实际的地下水位在8-10m左右。
　　3.3桩型的选择不合理
　　该场地地下水比较丰富，上部杂填土较厚，而且由于河道渗水，土体湿软，采用普通灌注桩宜产生缩径现象。在这种情况下宜采用沉管灌注桩基础。该工程勘察报告中建议采用沉管灌注桩基础，但在施工时由于其它方面的原因没有采用，致使成孔和灌注混凝土过程中使相邻桩孔土体受到扰动。
　　3.4施工流程不恰当
　　当桩的净距＜2d且＜2.5m时，应采用间隔施工。该工程基桩的净距较小（约1.0m左右），而没有采用间隔施工的形式。而是按照桩位顺序施工。这样不仅成孔时使相邻的土体受到扰动，而且在浇注混凝土时，后浇桩对先浇桩的桩身混凝土产生影响。振捣混凝土的过程中，在巨大的振捣力的作用下，软弱土体向下塌落加速了桩身无配筋段混凝土向下发生位移而断裂。
　　4 事故处理措施
　　本次桩基事故的处理是在保证安全的前提下，尽量减少事故的处理费用为原则进行的。采取的措施是加固，尽量利用已有桩基的承载力，而不是完全弃之不用，本次加固设计的内容有两部分，补桩和采用整板刚性承台。
　　4.1补桩
　　4.1.1补桩桩型的确定
　　补桩选择与原设计桩直径、长度和配筋均相同的摩擦灌注桩。
　　4.1.2补桩位置和数量的确定
　　在补桩以前对低应变检测测得严重缺陷进行高应变检测，得到每根桩的承载力，断桩不计其承载力。在严重缺陷桩的周围适当区域适当补桩，并使之对称、协调；在断桩附近增补替换桩。在确定替、补桩过程中保证整个场地桩基的对称性，以保证将来建筑物的整体变形。
　　根据高应变所测各桩承载力的值，并结合上部结构的特点，实际补桩32根，桩径为500mm，桩长为15m。
　　4.1.3替、补桩的承载力
　　为保证建筑物的安全性，对补桩的承载力进行了低应变检测，结果表明，桩身完好，达到了要求的承载力。
　　4.1 采用整板刚性承台
　　将原群桩小承台改为厚度为900mm的钢筋混凝土板，混凝土强度等级为C30，板底、板面配直径14mm间距150mm的双向钢筋网。由于刚性整板式承台有较强的调整不均匀沉降的能力，加强了整体性和抗倾覆能力，设计中可视补桩与原基桩变形协调一致，共同受力，避免了对上部结构的不利影响，而且有利于承台底板下的土体发挥其承载作用。
　　4.2 沉降观测
　　该工程竣工后两年以来又对其进行了多次沉降观测，结果表明总沉降和不均匀沉降均达到了设计要求，说明本工程采用的加固处理措施是正确的，它保证了建筑物的正常使用。
　　5 小结
　　通过对这起桩基质量事故的分析和处理，我们认为，桩基工程的施工应注意以下几点：
　　5.1 适当处理地下水
　　当地下水比较丰富时，应采取有效的降水措施，特别是对于存在饱和砂层的地基土更要慎重处理。
　　5.2 根据土层情况选择合适桩距
　　对杂填土较厚，土质较差的场地，桩的间距应适当增大。并应采取有效的施工方案和桩机的行走路线，减少对软土的挤压和对工程桩的影响。
　　5.3 严格控制施工过程
　　施工队伍的技术素质、管理水平等直接影响桩基工程的质量。施工必须严格遵守规范、规程中的有关规定，精心组织施工，严格把关，不留隐患。

《论某工程的桩基质量分析与处理措施》

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