某项目方桩缺陷的原因分析与处理

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　　摘 要 针对某高层住宅项目HKFZ高强混凝土空心方桩静压桩出现桩顶标高高于设计标高、桩顶倾斜、桩身破坏的情况，采用低应变对桩身结构完整性进行检测，分析了质量事故的成因。通过填芯法对方桩进行补强，并采用静载实验验证方桩补强效果。
　　关键词 HKFZ方桩;填芯法;静载试验
　　近年来，高强度预应力混凝土空心桩和静压桩施工得到广泛应用。本文以HKFZ高强混凝土空心方桩在某高层住宅项目中出现桩顶标高高于设计标高、桩顶倾斜、桩身破坏的质量事故为例，分析事故成因，介绍处理经验。
　　1 工程概况
　　上海某高层住宅项目2#楼桩基设计等级为甲级，采用高强混凝土空心方桩（HKFZ-AB400（220）-11，11，10），桩长32m，桩身强度C80，共139根桩，桩顶相对标高-3.35m，持力层为⑦1-2层，进入持力层深度约1.6m，单桩竖向承载力设计值1340KN。打桩采用静压式，本工程控制原则为“以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅”。
　　场地原来主要为苗圃林地、明浜，明浜底部主要为淤泥，含有较多有机质、腐质物，地下水位在0.4m～1.3m之间。土层情况详见附表1主要土层物理力学性质指标[1]。
　　2 桩身完整性检测
　　2.1 试桩设计指标
　　以2#楼第139号桩为例，该桩桩顶倾斜、桩身浅部开裂。目前该桩已截至设计标高，施工桩长应为10m+11m+11m，实际欠送2.5m，剩余桩长29.5m。
　　采用低应变实验对桩身结构完整性进行检测，试桩主要设计指标见表2第139#试桩设计指标。
　　2.2 检测结果
　　低应变时域曲线见图1第139#桩低应变时域曲线。
　　检测结果显示，桩身浅部轻度缺陷，结合现场测量结果，桩孔内壁0.3m、0.5m处轻微裂缝，1.2m处轻度缺陷。
　　根据统计结果，包括139#桩在内，2#楼共计有约16根方桩未能到达设计标高，大部分集中在建筑的东侧，静压桩施工较为困难，桩顶高于设计标高0.4m～2.8m不等，桩顶有不同程度的倾斜，桩身检测浅部有轻微裂缝或轻度缺陷[2]。
　　3 导致质量缺陷的原因分析
　　3.1 施工及地质情况
　　桩顶标高未达到设计标高时，分别以2500kN压桩，持续时间为半小时，3000kN压桩，持续时间为一小时，3300kN压桩，持续时间不超过半小时。
　　2#楼沉桩时期正好碰上连续雨天，施工场地出现弹簧土现象，桩机行走移位困难。
　　2#楼桩顶标高未达到设计标高的桩较多的集中在建筑的东部，地址质勘察报告显示该区域有一条宽约60m的古河道从西南至东北方向穿越场地。
　　3.2 区域内⑤2层土是导致桩顶倾斜的主要原因
　　古河道⑤2层灰色砂质粉土在此区域厚度较深，以139#桩所在位置对应的K17勘探孔为例，该土层厚9m，静压桩在密实的砂土中沉桩困难，挤土效应明显，容易导致桩身移位与倾斜。
　　2#楼平面为东西向长方形布置，桩基础施工单位按照从西向东依次施工，场地条件较差，桩基行走对土层形成挤压，也是导致桩顶倾斜的原因之一。
　　3.3 古河道范围内⑦1-2层土顶面标高相对较高是桩顶标高高于设计值的主要原因
　　以139#方樁为例，设计桩长32m，要求进入持力层深度为1.6m。图2.P7-P7，工程地质剖面图K17孔位显示，按照设计“以标高控制为主以贯入度为辅的”原则，139#桩理论上进入持力层深度为4.87m，⑦1-2层为草黄～灰色砂质粉土，地质报告静力触探测试成果图表显示，比贯入度曲线会发生突变，因此桩端进入该土层后沉桩变得更加困难。
　　单桩竖向承载力设计值为1340kN，单桩竖向极限承载力标准值为2680kN，施工过程中最大压桩力达到了3300kN，仅从压桩力判断，单桩承载力满足设计要求。
　　单桩竖向承载力设计值为1340kN，单桩竖向极限承载力标准值为2680kN，施工过程中最大压桩力达到了3300kN，仅从压桩力判断，单桩承载力满足设计要求。
　　139#桩的截桩长度为2.5m，进入持力层的深度为2.37m，大于设计要求的1.6m，从进入持力层的深度判断也满足设计要求。
　　因此，古河道区域桩顶标高高于设计标高的主要原因是持力层顶面标高较高导致的。
　　3.4 压桩力过大和压桩机行走碰撞造成了桩身浅部裂缝和轻度缺陷
　　施工场地明浜等区域淤泥埋深较浅，表面换填土厚度不够，恰逢数天阴雨，场地条件恶劣，导致静压装机行走困难，尤其是当桩顶标高高于设计标高，妨碍桩机行走路线的情况下，压装机对已完成的工程桩时有碰撞，造成桩身浅部损害。
　　设计要求的单桩竖向极限承载力标准值为2680kN，为使桩顶标高满足设计要求，实际施工过程中的压桩力达到了3300kN，过大的压桩力也是导致桩身裂缝和缺陷的原因[3]。
　　4 用填芯法处理139#桩的浅部裂缝缺陷
　　以139#桩为例，用填芯法处理桩身浅部裂缝和轻度缺陷。
　　4.1 桩孔内填芯处理
　　（1）填芯深度：Lh+1.2m = 5.08m ≈ 5.5m
　　计算：Lh≥Qt /（fn×Upn），即
　　Lh≥1340kN/（0.5MPa×π×220mm）= 3.88m
　　（2）填芯材料：H-60微膨胀灌浆料，3d强度40MPa、28d强度80MPa。微膨胀剂掺入量5%。
　　计算：Qd′≤fcAp=35.9MPa×π×110mm×110mm=1364kN
　　说明：Qd′取1340kN，有侧限，故折减系数按1考虑。
　　（3）配筋：同原设计要求。 　　4.2 桩侧处理
　　加设钢板约束，板厚4mm、45°企口满焊，长度不低于800mm，略低于截桩后桩顶平面。
　　4.3 桩顶处理
　　用截桩机截至水平、平整，加装端板。
　　4.4 桩侧桩顶板间缝隙采用环氧树脂水泥固化剂后浇筑充填。
　　4.5 填芯施工要点
　　①清孔深度6.5m，孔内降水至6.0m。②填芯钢笼托板处采用防漏布料包裹，若有微渗需及时补料[4]。
　　5 单桩竖向静载荷试验
　　（1）为验证139#桩是否满足设计要求，待填芯处理完毕，休止期满后对其进行单桩竖向静载荷试验。设计指标见表2。
　　（2）单桩竖向抗压静载荷试验结果见表3。分级加载一览表，表4.实测值，表5.单桩竖向静载试验汇总表，图3.Q-s曲线及s-lgt曲线图。
　　本次试验最大加载量为3000kN，分为10级，当累计沉降量大于20mm时，按极差的一半（150kN）加载。
　　试验加载至2850kN稳定后，累计沉降为40.2mm，加载至3000kN测度60min后累计沉降量达到100mm，试验转为卸载，该试桩单桩竖向抗压极限承载力为2850kN。
　　静荷载试验验证了通过填芯法处理后的139#方桩满足设计要求，该项目在使用过程中的沉降观测结果显示，沉降量满足设计和规范要求。
　　6 结束语
　　（1）静压桩施工因其无噪音、无振动、无污染、效率高及成桩质量高等优点，在软土地区得到了广泛发展。然而，因为场地条件差，施工方法不当，地质勘察报告不够翔实，设计对地质条件的特殊情况容易忽视，沉桩过程中的挤土效应造成桩顶倾斜、压桩机行走导致桩的浅部损害等质量事故应引起重视。
　　（2）类似于139#桩所发生的桩顶标高高于设计标高、桩顶倾斜、桩身裂缝和轻度缺陷的问题十分普遍，本文从低应变实验确认桩身完整性，到分析质量事故的成因，采用填芯法对桩进行补强，以及通过静荷载试验验证补强措施的有效性提供了闭环的完整处理方案。
　　（3）类似于139#桩发生的问题的处理方法还有很多，验证手段也不局限于静荷载试验，需要结合工程的实际情况，权衡工程进度、质量和造价等多方面因素，选择适合的方法。
　　（4）空心方桩外截面方形比圆形更适宜于堆放，方形截面比圆形截面更有利于接桩。在相同外周长时，空心方桩比管桩横截面小，对于以桩侧阻力为主的摩擦型桩，空心方桩具有优势。相同横截面积情况下，空心方桩的截面抵抗矩比管桩大。高强度预应力方桩的静压法施工具有广阔的市场前景，对其相关问题的研究值得进一步探讨。
　　参考文献
　　[1] 张建新，吴东云.桩端阻力与桩侧阻力相互作用研究[J].岩土力学，2008，29（1）：541-544.
　　[2] 刘芙蓉.预应力离心混凝土空心方桩在工程中的实用分析[J].科技创业月刊，2009，22（12）：167-168.
　　[3] 曾定帮，何忠明，唐佳.摩擦型长桩承載力计算的探讨[J].矿冶工程，2006，26（3）：15-18.
　　[4] 张磊.静压桩的挤土效应分析及在某软土地基中的应用[J].内江科技，2011，32（5）：128.
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