某工程素混凝土桩复合地基的质量检测与分析

肖朝阳　姜兆平

摘要：通过素混凝土桩复合地基的质量检测实例，对刚性桩复合地基的检测数据进行分析，研究质量问题的原因及应对措施，对类似工程的质量检测提供相应的建议。

关键词：素混凝土桩；桩身完整性；承载力检测；静载试验。

1. 工程概况

某工程为两栋超高层办公楼，1栋为地上49层、高度180 m，混合结构，单柱最大荷重48000kN，基底埋深约为±0.0下-15.0m；另一栋为地上44层，高度140m，剪力墙结构，基底平均压力约为850kPa，基底埋深约为±0.0下-13.0 m。建筑物均为地下三层。

2. 工程地质条件与地基处理

2.1工程地质条件

工程场地地貌单元属于河流Ⅰ级阶地，基础下部卵石层中分布有较多强度相对较低的夹层。勘察场区地基土分为6层，基底下主要地基土的力学指标特性见下表：

2.2地基处理方法

工程采用筏板基础，以第⑷层卵石为持力层，基底标高进入持力层不小于0.3m。设计要求基础下浅部（基础底标高以下3.0m左右）存在软弱夹层时应全部挖除，对于深层软弱夹层较厚的区域采用素混凝土桩进行加固处理。素混凝土桩桩端应穿过软弱夹层，进入软弱土层以下卵石层不小于1.0m，刚性桩的桩径均为0.8m，桩长9.0～13.0m，单桩竖向抗压承载力特征值为2100～2800kN，桩身混凝土强度等级C30，总桩数155根。刚性桩复合地基的单桩处理面积为3.0m×3.0m、3.2m×3.2m、3.5m×3.5m等多种。设计要求处理后复合地基承载力特征值不小于820kPa。

3. 素混凝土桩复合地基的质量检测

3.1桩身完整性检测

桩身完整性采用反射波法，检测数量共155根，检测比例100%。检测结果：Ⅰ类桩109根、Ⅱ类桩35根，Ⅲ类桩11根。典型试验曲线如图一。

3.2单桩承载力检测

单桩承载力检测采用静载试验法，检测比例大于1%，慢速维持荷载，逐级等量加载。各试验桩最大加载量为4300～5600kN，均不小于设计要求单桩承载力特征值的2倍。试验分9～10级进行加载，分级荷载430～560kN。每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次；试桩沉降相对稳定标准、加载、卸载方法按相关规范执行。典型试验曲线如图二。

3.3 单桩复合地基承载力检测

单桩复合地基承载力检测采用静载荷试验法，检测比例大于1%，各试验点最大加载量均为1650kPa。承压板面积为8.96m2、9.30m2、12.25m2三种，均分10级进行加载，分级荷载为165kPa。试验过程中，每加一级荷载，在加荷前后各读记承压板沉降量一次，以后每半小时读记一次，当一小时内的沉降量小于0.1mm时，即可施加下一级荷载。满足卸载条件，分级卸载后终止试验，试验曲线略。

4.检测数据分析

4.1 桩身完整性检测数据的分析

实测桩身完整性曲线共分三类，分述如下：

1）Ⅰ类--桩身完整桩：见图一中1#桩曲线，有桩底反射波，且桩底反射前无缺陷反射波；

2）Ⅱ类--桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的发挥：见图一中3#桩曲线，有桩底反射波，11.7m处有轻微缺陷反射波；

3）Ⅲ类--桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响的桩：见图一中2#、4#桩曲线，桩身分别在2.7m和11.0m处存在明显缺陷反射。本工程Ⅲ类桩的桩身缺陷位置主要集中在桩的上部1.2～4.0m及桩身下部3.0m范围内。

4.2单桩承载力检测数据的分析

实测单桩静载荷试验曲线共分4类，分述如下：

1）单桩承载力满足设计要求：如图二中的1#桩曲线，各级荷载的桩顶沉降量小，稳定时间短，桩顶最大沉降量在13.0～16.4mm之间，卸载后桩顶回弹率一般>30%。

2）单桩承载力不满足设计要求：如图二中的2#桩曲线，前8级桩顶沉降量小，第9级加载十分钟后，桩顶沉降骤增，分级荷载无法保持，本级沉降为上级沉降的十倍以上，曲线出现陡降段，最大沉降量>40.0mm。经开挖验证，试验桩属桩身材料破坏。

3）单桩承载力满足设计要求，沉降偏大：如图二中的3#桩曲线，在各级荷载下，桩顶沉降量均较大，分级加荷时间加长，最大沉降量在25.0～30.4mm之间，沉降符合规范要求，卸载后桩顶回弹率一般20%左右。

4）单桩承载力不满足設计要求，沉降超过规范标准：如图二中的4#桩曲线，在各级荷载下，桩顶沉降量均较大，分级加荷时间长，曲线无明显拐点，分级荷载均能稳定且各级沉降逐步减小，最大沉降量>40.0mm。

对该桩进行了二次复压，其静载试验曲线与1#桩试验曲线形态一致，沉降明显减小，满足规范要求，改判其单桩承载力满足设计要求。

4.3单桩复合地基承载力检测数据的分析

共进行了9个单桩复合地基静载荷试验，各试验点达到最大加载量时，均未出现破坏特征，复合地基承载力均满足设计要求。各试验点的最大沉降量19.2～34.0mm，承载力特征值对应的沉降为10.42～17.79mm。

5.质量问题与检测

5.1 桩身缺陷形成原因及影响

1）桩身上部缺陷主要原因：局部夹层未清除、上覆土压力小、拔管速度快、泵送压力不足等造成桩身局部强度低。经静载试验验证，上部缺陷对承载力的影响较大，曲线有明显的陡降段，其破坏模式一般为桩身材料破坏，承载力不满足设计要求。

2）桩身下部缺陷形成的主要原因：施工时未采用超流态混凝土压灌方式，浇筑前提前拔管、泵送压力不足、桩端混凝土充盈系数小等导致桩端虚土、局部混凝土质量差；桩端缺陷对承载力的影响与虚土厚度及局部混凝土强度有关，静载试验为压密过程，沉降大，承载力不满足设计要求。对该类桩，如试验时各级沉降能稳定，可采用二次复压进行处理。

5.2质量检测原则

1）本工程局部地基土中夹层多，卵石层中成孔容易形成桩身不规则等问题，进行承载力检测前建议先进行桩身完整性普查，对实测信号复杂或曲线明显异常的桩应有针对的进行承载力检测，并通过静载试验验证其桩身完整性。

2）通过单桩复合地基检测结果可知，在卵石层中局部设置刚性桩复合地基的处理方式，其承载力能满足设计要求及工程需要；承载力检测的重点是单桩承载力的检验，对于承载力不满足要求的基桩通过二次复压进行验证，可避免不必要的工程处理。

参考书目：

【1】行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。