某工程管桩静载不合格问题的分析和处理

徐 桑

(台州民用建筑设计有限公司，浙江 台州 318000)

1 工程概况

台州某研发楼结构形式为框架结构，层数为5 层，占地面积891 m2，建筑总面积为4 335 m2，抗震设防烈度小于6 度。根据地勘显示，地基土主要以一般粘性土为主，均匀性较好，分布稳定区域上无大型的活动断裂构造。地下水水质类型为氯化物—钠型咸水，拟建场地的环境类型为Ⅱ类，地下水对混凝土结构具有微腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性，场地内以粘性土为主，无深部承压水分布。该工程基础采用桩承台基础，共99 根预应力混凝土管桩，桩径500 mm，设计桩长50 m，桩身混凝土设计强度为C60，单桩竖向抗压承载力特征值为1 150 kN，以⑤层粉质粘土为持力层，场地地质概况如表1所示。

表1 场区岩土层概况 kPa

2 桩基检测及事故原因分析

工程桩施工完成后，由建设工程质量检测中心进行单桩静载试验(静载1400113)和低应变法检测(动测1400092)。随机选取3 根预应力管桩做静载试验，分别为59 号，36 号，21 号。静载试验采用桩架组成反力装置，用液压千斤顶加荷，整个测试过程由RS-JYC 桩基静载测试分析系统监控测量。根据JGJ 106—2003建筑基桩检测技术规范有关规定，试验采用快速维持荷载法。终止加载条件:

1)某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5 倍(注:当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40 mm 时，宜加载至桩顶总沉降量超过40 mm)。

2)某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2 倍，且经24 h 尚未达到相对稳定标准。

3)已达到设计要求的最大加载量。

4)当工程桩做锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。

5)当荷载—沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60 mm～80 mm;在特殊情况下，可根据具体要求加载至累计沉降量超过80 mm。

静载试验的3 根管桩检测结果及检测结论如表2 所示。

静载检测结论:59 号桩单桩竖向抗压极限承载力为1 334 kN，达到设计值58%;36 号桩单桩竖向抗压极限承载力为1 893 kN，达到设计值82%;21 号桩单桩竖向抗压极限承载力为1 840 kN，达到设计值80%，均不满足设计要求。

表2 检测结果汇总表

第二次静载试验，抽取剩余桩中的其中2 根，2 根桩承载力均达不到设计值的60%，因此实测单桩承载力远低于设计要求。

低应变动测结果:抽检的44 根桩中，Ⅰ类桩13 根，占检测总数的29.5%;Ⅱ类桩29 根，占检测总数的65.9%;Ⅲ类桩2 根，占检测总数的4.6%(Ⅰ类桩:桩身完整;Ⅱ类桩:桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥;Ⅲ类桩:桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响;Ⅳ类桩:桩身存在严重缺陷)。

原因分析:本工程桩基以群桩为主(三桩，四桩)，在桩基施工中产生桩体上浮现象，施工完毕后又未进行跑桩。静压预应力管桩属于挤土桩，在沉桩时管桩会使土体向四周排挤，产生了挤土效应。挤土效应提高了土的密实度，同时提高了桩身与土体之间的摩擦力，当沉桩数量不断增加，会使桩间土被挤密向地面隆起，并带动先沉入的邻桩上浮;其次是在饱和粘性土中沉桩时，土体遭到严重扰动后发生径向位移，离管桩一定范围内的土体受到不排水剪切和很大的水平推力，其骨架结构破坏引起土中孔隙水压力升高，对桩产生较大的浮托力使其上浮，从而引起单桩竖向承载力不满足设计要求。

3 桩基与筏板共同作用的基础加固方案

由于两次静载试验均不合格，采用原桩基方案，基础结构是不安全的。若采用补桩的方案，其费用和工期又不允许。因此我们建议采用筏板基础，使筏—桩—土三者共同作用承担上部荷载，解决管桩实际承载力不足的问题。

3.1 地基强度验算

筏板大致呈矩形分布，厚400 mm。筏板底置于①层淤泥质粘土，埋深－1.800，修正后地基承载力:70 kN/m2，底板平均反力(含基础自重):58 kN/m2，e/(0.1W/A)=0.63 ＜1(e 为基底平面形心与结构竖向永久荷载重心偏心距)。因此，不考虑桩的情况下，筏板基础的地基强度也是满足设计要求的。基础平面布置图见图1。

图1 基础平面布置图

3.2 基础沉降及内力计算

采用JCCAD 桩筏筏板有限元计算，计算模型按弹性地基梁板模型(桩和土按winkler 模型)，地基基础形式为复合桩基，考虑上部结构影响(共同作用计算)，有限元网格控制边长按1 m 划分，筏板沉降结果如图2 所示，各桩的反力如图3 所示，基础最大沉降24 mm，最小沉降15 mm，沉降差9 mm。

图2 筏板沉降图（单位：mm）

图3 桩最大反力图（单位：kN）

3.3 筏板底抗冲切验算

为了使桩受力均匀，原设计的承台保持不变，承台高度均为850 mm，经计算满足抗冲切验算。

3.4 沉降观测结果

竣工验收时，观测到该建筑物的最大沉降为16 mm，最小沉降为11 mm，沉降差为5 mm，小于计算结果。

4 结语

通过计算分析以及沉降观测，桩基础静载试验不合格时，可以采取增设筏板形成桩筏基础的方法，使桩土共同作用分担上部荷载，从而满足整体承载力以及沉降的设计要求。对于低应变检测出的Ⅲ类桩，采取桩灌芯法，即将钢筋笼放入缺陷处1 m 以上，再浇筑混凝土进行补强。目前该研发楼已投入使用，未发现任何异常情况。本工程的基础加固方案对类似工程具有参考意义。

［1］李思平，张君禄，杜秀忠.桩基与筏板共同作用的基础加固［J］.广东水利水电，2002(2):35-36.

［2］刘 磊.某工程桩基础质量事故加固处理［J］.建筑科学，2012(4):53.