某工程地下室抗浮桩质量问题研究

2019-03-19 12:09孙玉刚

工程质量 2019年1期

孙玉刚

（福建省建筑科学研究院，福建厦门361000）

0 引言

近年来，随着现代城市的快速发展，建设用地资源日趋紧张，土地开发模式对地下空间的利用提出更高要求，大型、超深基坑层出不穷。与此同时，深埋地下水的分布情况错综复杂，其存在严重影响着地下结构的稳定性、安全性及耐久性，尤其在滨海地区，抗浮问题多种多样，底板隆起、梁柱节点破坏事故频发，地下结构抗浮设计成为建筑行业研究的热点问题之一［1］。

1 工程概况

厦门某综合体项目占地面积3.2万m2，总建筑面积18.7万m2，包括1幢幼儿园、7幢25～33层住宅楼及4层商业配套，设置2层满堂地下室。拟建场地原始地貌属冲、海积地貌单元，场地覆盖土层主要由全新统至更新统的冲海积相及残积土层组成，下伏燕山晚期侵入的中粒花岗岩，地层结构较为简单。

根据地勘报告中钻孔揭露，场地岩土层自上而下依次为人工成因的①杂填土、②淤泥夹砂、②1中砂、③粉质黏土、③1淤泥质土、④中砂、⑤砾砂、⑥残积黏性土、⑦全风化花岗岩、⑧砂砾状强风化花岗岩、⑨碎块状强风化花岗岩及⑩中风化花岗岩。

2 抗拔承载力检测

2.1 设计说明

项目设计采用大直径旋挖灌注桩基础（桩端高压注浆），其中纯地下室部分抗压基桩兼作抗浮桩。抗浮桩设计桩径1000mm，单桩竖向抗压承载力特征值5500kN，单桩竖向抗拔承载力特征值为1600kN，设计要求桩端进入砂砾状强风化花岗岩不小于22m，或进入碎块状强风化花岗岩2.5m。

2.2 验收检测

在综合考虑项目工期紧张、支护内支撑空间限制的基础上，参建各方决定于现地面开展基桩静载荷试验检测，超高段约10m；同时将纯地下室划分为3个子区域。设计单位根据岩土层实际分布及现场施工情况对最大试验荷载进行调整，抗浮桩抗拔承载力检测委托值取3600kN。

地下室1区检测桩数3根，单桩竖向抗拔极限承载力均为3600kN，均满足设计要求。

地下室2区检测桩数3根，单桩竖向抗拔极限承载力均为3600kN，均满足设计要求。

地下室3区检测桩数3根，其中D180#试桩的单桩竖向抗拔极限承载力为2880kN，不满足设计要求；其余2根满足设计要求。

2.3 扩大检测

不合格抗浮桩的出现引起参建各方的高度重视。通过反查发现，纯地下室区域检测的9根试桩中，有效桩长在30m以上的有7根，有效桩长在30m以下的仅2根。根据基桩平面布置图及成孔深度统计分析，本项目纯地下室区域内，全风化～中风化分布不均匀、岩面起伏较大，局部区域基岩岩面较高。9根试桩中，不合格的D180#试桩桩长最短，试验桩长为33.58m，有效桩长仅23.28m，初步判定短桩抗拔承载力存疑。

为保证工程质量，经参建各方共同研究决定，将纯地下室区域内抗浮桩以有效桩长30m为界限，区分长短桩扩大检测（短桩共97根），并限制扩大检测试桩于土方开挖后在设计桩顶标高位置进行，共抽选2根长桩和3根短桩，委托最大试验荷载取原设计单桩竖向抗拔承载力特征值的2倍，即3200kN。检测结果如图1所示：2根长桩的单桩竖向抗拔极限承载力均为3200kN，均满足设计要求；D177#（20.10m）、D181#（15.78m）和D342#（18.84m）等3根短桩的单桩竖向抗拔极限承载力分别为2240k N、1920kN和2880kN，均不满足设计要求。

图1 单桩竖向抗拔静载试验检测结果

3 原因分析

事实上，桩基施工前，勘察单位已在其提供的岩土工程勘察报告中明确指出：受古地理环境的影响和区域地质构造的作用，上部各土层及下部风化基岩的分布、埋深、厚度及工程性能等在横向、纵向上有一定变化。

桩基施工过程中，局部区域基岩埋藏较浅的情况已经暴露出来，经反馈设计单位亦给出关于地下室桩端持力层与设计不符的处理意见：就现场部分基桩进入砂砾状强风化花岗岩不足22m即达中风化岩面或进入碎块状强风化花岗岩不足2.5m即达中风化岩面的情况，按以下方案进行处理。

①桩身进入砂砾状强风化～碎块状强风化花岗岩大于10m达到中风化岩面的，可在中风化岩面终孔。

②桩身进入砂砾状强风化～碎块状强风化花岗岩小于10m达到中风化岩面的，应进入中风化岩1m方可终孔。

对比原设计说明与上述处理意见可以发现，处理意见仅从保证基桩抗压承载力的角度片面考虑，而忽略了其作为抗浮桩时抗拔承载力是否同时满足要求。在桩端达到中风化岩面或嵌入中风化岩1.0m的条件下，即使有效桩长较短，桩的端阻力也足以满足设计要求，因此上述处理意见就确保异常桩的抗压承载力方面是考虑充分的。但是，对抗压兼抗拔桩，应尤其注意在原设计标准下对其抗浮能力的验算，有效桩长较短的情况下必须保证其具有足够的嵌岩深度，或结合其它的抗浮措施多管齐下，确保地下结构安全。

遗憾的是，对于设计单位的疏忽，建设各方却未见异议，盲目执行。因此，本次抗浮桩质量问题的产生虽然存在基岩面起伏的客观地质原因，但是从施工的整体过程而言，从一线操作的施工单位到监督管理的监理单位、再到复核控制的设计单位、综合管理的业主单位，各个环节均存在疏忽大意、工程质量意识薄弱的问题。项目质量管理体系的运行不畅是本次质量问题产生的根本原因，倘使上述任何一方可以严把质量关，做好事前、事中、事后全面全过程动态控制，及时反馈异常数据，及时补充调研勘察，及时综合分析处理，给出客观、合理、有效的决策意见，便可避免后期在进度、成本等方面的重大损失。

4 处理措施

抗浮加固方案的选择要区分“失效前”加固和“失效后”加固。本工程属于“防患于未然”的结构“失效前”加固，因此，加固设计可调整范围较为宽裕，对结构后期使用功能不会造成影响；尽管建设成本与进度略有增加，但影响可控，质量与安全有可靠保证。相比之下，倘若放之任之，待地下结构施工完成后发生抗浮失效破坏，如底板隆起、梁柱开裂，则要造成结构的永久性损伤和难以预测的修复、加固代价。

当前，地下结构的抗浮措施主要包括压重法、抗浮桩和抗浮锚杆三种［2－3］。针对本项目的具体情况，质量问题的发现在工程桩竣工验收阶段。虽然抗浮桩设计单桩承载力大、可靠性高，但其造价昂贵、底板厚度及布筋要求更高，且现场土石方已开挖，机械操作空间受限、环境条件复杂，施工过程及验收检测将对施工技术、项目工期产生重大影响。另一方面，地方质量安全监督站及参建各方对抗浮锚杆的结构稳定性、耐久性、群锚效应及其与抗浮桩共同作用下的变形协调问题未能达成一致意见。因此，经专家论证，考虑到本次处理范围约占纯地下室面积的1/6，属于局部加固，参建各方从项目进度（对整个项目工期关键线路影响较小）、成本（压重材料价格较低）、安全（施工可靠性高、效果直观）、质量控制等多方面综合考量，选择施工简便、稳妥可靠的压重法进行抗浮加固。

抗浮加固设计时，短桩的单桩竖向抗拔极限承载力取前期检测的最低值1920kN，具体采用降板回填素混凝土压重平衡水浮力。问题区域底板降标高平面图如图2所示。短桩区域的大范围内（），底板板面标高由原设计-5.900m降至-6.500m，而后回填素混凝土至-5.900m（厚度600mm）；局部小范围内（┗），底板板面标高由原设计-6.050m降至-6.500m，而后回填素混凝土至-6.050m（厚度450mm）。短桩区域与相邻区域底板的连接、与相邻区域桩基承台的连接及短桩区域内桩基承台的处理大样如图3～图5所示，总体上在实现局部压重的前提下保证地下室交工底面标高一致。