桩基检测方法在工程质量事故中处理的应用实例

林立强

(福建省地质测绘院，福州，350001)

1 工程基本概况

泉州恒星广场建设场地位于泉州丰泽东海片区。拟建2幢32层(高度约139 m)的超高层商务办公楼，设有3层地下室，框筒结构，抗震设防烈度为7度,抗震等级框架一级,剪力墙特一级—一级。

该项目工程地基基础设计等级为甲级，工程重要性等级为一级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，主楼设计基础采用冲(钻)孔灌注桩，选择以中等风化岩作为桩端持力层，总桩数为244根,桩径为1 200 m，桩长为20～42 m，桩身混凝土强度等级为C40，桩端持力层进入中风化岩层深度≥2 m，单桩竖向抗压承载力特征值为14 100 kN。

2 场地地质特征

该项目场地地貌属海岸阶地平原地貌单元，为近海冲积平原，场地原为海岸滩涂地，现已经过人工堆填，地势较平坦，局部有起伏，地面现有标高为5.24～6.51 m。场地岩土层经钻孔揭露，场地内岩土层可分为9大层，分述如下。

1、杂填土：松散，干燥-稍湿，以黏性土、砂、淤质土为主，局部含有碎砖、块石、碎石、瓦砾、水泥块、建筑垃圾等硬杂质，均匀性差。土体堆填为1～6 a。

2、粉细砂：呈灰黄-灰白色，湿-饱和，松散为主，局部稍密，为海相堆积层。主要成分为石英、长石、云母等，颗粒较均匀，级配差，胶结差，颗粒形状不规则，含少量砾砂、粗砂等，以细砂为主，可液化。该层属强透水性含水层，且厚度较大，场地内大多数钻孔有揭露，流通性好，水量丰富。

3、淤泥质土：流塑-软塑状，为海相淤积层，以黏性土为主，含腐植质，有机质，个别烂木屑等，局部夹薄层中(细)砂，切面稍有光泽，韧性中等，工程性能差。

4、粉(砂)质黏土：湿-可塑，为海相冲积层。切面稍有光泽，无摇震反应，韧性中等，中等干强度，含高岭土、氧化铁及10%～45%的粉细砂等。

5、残积(砂质)黏性土：可塑为主，局部硬塑，饱和，为花岗岩风化层。含有10%～29%石英砂及高岭土、黑云母等。矿物成分除石英外，大部分已风化成土状。

6、全风化花岗岩：饱和，为花岗岩风化层。岩体结构基本破坏但尚可辨认，有微弱的残余结构强度，力学性能接近残积土，岩芯一般风化呈砂土状，手捻压即散开，浸水易软化崩解。岩体完整程度为极破碎，岩石基本质量等级为Ⅴ级。

7、砂土状强风化花岗岩：原岩结构大部分已破坏，长石大部分风化成高岭土，含石英砾砂8%～36%，裂隙发育，岩芯风化成砂土状，手挤压即散开，浸水易软化崩解。岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩石基本质量等级为Ⅴ级。

8、碎块状强风化花岗岩：呈灰黄-灰褐色，饱和，为花岗岩风化层。原岩结构部分已破坏，岩芯呈片状、块状，裂隙发育，呈碎裂状。岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为破碎～极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

9、中等风化花岗岩：呈青灰-灰黄色，致密，中粒结构，块状构造，岩性为花岗岩。矿物成份以石英、长石、云母、角闪石为主，风化裂隙、节理发育，岩芯较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级(1)福建省建筑设计研究院，泉州恒星广场岩土工程勘察报告，2015。。

3 工程施工及基桩检测结果

施工单位于2015年2月份进行冲(钻)孔灌注桩施工，同年10月份完成主楼244根冲孔桩及包括裙楼1 126根长螺旋桩在内的所有桩基础施工，甲方委托福建省建设工程物探试验检测中心对该项目桩基进行质量检测，按“建筑基桩检测技术规范”[1]要求应抽检10%比例采取钻芯法对25根桩的桩身完整性、桩身混凝土强度、桩底沉渣和持力层性状进行检测，发现有8根桩存在质量问题，其中6根桩桩端持力层不满足设计要求，2根桩桩底沉渣厚度不满足设计要求。根据检测结果，丰泽区质量监督主管部门要求对主楼所有冲孔桩进行质量检测。

3.1 钻芯检测

根据钻芯检测结果发现沉渣厚度不满足规范和设计要求合计有26根，如147#桩沉渣厚度达420 mm(表1，照片1)。

3.2 低应变法检测

依据低应变检测波形结合钻芯检测结果，综合判定为Ⅰ类桩159根占65.2%，Ⅱ类桩76根占31.1%，Ⅲ类桩0根，Ⅳ类桩9根占3.7%，不合格率占3.7%。如147#桩检测波形反映为桩底同相反射幅值较强，可定性为沉渣或底部有离析缺陷等事故(图1)

3.3 主楼单桩竖向抗压静载试验

因该主楼单桩竖向极限承载力值为28 200 kN，因受场地限制及超出静载设备所能提供的反力值范围，经专家论证主楼无法进行静载试验后，改为钻芯法进行检测。钻芯检测合格率仅为44.5%，低应变桩身完整检测不合格率为3.7%。判定该工程整体质量不合格，需进行补强处理。主要质量问题为沉渣厚度超出设计和规范要求的<50 mm[2]；桩端持力层未到设计要求的中等风化花岗岩；小部分桩桩身完整性出现离析现象。

表1 钻芯检测结果

照片1 147#桩钻芯样Photo.1 Core drills of 147# pile

图1 147#桩低应变检测波形图Fig.1 Wave pattern of low strain detection of 47# pile

4 质量事故原因分析

4.1 地质条件复杂

经多方调查了解，该工程场地为近海冲积平原，原为海岸滩涂地，经过人工堆填，地层起伏较大，成孔桩深15～40 m。在地下2.5 m～8.8 m主要是粉细砂地层，砂砾主要处于一种悬浮状态而失去稳定，容易发生流砂现象，导致地层结构发生变化。桩孔在开孔中，局部水力坡度骤增，土应力小范围突然释放，再加上施工扰动，使土层结构破坏，丧失剪切强度，特别容易在该地层发生侵蚀、塌孔等现象，易造成桩身扩径、超方等质量问题[2]；若在灌注桩身混凝土的过程中塌孔，塌孔处的细砂塌落至孔底，造成桩身和底部泥浆含砂量高、桩底沉渣过厚等施工质量问题。如92#桩低应变检测波形中在4.5 m出现的扩径反相反射波形，即认为灌注混凝土过程中砂层处塌孔而造成的扩径信号，由于细砂塌落到孔底，造成沉渣过厚，钻芯揭露沉渣厚度达400 mm(图2)。

图2 92#桩低应变检测波形图Fig.2 Wave pattern of low strain detection of 92# pile

4.2 雨季施工难度

在进行冲孔灌注桩施工时，正值雨季，客观上给施工条件造成困难，工期急迫，工作量繁重，在雨季中到大雨区间也照常施工，在施工过程中现场孔内泥浆池雨水增多，泥浆比重稀释，相对密度不够，当起不到可靠护壁作用时易造成护壁坍塌，特别是在粉细砂地层位坍塌，形成流砂现象。如189#桩的钻芯样，在17.5 m处混凝土离析，调查该桩的现场施工记录，浇筑至17 m左右突下暴雨，避雨若干小时，造成浇筑桩身混凝土未能连续，泥浆比重变低孔壁在粉细砂层位坍塌造成的混凝土离析(照片2)。

照片2 189#桩钻芯样Photo.2 Core drill samples of 189# pile

4.3 施工质量管理

因持力层原样性状鉴定时，误判持力层为碎块中风化岩样，从而造成混凝灌注前孔壁坍塌造成孔底沉渣、部分桩身扩缩径等质量问题。如172#桩在0～24.58 m芯样完整,未见桩底沉渣,在24.58～26.28m为碎块状强风化花岗岩，在26.28～27.28 m为中风化花岗岩。该桩持力层未到设计要求的中风化花岗岩，桩端持力层不满足设计要求(照片3)。

照片3 172#桩钻芯样Photo.3 Core drill samples of 172# pile

5 补强处理方案

根据钻芯检测和低应变检测结果，①对9根取芯检测为IV桩采取补打5根桩，并对补桩进行声波透射法完整性检测；②部分持力层为中风化和强风化以及钻芯偏出桩外无法钻到底的桩进行高应变检测，以便确认可能达到的承载力值；③降低承台底标高至残积黏性土，夯实残积黏性土层进行平板载荷试验，以确定地基土承载力特征值；④对10根沉渣厚度达不到设计要求的桩，采取桩端高压注浆补强处理，并进行低应变法完整性检测。

5.1 补桩检测结果

(1)对补打5根补桩进行声波透射法检测，结果补打5根均为Ⅰ类桩，满足设计要求，如36#补桩超声检测实测波形图(图3a)、声速-深度曲线(图3b)。

图3 36#补桩超声检测剖面图实测波形(a)及声速、声速-深度曲线(b)Fig.3 Uitrasonic measured waveform (a) and velocity, velocity-depth curve (b) of 36# filling pile

(2)持力层为中风化花岗岩抽取2根，其竖向极限承载力符合设计要求；持力层为强风化花岗岩抽取8根，其竖向极限承载力不符合设计要求， 最小竖向极限承载力为18 380 kN；取芯未到底桩抽取3根，其竖向极限承载力不符合设计要求， 最小竖向极限承载力为17 850 kN。

(3)对场地随机选6个点进行浅层平板载荷试验，地基类型为残积(砂质)黏性土的3个试验点的地基承载力特征值均为350 kPa。地基类型为全风化花岗岩的3个试验点分别为385 kPa、350 kPa、350 kPa，地基土承载力特征值满足设计及规范要求[3]。各试点载荷试验结果(表2)。典型试桩载荷结果(表3)，Q-s曲线、s-lgt曲线(图4)。

表2 载荷试验结果

(4)10根沉渣厚度不合格采取桩端高压注浆补强处理后，经低应变法检测为I类桩。

表3 2#桩载荷试验结果汇总

5.2 专家论证处理方案

(1)根据灌注桩钻芯检测资料、高应变检测结果、筏板以下残积黏性土现场载荷板试验结果以及桩端高压注浆补强处理后的低应变检测结果，确定该工程可以采用桩土共同工作设计方案。

(2)钻芯检测结果表明桩身强度可以满足设计要求；高应变检测结果表明基桩最低承载力为桩基设计承载力 63%；地基土载荷板试验结果承载力特征值为350 kN/m2，相应沉降量小于10 mm，与桩身压缩变形基本匹配，灌注桩桩基础和地基土变形基本协调，因此可以采用二者承载力叠加的方法进行设计，可以满足承载力设计要求，不必另行补桩处理(2)广州市恒合工程监理有限公司，冲 (钻)孔灌注桩基础工程监理评估报告，2016。。

(3)筏板外挑尺寸适当加大，筏板厚度取同一尺寸。施工时应加强地下室底板地基土的保护措施，保证其承载力能达到350 kN/m2。

图4 Q-s曲线、s-lgt曲线Fig.4 Q-s curve and s-lgt curve

(4)该工程钻芯检测结果出现较多桩端持力层未达到设计所要求的中风化花岗岩，且部分基桩沉渣厚度较大，承载力难以满足设计要求，考虑到承台底部以下土层为残积砂质黏性土或全风化花岗岩，可改为桩土共同工作的桩筏基础。

(5)对桩基承载力按不同情况分类进行高应变检测，并对承台底以下土层的承载力进行载荷板试验，作为筏基础设计的依据。筏板基础按纯桩基础、不考虑桩基础作用时纯天然基础以及桩土共同作用进行包络设计，同时施工时采取措施防止扰动基底持力层。

(6)对该建筑物设置沉降观测点若干个，每施工一二层进行一次沉降观测，竣工验收时观测其累计沉降量。

6 桩基工程质量检测结果

(1)低应变法检测取芯未到底的53根桩全部进行低应变桩身完整性检测，检测结果Ⅰ类桩占90.5%，Ⅱ类桩占9.5%，无Ⅲ类桩，符合设计要求。

(2)浅层平板载荷试验根据专家论证会意见选取6个点进行，有5个点承载力特征值为350 kPa，另一个点承载力特征值为385 kPa，符合设计要求。

(3)声波透射法检测9根Ⅳ类桩补桩完成后，选取5根埋设声测管进行检测，检测结果桩身完整，类别为I类桩，符合设计要求。

7 后期沉降观测

对该建筑物楼角处设置沉降观测点31个，从一层结构施工时开始观测，以后每施工隔一月进行一次沉降观测，至32层竣工验收时观测其累计沉降量，监测数据显示各监测点沉降量均在设计允许值范围内，31个监测点总沉降在6.41～9.00 mm，最大沉降量为9.00 mm，差异沉降最大的监测点差异沉降值为0.60 mm，也在设计允许值范围内，结构未出现异常现象(3)广州市恒合工程监理有限公司，冲 (钻)孔灌注桩基础工程监理评估报告，2016。。