上海某新建仓库项目的桩基缺陷原因分析及加固措施

倪浩群

上海市奉贤区建设工程安全质量监督站 上海 201400

上海地区由于复杂的地质条件和深达数十米软土层的特点，地基基础普遍采用预制混凝土桩、钻孔灌注桩等类型的桩基础。当采用多节预制混凝土桩施工时，受地质条件、沉桩工艺、施工人员素质、技术水平、现场管理等因素制约，接桩处容易出现缺陷，直接影响到整根桩的完整性和承载能力。本文就某新建仓库项目基桩的缺陷原因与加固处置情况进行论述。

1 桩基工程概况

上海某新建仓库项目的结构形式为框架结构，地下1层、地上2层，建筑面积约11 500 m2。桩基工程采用预制混凝土实心方桩，混凝土强度等级为C40，方桩种类为焊接静压接桩，桩的编号为JAZHb-3 50-10 10 10B、JAZHb-3 50-10 10 14B，桩边长500 mm，总桩长分别为30、34 m，共分为3节，总计桩数为384根，单桩竖向承载力设计值1 700 kN，单桩竖向极限承载力标准值3 500 kN。桩基工程于2017年10—11月期间完成施工，沉桩采用静力压入法。

2 桩基检测情况

1）2018年3月5日，检测机构出具的基桩静载荷试验报告显示：试桩数量为4根，于2017年11月26日—12月2日采用慢速维持荷载法的加载方式进行测试，试验最大加载量为3 500 kN，试验结果表明均满足设计要求，桩顶最大沉降量分别为12.20、19.79、15.63、17.31 mm，桩顶回弹量分别为9.04、11.52、8.05、12.69 mm。（基桩静载荷试验时基坑尚未开挖。）

2）2018年4月4日，检测机构出具的基桩低应变动测报告显示：根据委托单位要求，于2018年1月22日、2018年3月13日、2018年3月27日对该桩基工程已开挖的372根桩进行弹性波反射法检测，检测数量为100%普测，试验结果如表1所示。

3）2018年3月12日，检测机构出具了新建仓库项目基桩静载荷验证试验情况说明，检测机构于2018年3月10日—11日对低应变动测怀疑为Ⅲ类桩的360#桩和367#桩采用快速加载的方式进行静载试验验证，试验结果如表2和表3所示。

由表2试验数据分析知：当360#桩荷载加至600 kN时，累积沉降量达35.72 mm，之后继续加载，沉降量趋于收敛，加至1 400 kN时，累积沉降量为43.19 mm；结合该桩的低应变动测曲线，可判断该桩在10 m左右接桩部位上下节脱开，在桩顶沉降35.72 mm后，接桩密实，承载力得以恢复。由表3试验数据分析知：当367#桩荷载加至600 kN时，累积沉降量达80.01 mm，之后继续加载，沉降量趋于收敛，加至1 400 kN时，累积沉降量为85.65 mm；结合该桩的低应变动测曲线，可判断该桩在10 m左右接桩部位上下节脱开，在桩顶沉降80.01 mm后，接桩密实，承载力得以恢复。

表1 基桩低应变动测汇总

表2 360#桩静载验证试验汇总

表3 367#桩静载验证试验汇总

3 桩基缺陷原因

桩身完整性的低应变检测，只能定性判断桩身有没有缺陷存在、缺陷的大概位置以及缺陷的大致程度，而对于缺陷的性质和程度的定量描述，就低应变技术本身而言，存在一定的难度。

基桩接头出现缺陷，可能产生的原因有：

1）桩基工程未严格按照操作规程施工，上、下2节桩之间的间隙未全部采用厚薄适当、加工成楔形的铁片填实焊牢。

2）基桩接头焊接质量控制不严，4根角钢焊缝不连续、不饱满，焊缝厚度和围焊长度不足。

3）基桩接头焊接完毕后，焊缝未在自然条件下冷却6 min，导致焊缝未完全冷却就沉入土中，遇水后焊缝强度大大降低，影响焊缝质量。

4）桩基施工时，流水作业导致土体挤压效应明显，桩身在一定时间内受土体负摩擦作用，造成桩身薄弱部位（焊接部位）产生局部破坏。

5）基坑开挖卸土后，基坑底部回填导致接头受拉变形。基坑坑底回填是不均匀的，一般是中间大、两边小，故可初步判断中间2排柱下的桩基受回弹影响较大。

4 目前现状评估

2018年5月中旬，项目参建各方接收到检测机构签发的基桩低应变动测报告，发现桩基工程共存在241根Ⅲ类桩，占检测总桩数的64.8%，但现场基础底板混凝土已浇筑，且地下室外墙和柱模板已搭设完毕。

根据上述检测报告和抽查施工记录，现状初步评估和判定如下：

1）基坑开挖后，基桩低应变动测报告显示原结构的预制混凝土方桩基础Ⅲ类桩的比例较高，其缺陷多出现在基础底板以下10 m左右的第1接头处。目前基础底板混凝土已浇筑，给桩基缺陷的处理带来实际困难。

2）根据桩基静载验证试验情况发现，在前期荷载作用下，竖向变形有一定的陡降，说明基桩第1接头存在一定的空隙，在克服空隙后，桩基承载力仍然表现良好。

3）依据桩基静载验证试验数据，可初步判定桩基缺陷是由于上、下2节桩接桩处的铁片未填实所导致，而非接桩处4根角钢焊缝脱焊导致。当缺陷为前者时，由于4根角钢焊接良好，上、下2节桩是一个统一的整体，仅仅是接桩处存在轻度空隙，故其承载力影响不显著；而当缺陷为后者时，由于上、下2节桩分离，导致上、下2节桩的共同作用转化成了仅上节桩的单节桩作用，故其承载力将受到较大影响[1]。

5 处置方案比较分析

基于以上判断和评估，并结合目前现状实际，根据现场破损程度的不同可分为3种处置方案。

5.1 全方位桩基托换方案

由于桩基Ⅲ类桩比例较高，造成桩身结构承载力损失，故须增加基桩数量。在确定桩身结构承载力损失比例后，在现有的混凝土底板上开孔埋设锚杆，采用开口钢管桩进行静压施工。

该方案的优点是上部结构可继续施工，缺点是由于Ⅲ类桩较多且分布广泛，对混凝土底板的整体性破坏相对较大，需要后期采取叠合板以恢复整体性，防止渗漏，且会影响层高或净空。难点是补桩的数量较难确定，因为JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规程》虽明确Ⅲ类桩对原设计的桩身结构承载力有影响，但是对于Ⅲ类桩对基桩承载力的量化影响程度，目前的检测技术并没有合理成熟的分析方法。

5.2 压载验证试验处置方案

根据设计资料审查，目前承台下桩基数量和筏板的厚度均相对富裕，筏板厚度从原设计400 mm左右调整为900 mm，且相应的基桩数量和承台、框架柱截面尺寸均有所增加，设计储备程度较高。

由于厚900 mm筏板调节不均匀沉降的能力较强，但差异沉降的理论计算结果参考性不强，因此建议按照上部实际传来的竖向荷载进行堆载预压。加载值不低于上部传来的设计标准组合荷载，并且在过程中由第三方机构进行变形观测，然后根据加载后的变形监测数据进行判断处置。

5.3 局部桩基托换方案

参照全方位桩基托换方案的要求，重点选择承台下Ⅲ类桩比例高和上部结构荷载大的部位进行托换，托换数量和位置需经设计核算后确定。该方案相对于全方位桩基托换方案，原有承台和底板的破坏程度有所降低，但底板渗漏水的情况也有可能发生，且底板叠合板会影响层高或净空。

6 桩基加固措施

根据上述处置方案的比较分析，结合专家讨论意见，参建各方最终确定如下加固处理措施：

1）基于该结构的上部荷载情况、底板刚度、基桩数量和分布，考虑补偿基础概念，该建筑总体是安全可控的。因此，主体结构应尽快继续施工，以防基坑出现二次事故。

2）为提高建筑结构调节不均匀沉降的能力，适当进行结构刚度补强：一层楼面板厚度由160 mm改成180 mm，楼面板钢筋间距由原设计的150 mm改为100 mm；二层楼面板厚度由140 mm改为160 mm，楼面板钢筋间距由原设计的150 mm改为100 mm。

3）为适应建筑结构在施工期间不均匀沉降因素的影响，一层楼面、二层楼面、屋面在原有后浇带不变的情况下，在纵向加设一条后浇带，后浇带宽度1 m，做法同原设计后浇带做法，后浇带具体位置、浇筑时间根据沉降变形情况由设计单位确定，但最小间隔时间不小于30 d。

4）施工期间应进行基础沉降和筏板变形监测，以相邻框架柱之间的沉降差为主要判定要求，整体倾斜和底板弯曲为辅助要求。地下室范围内（包括地下室外墙）的每个柱均设置监测点位，监测间隔时间如下：施工期间不小于2次/周，至主体结构完成；主体结构至工程竣工期间不小于1次/周；竣工后1年内不小于1次/月；竣工后2年内不小于1次/季度；竣工后2年后不小于1次/半年，直至沉降稳定。监测精度为0.1 mm，控制要求：相邻框架柱之间沉降差小于0.2%、建筑物整体倾斜小于0.4%、底板弯曲小于0.5%。监测需由有资质的专业单位出具详细方案后实施，采用闭合环水准路线对各监测点进行联测，如出现数据超过控制要求，应及时停止施工并通知设计单位进行处理。

5）施工期间采用分步加荷预压处理，在地下室及一层楼面板施工完成后开始进行加荷预压，预压荷载均匀加载在基础筏板上，加载顺序如下：地下室及一层楼面板施工完成后采用地下室放水的方法进行第1次加荷，加荷总质量为2.5 t/m2，加水深度为2.5 m。按多次加荷，每次加荷质量为0.5 t/m2，每次加荷完成后需进行沉降观测，如加载完成后沉降差满足要求（相邻框架柱之间沉降差小于0.2%），则进行下次加荷；如沉降差出现异常，则及时通知设计，判定是否需要再次加荷。二层楼面板施工完成后采用地下室放水的方法进行第2次加荷，加荷质量为1.5 t/m2，加水深度为1.5 m。因地下室注水后净高减小，不便于后续监测工作，故在一层框架柱上重新设置监测点。结构主体完工一周后，由监测单位提供沉降及底板弯曲监测数据至设计单位，由设计单位决定卸载时间和工序。考虑到卸载速度过快会造成对基础的反弹，故应严格按照设计方案要求缓慢进行卸载。

6）若施工期间出现沉降和底板弯曲数值超过上述指标要求，应立即停工并通知设计单位讨论应急处理措施，暂定处理措施如下：在沉降较小处的底板外侧钻取土孔，平衡沉降变形差及整体倾斜；在底板上适当位置加设混凝土剪力墙，具体剪力墙图纸由设计另定。

经参建各方通力合作，加固施工工作按照方案要求有效开展，施工期间及完工后的绝对沉降值、差异沉降和沉降速度均在设计单位规定的控制指标内，并且通过建筑物注水加载预压试验，在一定程度上证明建筑物在将来正式使用时处于安全状态，确保了建筑结构的安全，圆满完成预期工作目标。

7 结语

本工程中桩基质量缺陷的发生主要与施工管理、挤土效应、接桩部位施工质量、基坑坑底回弹等因素有关，施工过程中应严格控制。当出现因施工管理不当，造成施工过程中上道工序被下道工序覆盖，无法完全消除桩基质量缺陷时，可通过增加建筑结构刚度、分步加载预压和动态监测等措施来保证结构安全。