鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)質(zhì)量事故處理實踐

歐陽繼勝，宋 鴻

(1.湖北省鄂西北地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，湖北 襄陽441002;2.湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊，湖北 宜昌443100)

1 概述

湖北襄陽市綜合樓原設(shè)計采用鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)，工程樁施工完成后選取3根樁進行單樁豎向承載力靜載荷試驗，單樁豎向承載力嚴(yán)重不滿足設(shè)計要求。經(jīng)論證分析決定修改設(shè)計，利用原鉆孔壓漿樁，在鉆孔壓漿樁樁間及周邊新增鉆孔壓灌樁(CFG樁)。原鉆孔壓漿樁、新增CFG樁與樁間土，形成復(fù)合地基。通過靜載荷試驗，復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計要求，房屋建成投入使用后，變形在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。一起樁基質(zhì)量事故得以圓滿解決。

鉆孔壓漿樁是利用長螺旋鉆孔機鉆孔至設(shè)計深度，在提升鉆桿的同時通過設(shè)在鉆頭上的噴嘴向孔內(nèi)高壓灌注制備好的以水泥漿為主劑的漿液，至漿液面達到?jīng)]有塌孔危險的位置或地下水位以上0.5～1.0 m處，起鉆后向孔內(nèi)下入鋼筋籠，并放入至少1根直通孔底的高壓注漿管，然后投放粒徑2～4 cm的粗骨料(碎石或卵石)至孔口設(shè)計標(biāo)高以上0.5 m處;最后通過高壓注漿管，在水泥漿終凝之前多次重復(fù)地向孔內(nèi)注入水泥漿，直至孔口冒漿為止，形成樁體［1］。鉆孔壓漿樁具有成樁速度快、單樁承載力相對較高、低噪聲低污染的特點，得到廣大工程技術(shù)人員的認(rèn)同和廣泛的應(yīng)用。

水泥粉煤灰碎石樁(Cement Fly－ash Gravel Pile)簡稱CFG樁，是一種新的地基處理方法，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑和砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁。CFG樁多采用長螺旋鉆機鉆孔至設(shè)計深度，邊提升鉆桿邊通過混凝土泵向孔內(nèi)泵入摻粉煤灰的超流態(tài)混凝土形成樁體，CFG樁與褥墊層、樁間土形成CFG樁復(fù)合地基，共同工作［2］。作樁基礎(chǔ)應(yīng)用時，再通過特制設(shè)備下入鋼筋籠，又稱鉆孔壓灌樁。

襄陽主城區(qū)座落于漢江一、二、三級階地之上。上部土層為第四系沖積形成的粉質(zhì)粘土、粉土，厚8～10 m，局部分布透鏡狀的淤泥及淤泥質(zhì)土;下部為沖、洪積形成的粉砂、圓礫、礫卵石層，最厚可達30～50 m［3］。從工程地質(zhì)條件上分析，鉆孔壓漿樁、CFG樁適合在本地的地基基礎(chǔ)應(yīng)用。

2 工程概況及場地工程地質(zhì)條件

擬建綜合樓位于襄陽市主城區(qū)，該樓長65 m，寬19 m，層高11層，另設(shè)1層地下室，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸6400 mm×8000 mm、7000 mm×9000 mm。場地地貌單元屬漢江中游一級階地，北距漢江約300 m，南距襄南構(gòu)造剝蝕低山約300 m。

根據(jù)場區(qū)巖土工程勘察報告，場區(qū)地層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)見表1。場區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，上層滯水分布于①層雜填土和②層粉質(zhì)粘土中，水位埋深2.2～2.4 m;承壓水賦存于④粉細(xì)砂層及其下圓礫層中，水位較低，埋深8.3～8.5 m。場區(qū)地下水pH值為7.4，侵蝕性CO2＜0.50 g/L，地下水對混凝土具微腐蝕性。

表1 土層名稱及力學(xué)性質(zhì)特征表

3 鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)設(shè)計及施工檢測

擬建綜合樓設(shè)計采用鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)。設(shè)計樁徑600 mm，C30混凝土，樁端進入⑦層圓礫層≥1.5 m，單樁豎向承載力特征值Ra=1800 kN，混凝土保護層厚度50 mm，樁頂標(biāo)高(自然地面下)－3.50 m，樁底標(biāo)高約－22.50 m，鋼筋籠長12 m，主筋1212，加勁筋14@2000，下部螺旋筋8@250，上部加密區(qū)螺旋筋8@100。共設(shè)計164根鉆孔壓漿樁，有2樁、4樁、5樁、6樁、15樁、25樁等6種承臺型式。設(shè)計要求先試樁，然后根據(jù)試樁結(jié)果再對工程樁設(shè)計進行調(diào)整。

由于鉆孔壓漿樁在本地區(qū)已廣泛成功應(yīng)用，尤其是樁基施工單位在一墻之隔的場地成功完成一鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)施工工程，在建綜合樓鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)施工時未進行試樁，就直接憑經(jīng)驗進行工程樁的施工。采用GLZ－26型長螺旋鉆孔機鉆進成孔，粗骨料選用當(dāng)?shù)貪h江產(chǎn)出的礫石。施工時除有2樁嚴(yán)重垮孔外，其他樁施工較為順利。

所有工程樁施工完成3周后隨機選取了4樁，開挖樁頭制作樁帽，養(yǎng)護28天后進行單樁豎向承載力靜荷載試驗，預(yù)定最大加載量3600 kN，采用堆載－快速維持荷載方法進行靜載荷試驗。其中3樁加載到2160 kN時沉降量陡增，而且Q－s曲線出現(xiàn)明顯陡降段，s－lgt曲線明顯向下彎曲，樁身破壞，終止加載，取前一級荷載1800 kN作為單樁豎向極限承載力，單樁豎向承載力特征值Ra=900 kN;另一樁加載到1800 kN時沉降量陡增，而且Q－s曲線出現(xiàn)明顯陡降段，s－lgt曲線明顯向下彎曲，樁身破壞，終止加載，取前一級荷載1440 kN作為單樁豎向極限承載力，單樁豎向承載力特征值Ra=720 kN。所檢測4樁單樁豎向承載力特征值均嚴(yán)重不滿足設(shè)計要求，鉆孔壓漿樁單樁豎向承載力靜載荷試驗的Q－s曲線見圖1。

圖1 鉆孔壓漿樁靜荷載試驗Q－s曲線

為進一步了解地層結(jié)構(gòu)及樁身混凝土強度，請了一家勘察單位采用XY－1型鉆機施工了2個補充勘察鉆探孔，選擇3樁進行樁體鉆探取心。地層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)、水質(zhì)分析結(jié)果等結(jié)論數(shù)據(jù)與原工程勘察報告基本一致。樁體取心采用75 mm金剛石鉆頭單動雙管泥漿護壁回轉(zhuǎn)鉆進，獲得心樣為塊狀、短柱狀，開挖靜載荷試驗樁體，樁頂混凝土被壓碎，用鎬可剝離，鋼筋籠主筋頭部被壓彎呈彎鉤狀?？梢娿@孔壓漿樁樁體混凝土強度較低，小于C30，樁體強度不滿足設(shè)計要求。

4 質(zhì)量事故原因分析及處理方案

經(jīng)過調(diào)查了解和分析論證，鉆孔壓漿樁樁身強度較低是造成單樁豎向承載力嚴(yán)重不滿足設(shè)計要求的主要原因。未按設(shè)計要求先試樁就進行工程樁施工、施工單位未建立有效的質(zhì)量保證措施、技術(shù)措施不得力、質(zhì)量控制關(guān)鍵點把關(guān)不嚴(yán)、施工時水灰比過大、補漿未達到要求等因素是造成質(zhì)量事故的直接原因。

鑒于鉆孔壓漿樁身強度及單樁豎向承載力嚴(yán)重不滿足設(shè)計要求，經(jīng)設(shè)計、施工、監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督等部門多次研究，按照安全、經(jīng)濟、合理的原則，充分利用已施工的鉆孔壓漿樁，基礎(chǔ)形式改用復(fù)合地基，擴展基礎(chǔ)。在原鉆孔壓漿樁樁間或四周新增CFG樁，與原鉆孔壓漿樁、樁間土一道形成復(fù)合地基，設(shè)計新增CFG樁248根，以原4樁承臺為例，樁位布置圖見圖2。原單樁豎向承載力特征值取720 kN，混凝土強度取C20;新增CFG樁單樁豎向承載力特征值720 kN，復(fù)合地基承載力特征值360 kPa。新增CFG樁設(shè)計樁徑600 mm，樁長18 m左右，樁端要求進入⑦層圓礫≥1.5 m，樁身混凝土強度C20，基礎(chǔ)頂面設(shè)置30 cm厚砂石墊層。要求先施工3根CFG試樁，28天后，進行單樁豎向承載力靜載荷試驗，根據(jù)試樁靜載荷試驗結(jié)果進行工程樁設(shè)計調(diào)整，工程樁施工完畢后進行復(fù)合地基靜載荷試驗，滿足要求后方可進行下道工序施工。

復(fù)合地基承載力計算公式:

式中:fspk——復(fù)合地基承載力特征值，kPa;m——面積置換率;Ra——單樁豎向承載力特征值，kN;Ap——樁體的截面積，m2;β——樁間土強度折減系數(shù);fsk——處理后樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，本文取勘察報告提供的樁間土承載力特征值。

5 CFG樁施工及復(fù)合地基檢測

按設(shè)計要求先施工3根CFG樁試樁，由原鉆孔壓漿樁施工單位仍采用GLZ－26型步履螺旋鉆孔機鉆進成孔，施工工藝為:放孔→樁機螺旋鉆進成孔→邊壓入摻粉煤灰的混凝土，邊提升→移孔。

CFG樁試樁施工完畢，樁帽養(yǎng)護28天后，市建設(shè)工程質(zhì)量檢測站采用堆載方式，用快速維持荷載法對3根樁進行靜荷載試驗，試驗加載到預(yù)定最大加載量1440 kN時，3試樁樁頂總沉降量分別為7.82、7.87、9.26 mm，沉降量均不大，而且Q－s曲線平緩，無明顯陡降段，s－lgt曲線呈平緩規(guī)則排列，單樁極限承載力為1440 kN，其單樁豎向承載力特征值均取720 kN，滿足設(shè)計要求，CFG樁單樁抗壓靜載荷試驗Q－s曲線見圖3。

圖2 原四樁承臺復(fù)合地基樁位布置圖

圖3 CFG樁靜荷載試驗Q－s曲線

施工單位全面進行CFG樁工程樁施工，施工中嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)程要求、試樁確定的施工工藝參數(shù)、成熟施工經(jīng)驗進行施工，20天完成全部施工任務(wù)。

工程樁施工完成30天后，進行基坑開挖。選取3處進行單樁復(fù)合地基靜載荷試驗，試驗最大加載量721 kPa，Q－s曲線為平緩慢變形曲線，按相對變形值確定復(fù)合地基承載力特征值，即s/d=0.01所對應(yīng)的壓力，復(fù)合地基承載力特征值最小值為360 kPa，滿足設(shè)計要求，復(fù)合地基靜載荷試驗Q－s曲線見圖4。

圖4 復(fù)合地基靜荷載試驗Q－s曲線

為了解樁身完整性，分別抽取80根CFG樁、42根鉆孔壓漿樁，采用反射波法進行低應(yīng)變動力測試。所測80根CFG樁中判別Ⅰ類樁54根，占所測樁數(shù)的67.5%;Ⅱ類樁25根，占所測樁數(shù)的31.3%;Ⅲ類樁1根，占所測樁數(shù)的1.3%;無Ⅳ類樁。所測42根鉆孔壓漿樁中判別Ⅰ類樁14根，占所測樁數(shù)33.3%;Ⅱ類樁9根，占所測樁數(shù)的21.4%;Ⅲ類樁19根，占所測樁數(shù)的45.3%;無Ⅳ類樁。通過對樁頭的清理，對部分樁體鉆探取心作抗壓強度試驗，可以判斷:Ⅲ類樁中除1根樁身完整性差，其余為樁體上部混凝土疏松。對于樁頭疏松段較短的樁，清除疏松部分混凝土，采用C20混凝土接樁。對于樁身完整性較差及疏松段較長的樁作廢樁處理，采用錨桿靜壓樁進行加固處理。

2007年10月該樓房已建成并交付使用至今，據(jù)沉降觀測資料，目前該樓房沉降穩(wěn)定，未出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，使用良好。

6 結(jié)語

實踐證明，鉆孔壓漿樁基礎(chǔ)在本地區(qū)多層、小高層建筑工程中比較適用。但是，隨著襄陽市城區(qū)基本建設(shè)突飛猛進，城市建設(shè)用地日趨緊張，高層、超高層建筑越來越多，對單樁豎向承載力要求也越來越高。鉆孔壓漿樁樁徑、樁長選擇余地小，單樁豎向承載力低，單價高，在高層、超高層建筑工程的使用中有較大局限性。而鉆孔灌注樁的樁徑、樁長選擇余地大，采用鉆孔灌注樁后壓漿施工工藝，單樁豎向承載力大為提高，隨著旋挖鉆機的普及，成樁速度大為提高。鉆孔灌注樁已成為本地區(qū)高層、超高層建筑及大型構(gòu)筑物基礎(chǔ)的首選樁型。

任何樁型都有其應(yīng)用局限。即使非常安全、經(jīng)濟、適用工法或工藝，如果施工中違反相關(guān)規(guī)范規(guī)程、不進行質(zhì)量控制、偷工減料，都有可能成為“豆腐渣”工程。

樁基施工中必須先試樁，確定合理的設(shè)計參數(shù)和科學(xué)的施工工藝，才能進行工程樁的施工。施工中必須嚴(yán)格遵守相關(guān)施工規(guī)范規(guī)程，注意了解地質(zhì)條件的的變化情況，與勘察、設(shè)計條件有較大出入時，必須及時會商處理。

［1］宋慎春，武環(huán)，賈慶軍.鉆孔壓漿樁在齊齊哈爾地區(qū)應(yīng)用前景及有關(guān)問題探討［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(5):14－15.

［2］黃生根，張希浩，曹輝.地基處理與基坑支護工程［M］.湖北武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.58－64.

［3］歐陽繼勝，魯志雄，丁長洲，等.CFG樁復(fù)合地基在某小區(qū)的應(yīng)用研究［J］.資源環(huán)境與工程，2010，(1):52－54.

［4］GB 50007－2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］JGJ 94－2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］JGJ 106－2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程［S］.