樁基檢測(cè)方法在工程質(zhì)量事故中處理的應(yīng)用實(shí)例

林立強(qiáng)

(福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福州，350001)

1 工程基本概況

泉州恒星廣場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)地位于泉州豐澤東海片區(qū)。擬建2幢32層(高度約139 m)的超高層商務(wù)辦公樓，設(shè)有3層地下室，框筒結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度,抗震等級(jí)框架一級(jí),剪力墻特一級(jí)—一級(jí)。

該項(xiàng)目工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，工程重要性等級(jí)為一級(jí)，場(chǎng)地復(fù)雜程度為二級(jí)，地基復(fù)雜程度為二級(jí)，主樓設(shè)計(jì)基礎(chǔ)采用沖(鉆)孔灌注樁，選擇以中等風(fēng)化巖作為樁端持力層，總樁數(shù)為244根,樁徑為1 200 m，樁長(zhǎng)為20～42 m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，樁端持力層進(jìn)入中風(fēng)化巖層深度≥2 m，單樁豎向抗壓承載力特征值為14 100 kN。

2 場(chǎng)地地質(zhì)特征

該項(xiàng)目場(chǎng)地地貌屬海岸階地平原地貌單元，為近海沖積平原，場(chǎng)地原為海岸灘涂地，現(xiàn)已經(jīng)過(guò)人工堆填，地勢(shì)較平坦，局部有起伏，地面現(xiàn)有標(biāo)高為5.24～6.51 m。場(chǎng)地巖土層經(jīng)鉆孔揭露，場(chǎng)地內(nèi)巖土層可分為9大層，分述如下。

1、雜填土：松散，干燥-稍濕，以黏性土、砂、淤質(zhì)土為主，局部含有碎磚、塊石、碎石、瓦礫、水泥塊、建筑垃圾等硬雜質(zhì)，均勻性差。土體堆填為1～6 a。

2、粉細(xì)砂：呈灰黃-灰白色，濕-飽和，松散為主，局部稍密，為海相堆積層。主要成分為石英、長(zhǎng)石、云母等，顆粒較均勻，級(jí)配差，膠結(jié)差，顆粒形狀不規(guī)則，含少量礫砂、粗砂等，以細(xì)砂為主，可液化。該層屬?gòu)?qiáng)透水性含水層，且厚度較大，場(chǎng)地內(nèi)大多數(shù)鉆孔有揭露，流通性好，水量豐富。

3、淤泥質(zhì)土：流塑-軟塑狀，為海相淤積層，以黏性土為主，含腐植質(zhì)，有機(jī)質(zhì)，個(gè)別爛木屑等，局部夾薄層中(細(xì))砂，切面稍有光澤，韌性中等，工程性能差。

4、粉(砂)質(zhì)黏土：濕-可塑，為海相沖積層。切面稍有光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，韌性中等，中等干強(qiáng)度，含高嶺土、氧化鐵及10%～45%的粉細(xì)砂等。

5、殘積(砂質(zhì))黏性土：可塑為主，局部硬塑，飽和，為花崗巖風(fēng)化層。含有10%～29%石英砂及高嶺土、黑云母等。礦物成分除石英外，大部分已風(fēng)化成土狀。

6、全風(fēng)化花崗巖：飽和，為花崗巖風(fēng)化層。巖體結(jié)構(gòu)基本破壞但尚可辨認(rèn)，有微弱的殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，力學(xué)性能接近殘積土，巖芯一般風(fēng)化呈砂土狀，手捻壓即散開(kāi)，浸水易軟化崩解。巖體完整程度為極破碎，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

7、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，長(zhǎng)石大部分風(fēng)化成高嶺土，含石英礫砂8%～36%，裂隙發(fā)育，巖芯風(fēng)化成砂土狀，手?jǐn)D壓即散開(kāi)，浸水易軟化崩解。巖石堅(jiān)硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

8、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：呈灰黃-灰褐色，飽和，為花崗巖風(fēng)化層。原巖結(jié)構(gòu)部分已破壞，巖芯呈片狀、塊狀，裂隙發(fā)育，呈碎裂狀。巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，巖體完整程度為破碎～極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

9、中等風(fēng)化花崗巖：呈青灰-灰黃色，致密，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖性為花崗巖。礦物成份以石英、長(zhǎng)石、云母、角閃石為主，風(fēng)化裂隙、節(jié)理發(fā)育，巖芯較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)(1)福建省建筑設(shè)計(jì)研究院，泉州恒星廣場(chǎng)巖土工程勘察報(bào)告，2015。。

3 工程施工及基樁檢測(cè)結(jié)果

施工單位于2015年2月份進(jìn)行沖(鉆)孔灌注樁施工，同年10月份完成主樓244根沖孔樁及包括裙樓1 126根長(zhǎng)螺旋樁在內(nèi)的所有樁基礎(chǔ)施工，甲方委托福建省建設(shè)工程物探試驗(yàn)檢測(cè)中心對(duì)該項(xiàng)目樁基進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，按“建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范”[1]要求應(yīng)抽檢10%比例采取鉆芯法對(duì)25根樁的樁身完整性、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣和持力層性狀進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有8根樁存在質(zhì)量問(wèn)題，其中6根樁樁端持力層不滿足設(shè)計(jì)要求，2根樁樁底沉渣厚度不滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，豐澤區(qū)質(zhì)量監(jiān)督主管部門(mén)要求對(duì)主樓所有沖孔樁進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

3.1 鉆芯檢測(cè)

根據(jù)鉆芯檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉渣厚度不滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求合計(jì)有26根，如147#樁沉渣厚度達(dá)420 mm(表1，照片1)。

3.2 低應(yīng)變法檢測(cè)

依據(jù)低應(yīng)變檢測(cè)波形結(jié)合鉆芯檢測(cè)結(jié)果，綜合判定為Ⅰ類(lèi)樁159根占65.2%，Ⅱ類(lèi)樁76根占31.1%，Ⅲ類(lèi)樁0根，Ⅳ類(lèi)樁9根占3.7%，不合格率占3.7%。如147#樁檢測(cè)波形反映為樁底同相反射幅值較強(qiáng)，可定性為沉渣或底部有離析缺陷等事故(圖1)

3.3 主樓單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

因該主樓單樁豎向極限承載力值為28 200 kN，因受場(chǎng)地限制及超出靜載設(shè)備所能提供的反力值范圍，經(jīng)專(zhuān)家論證主樓無(wú)法進(jìn)行靜載試驗(yàn)后，改為鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)。鉆芯檢測(cè)合格率僅為44.5%，低應(yīng)變樁身完整檢測(cè)不合格率為3.7%。判定該工程整體質(zhì)量不合格，需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。主要質(zhì)量問(wèn)題為沉渣厚度超出設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的<50 mm[2]；樁端持力層未到設(shè)計(jì)要求的中等風(fēng)化花崗巖；小部分樁樁身完整性出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

表1 鉆芯檢測(cè)結(jié)果

照片1 147#樁鉆芯樣Photo.1 Core drills of 147# pile

圖1 147#樁低應(yīng)變檢測(cè)波形圖Fig.1 Wave pattern of low strain detection of 47# pile

4 質(zhì)量事故原因分析

4.1 地質(zhì)條件復(fù)雜

經(jīng)多方調(diào)查了解，該工程場(chǎng)地為近海沖積平原，原為海岸灘涂地，經(jīng)過(guò)人工堆填，地層起伏較大，成孔樁深15～40 m。在地下2.5 m～8.8 m主要是粉細(xì)砂地層，砂礫主要處于一種懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，容易發(fā)生流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致地層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。樁孔在開(kāi)孔中，局部水力坡度驟增，土應(yīng)力小范圍突然釋放，再加上施工擾動(dòng)，使土層結(jié)構(gòu)破壞，喪失剪切強(qiáng)度，特別容易在該地層發(fā)生侵蝕、塌孔等現(xiàn)象，易造成樁身擴(kuò)徑、超方等質(zhì)量問(wèn)題[2]；若在灌注樁身混凝土的過(guò)程中塌孔，塌孔處的細(xì)砂塌落至孔底，造成樁身和底部泥漿含砂量高、樁底沉渣過(guò)厚等施工質(zhì)量問(wèn)題。如92#樁低應(yīng)變檢測(cè)波形中在4.5 m出現(xiàn)的擴(kuò)徑反相反射波形，即認(rèn)為灌注混凝土過(guò)程中砂層處塌孔而造成的擴(kuò)徑信號(hào)，由于細(xì)砂塌落到孔底，造成沉渣過(guò)厚，鉆芯揭露沉渣厚度達(dá)400 mm(圖2)。

圖2 92#樁低應(yīng)變檢測(cè)波形圖Fig.2 Wave pattern of low strain detection of 92# pile

4.2 雨季施工難度

在進(jìn)行沖孔灌注樁施工時(shí)，正值雨季，客觀上給施工條件造成困難，工期急迫，工作量繁重，在雨季中到大雨區(qū)間也照常施工，在施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)孔內(nèi)泥漿池雨水增多，泥漿比重稀釋?zhuān)鄬?duì)密度不夠，當(dāng)起不到可靠護(hù)壁作用時(shí)易造成護(hù)壁坍塌，特別是在粉細(xì)砂地層位坍塌，形成流砂現(xiàn)象。如189#樁的鉆芯樣，在17.5 m處混凝土離析，調(diào)查該樁的現(xiàn)場(chǎng)施工記錄，澆筑至17 m左右突下暴雨，避雨若干小時(shí)，造成澆筑樁身混凝土未能連續(xù)，泥漿比重變低孔壁在粉細(xì)砂層位坍塌造成的混凝土離析(照片2)。

照片2 189#樁鉆芯樣Photo.2 Core drill samples of 189# pile

4.3 施工質(zhì)量管理

因持力層原樣性狀鑒定時(shí)，誤判持力層為碎塊中風(fēng)化巖樣，從而造成混凝灌注前孔壁坍塌造成孔底沉渣、部分樁身擴(kuò)縮徑等質(zhì)量問(wèn)題。如172#樁在0～24.58 m芯樣完整,未見(jiàn)樁底沉渣,在24.58～26.28m為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，在26.28～27.28 m為中風(fēng)化花崗巖。該樁持力層未到設(shè)計(jì)要求的中風(fēng)化花崗巖，樁端持力層不滿足設(shè)計(jì)要求(照片3)。

照片3 172#樁鉆芯樣Photo.3 Core drill samples of 172# pile

5 補(bǔ)強(qiáng)處理方案

根據(jù)鉆芯檢測(cè)和低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，①對(duì)9根取芯檢測(cè)為IV樁采取補(bǔ)打5根樁，并對(duì)補(bǔ)樁進(jìn)行聲波透射法完整性檢測(cè)；②部分持力層為中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化以及鉆芯偏出樁外無(wú)法鉆到底的樁進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，以便確認(rèn)可能達(dá)到的承載力值；③降低承臺(tái)底標(biāo)高至殘積黏性土，夯實(shí)殘積黏性土層進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，以確定地基土承載力特征值；④對(duì)10根沉渣厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的樁，采取樁端高壓注漿補(bǔ)強(qiáng)處理，并進(jìn)行低應(yīng)變法完整性檢測(cè)。

5.1 補(bǔ)樁檢測(cè)結(jié)果

(1)對(duì)補(bǔ)打5根補(bǔ)樁進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)，結(jié)果補(bǔ)打5根均為Ⅰ類(lèi)樁，滿足設(shè)計(jì)要求，如36#補(bǔ)樁超聲檢測(cè)實(shí)測(cè)波形圖(圖3a)、聲速-深度曲線(圖3b)。

圖3 36#補(bǔ)樁超聲檢測(cè)剖面圖實(shí)測(cè)波形(a)及聲速、聲速-深度曲線(b)Fig.3 Uitrasonic measured waveform (a) and velocity, velocity-depth curve (b) of 36# filling pile

(2)持力層為中風(fēng)化花崗巖抽取2根，其豎向極限承載力符合設(shè)計(jì)要求；持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖抽取8根，其豎向極限承載力不符合設(shè)計(jì)要求， 最小豎向極限承載力為18 380 kN；取芯未到底樁抽取3根，其豎向極限承載力不符合設(shè)計(jì)要求， 最小豎向極限承載力為17 850 kN。

(3)對(duì)場(chǎng)地隨機(jī)選6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)，地基類(lèi)型為殘積(砂質(zhì))黏性土的3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值均為350 kPa。地基類(lèi)型為全風(fēng)化花崗巖的3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別為385 kPa、350 kPa、350 kPa，地基土承載力特征值滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求[3]。各試點(diǎn)載荷試驗(yàn)結(jié)果(表2)。典型試樁載荷結(jié)果(表3)，Q-s曲線、s-lgt曲線(圖4)。

表2 載荷試驗(yàn)結(jié)果

(4)10根沉渣厚度不合格采取樁端高壓注漿補(bǔ)強(qiáng)處理后，經(jīng)低應(yīng)變法檢測(cè)為I類(lèi)樁。

表3 2#樁載荷試驗(yàn)結(jié)果匯總

5.2 專(zhuān)家論證處理方案

(1)根據(jù)灌注樁鉆芯檢測(cè)資料、高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果、筏板以下殘積黏性土現(xiàn)場(chǎng)載荷板試驗(yàn)結(jié)果以及樁端高壓注漿補(bǔ)強(qiáng)處理后的低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，確定該工程可以采用樁土共同工作設(shè)計(jì)方案。

(2)鉆芯檢測(cè)結(jié)果表明樁身強(qiáng)度可以滿足設(shè)計(jì)要求；高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果表明基樁最低承載力為樁基設(shè)計(jì)承載力 63%；地基土載荷板試驗(yàn)結(jié)果承載力特征值為350 kN/m2，相應(yīng)沉降量小于10 mm，與樁身壓縮變形基本匹配，灌注樁樁基礎(chǔ)和地基土變形基本協(xié)調(diào)，因此可以采用二者承載力疊加的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以滿足承載力設(shè)計(jì)要求，不必另行補(bǔ)樁處理(2)廣州市恒合工程監(jiān)理有限公司，沖 (鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)工程監(jiān)理評(píng)估報(bào)告，2016。。

(3)筏板外挑尺寸適當(dāng)加大，筏板厚度取同一尺寸。施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)地下室底板地基土的保護(hù)措施，保證其承載力能達(dá)到350 kN/m2。

圖4 Q-s曲線、s-lgt曲線Fig.4 Q-s curve and s-lgt curve

(4)該工程鉆芯檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較多樁端持力層未達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的中風(fēng)化花崗巖，且部分基樁沉渣厚度較大，承載力難以滿足設(shè)計(jì)要求，考慮到承臺(tái)底部以下土層為殘積砂質(zhì)黏性土或全風(fēng)化花崗巖，可改為樁土共同工作的樁筏基礎(chǔ)。

(5)對(duì)樁基承載力按不同情況分類(lèi)進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，并對(duì)承臺(tái)底以下土層的承載力進(jìn)行載荷板試驗(yàn)，作為筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的依據(jù)。筏板基礎(chǔ)按純樁基礎(chǔ)、不考慮樁基礎(chǔ)作用時(shí)純天然基礎(chǔ)以及樁土共同作用進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，同時(shí)施工時(shí)采取措施防止擾動(dòng)基底持力層。

(6)對(duì)該建筑物設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)若干個(gè)，每施工一二層進(jìn)行一次沉降觀測(cè)，竣工驗(yàn)收時(shí)觀測(cè)其累計(jì)沉降量。

6 樁基工程質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

(1)低應(yīng)變法檢測(cè)取芯未到底的53根樁全部進(jìn)行低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果Ⅰ類(lèi)樁占90.5%，Ⅱ類(lèi)樁占9.5%，無(wú)Ⅲ類(lèi)樁，符合設(shè)計(jì)要求。

(2)淺層平板載荷試驗(yàn)根據(jù)專(zhuān)家論證會(huì)意見(jiàn)選取6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行，有5個(gè)點(diǎn)承載力特征值為350 kPa，另一個(gè)點(diǎn)承載力特征值為385 kPa，符合設(shè)計(jì)要求。

(3)聲波透射法檢測(cè)9根Ⅳ類(lèi)樁補(bǔ)樁完成后，選取5根埋設(shè)聲測(cè)管進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果樁身完整，類(lèi)別為I類(lèi)樁，符合設(shè)計(jì)要求。

7 后期沉降觀測(cè)

對(duì)該建筑物樓角處設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)31個(gè)，從一層結(jié)構(gòu)施工時(shí)開(kāi)始觀測(cè)，以后每施工隔一月進(jìn)行一次沉降觀測(cè)，至32層竣工驗(yàn)收時(shí)觀測(cè)其累計(jì)沉降量，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)，31個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總沉降在6.41～9.00 mm，最大沉降量為9.00 mm，差異沉降最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)差異沉降值為0.60 mm，也在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象(3)廣州市恒合工程監(jiān)理有限公司，沖 (鉆)孔灌注樁基礎(chǔ)工程監(jiān)理評(píng)估報(bào)告，2016。。