某教学楼桩基工程质量 问题分析及处理案例 - 建筑施工技术与质量控制

某教学楼桩基工程质量 问题分析及处理案例,1. 工程概况,某教学楼工程，五层框架结构，建筑面积约6500平方米，基础采用PTC-500（60）预应力混凝土管桩承台、地梁拉接基础，管桩混凝土强度等级为C60，设计桩长37米，设计桩顶标高2.80m（黄海高程），单桩承载力设计值000KN，总桩数201根。,2. 地质概况,表1 某教学楼工程地质概况表,3. 桩基施工,本工程桩基选择的持力层是号砾石层。由于号持力层层顶标高起伏较大，且在部分探孔位置的号砾石层中存在0.4-0.6m厚的-a淤泥质粘土夹层，所以在技术交底时，设计人员对桩基施工提出特别要求：根据勘察资料显示本工程桩基长大部分是37m，在部分区域桩长应根据实际施工地质情况作适当调整。,本工程桩基采用锺击法沉桩，施工机械选用J250型桩架、D40柴油锤。根据最后的施工记录显示，本工程实际打入土中的桩为198根，其中41（选定为试桩）的1根，40的5根，39的47根，38的9根，37的134根，36的2根。在施工期间施工单位没有反映过地质情况与勘察报告不符的情况。,桩基施工控制依据：,（1）最后贯入度控制在58击/10cm（D40柴油锤）。对桩顶已经达到设计标高但锤击数达不到上述要求的,可继续超送，但超送深度一般不超过50cm。若超送深度已经达到50cm而锤击数仍达不到要求的，需报请设计人员处理。,（2）桩端进入号持力层不少于70cm；若持力层有软夹层，桩端必须穿过软夹层，且桩端进入下面持力层不少于10cm；但应注意不要进入过多，以免穿透持力层。（3）施工过程中若遇到地质情况与勘察报告差异明显时，应及时向有关单位反映，施工单位不得擅自处理。,4. 桩基静载荷试验,在桩基施工完成后，进入桩基静载荷试验阶段。根据有关规定本工程静载荷试验采用堆载平台反力装置，按慢速维持荷载法进行试验，单桩竖向极限承载力值取设计值的2倍即2000KN。 由于在试验过程中发现试桩存在异常情况，故又加测了部分工程桩，前后共试验了5根桩。桩的基静载荷试验大致共分为三个阶段。,8,9,6,120,72,77,返回,4.1正常桩基静载荷试验测试阶段,本教学楼选择6#（桩长41m）工程桩为单桩静载荷试验的试桩（与另外两幢楼的两根工程桩组成一组试桩）。试验结果显示其它两幢楼的两根试桩均满足设计及规范要求，但本教学楼的6#试桩在试验过程中出现异常情况：在400KN800KN的试验加载时，表现为沉降均匀沉降速度较小的特点，但在1000KN的荷载作用下，本级沉降为16.11mm,是前级沉降的4.68倍(未超过5倍),共计沉降为23.70mm（未超过50mm）。,6#桩静载曲线,4.2 加测试验阶段,从6#工程桩的试验结果来看，其承载力未达到设计要求。为了探明这到底是个别现象还是普遍现象，设计单位要求每幢楼再加测1根工程桩。因此,本教学楼选择了77#(39m)工程桩为测试桩。其他两幢楼也各选择了一根桩加测。,经过测试，其它两幢楼的工程桩均满足设计要求，但77#桩出现了比6#试桩更加严重的问题。,77试桩报告：,77试桩在1400KN的荷载作用下，本级沉降为11.50mm，是前级沉降的2.43倍（未超过5倍），累计沉降为23.93mm（未超过50mm）；在试验荷载1700kN作用下，累计沉降为38.77mm。当试验荷载加到1800kN时，沉降急剧加快，桩顶的最大沉降量为109.44rm。随后试验加载停止。卸载后，回弹观测中桩身回弹较小，最大回弹量为15.21mm，回弹率为13.90%，沉降残余量为94.23mm。因其达到试验终止条件而终止试验。,77#桩静载曲线,4.3问题桩范围探测阶段,根据前面的六根桩的测试结果，相关单位进行初步分析、讨论后基本认定另外两幢楼桩基的静载荷试验基本符合设计要求，可以进入下一道工序施工，但在以后的施工和使用过程中应加强沉降观测。而本教学楼桩基工程存在质量问题。为了进一步调查本教学楼的桩基质量问题的性质、原因和范围。设计人员根据地质勘查报告和打桩记录又在本教学楼的中部(72#39m， 72#桩离77#桩只有3m最终桩顶标高基本一样)和两端（120#37m和8# 37m）各选择一根桩做静载荷试验。,72#桩在各级试验加载时,沉降基本均匀，在最大试验荷载2000kN级加载作用下，桩顶最大沉降量为30.86mm，沉降量较小。卸载后，回掸观测中桩身回弹较小，可以判定其承载力已达到设计要求。,72#桩静载曲线,120试桩在400KN1600KN试验加载时, 沉降均匀、沉降速度较小。但在最大试验荷载1800kN的作用下，沉降急剧加快，本级沉降为97.54mm，是前级沉降的17.57倍，累计沉降为118.79mm。试验终止。,120#桩静载曲线,8试桩在400kN1200kN的试验加载时，沉降均匀、沉降速度较小；但最大试验荷载1400KN的作用下，沉降急剧加快，本级沉降为72.15mm，是前级沉降的18.79倍,累计沉降为83.42mm。试验终止。,8#桩静载曲线,5. 桩基质量问题分析及判定,根据本工程的五根工程桩的静载荷试验数据，可将工程桩在试验过程中的异常沉降分为以下两种类型：第一种类型：在不大的试验荷载作用下产生较大沉降，但沉降量未超过规范条件。如6#桩在1000KN试验荷载作用下的沉降为16.11mm、77#桩在1400KN试验荷载作用下的沉降为11.50mm，都比前一级沉降大许多，但又都未超过规范容许条件。并且这些桩在随后的加载过程中沉降又都趋于稳定。,成因： 出现这种现象的最大的可能是由于在打桩过程中打桩过快产生挤土效应，使得前面被打下的桩又被土“浮起”，桩端“悬空”（即“浮桩”）现象，这就使得原先的端承摩擦桩几乎变成了摩擦桩。在试验加载超过了土层摩擦力极限值后，试验桩又被“压”回持力层，在试验加载继续进行时沉降又趋于稳定。,解决的措施：,为了避免这种现象的出现，应在施工过程中： （1）合理安排打桩顺序和路径，特别对那些桩比较密集的区域，更要特别注意。 （2）在工程桩基本打完后，再重新复打一遍，让那些桩端“悬空”的桩再被打回去。就本工程而言，由于此种类型的沉降不是特别大，最终未作特别处理。,第二种类型：,在较大的试验荷载作用下产生极大沉降，并达到规范规定的终止试验的条件。如77#、120#桩在1800KN作用下和8#桩在1400KN作用下的沉降都属于此种情况。,成因：,出现此种现象的原因可能有两个：第一：试桩在试验过程中被压坏。这种现象可通过“基桩低应变动力检测（简称动测）”来判定。经过动测上面的这三根桩桩身均完好（8#桩为类桩，其它的均为类桩）。,第二：试桩的桩端持力层承载力不够。 判定此种情况的方法就是比较入土桩长与地质勘查资料中所反映的持力层埋深的关系，判断桩端有没有进入持力层、进入深度如何、持力层中有没有软弱夹层等情况。但使用此方法的前提条件就是要在试桩边有详细的勘察资料且探孔距离不要太远，否则会影响判断的准确性。,由于本工程的几根试桩离原先的探孔都较远，同时也为了后面的桩基处理需要，决定在本工程场址的不同方位布置八个探孔，以便探明各土层的分布情况。补充勘察数据显示：8#桩的桩尖离号砾石层还有约0.3m的距离，77#、120#桩的桩尖已进入号砾石层，但离其中的夹层只有约0.5m距离。,6#桩长37m,BZ8,120#桩长37m,BZ8,6. 桩基处理方案,在对以上试桩的质量问题原因查明以后，为了保证工程质量，并顺利比进行下一道工序施工，决定对本工程的桩基础进行处理。处理的方式共分三种：,第一种处理方案：,对那些根据补充堪查资料和入土深度判定为桩端未进入号持力层或进入持力层，但未穿透软夹层的工程桩进行高压注水泥浆处理。,第一种处理方案的施工方法：,经过比较分析决定对不同区域的共计10个承台的34根桩进行管内钻300直径的钻孔至号土层1米（有夹层的需钻穿），提钻后埋入注浆管至孔底，倒入5-20mm卵石70%，中粗砂30%，充填至-20米，先注水冲洗，直到孔口为清水为止，再注浆固结、压浆泵泵压0.5MPa，水泥选用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比均为0.5，每根桩压浆2000kg水泥，在施工时要注意保持原桩身垂直度。,第二种处理方案：,对部分承台进行补水泥搅拌桩处理，一方面是弥补前一方案中各工程桩承载力的不足，另一方面也是为了提高预应力管桩的摩擦力，进一步达到提高本承台桩基的实际承载力的目的。决定对上述十个承台中的2桩承台补2根水泥搅拌桩，3桩承台补3根水泥搅拌桩，4桩、5桩承台补4根水泥搅拌桩水泥搅拌桩。,第二种处理方案的施工方法：,水泥搅拌桩位置基本位于院有管桩桩之间，2桩承台中补桩与原有管桩呈菱形布置，搅拌桩桩径500，桩长15米，水泥掺入量为加固土量的15%，另掺水泥用量0.2%的木质素磺酸钙减水剂2%的石膏粉，搅拌桩施工严格控制水灰比0.5，控制提升速度小于1米/分钟，边提升、边压浆、边搅拌，泵送液必须连续，并复搅一次。除此以外，部分承台尺寸及配筋也要作相应变动（方案略）。,第三种处理方案：,第三种是对场地内补勘的8个地质钻探孔在原位进行水泥搅拌桩加固，其深度为15米，具体要求同上。除此以外，为了解决前面的“浮桩”以及预应力管桩和水泥搅拌桩的不均匀沉降问题，在桩顶设置褥垫层。桩顶褥垫层厚度为250mm，其中级配为2040mm的人工石占50%，5mm的人工石占30%，中砂占20%，洒水振动夯实，且压实系数0.93。,7.桩基处理后的复测,为了检验本工程的桩基础在处理后的效果，又对与8#桩（由于已测出8#桩是类桩，若再次进行测试有可能将其压坏）处于同一承台的9#（37m）桩进行静载荷试验测试。,实验方法及结果：,本次的静载荷试验测试与前面测试有所不同：本次测试采用1.5m1.5m的厚钢板，压板中心与9#桩中心重合，压板覆盖4根水泥搅拌桩的部分区域。在试验中，沉降均匀、沉降速度较小。在最大试验荷载2000kN级加载作用下，桩顶最大沉降量为15.11mm。卸载后，回弹观测中桩身回弹较大，最大回弹量为11.33mm，回弹率为74.98%，沉降残余量为3.78mm。,8.本工程桩基质量问题的成因,造成本工程桩基出质量问题的原因有多方面。 第一：由于原规划方案调整，使得本教学楼整体后移8m,但本工程的岩土工程详细勘察是在方案调整之前，方案调整后又未重新组织详细勘察。这就使得本工程打桩存在较大的盲目性。,第二：施工人员责任心不强，在桩基施工过程中遇到地质情况与勘察报告有明显差异时未向有关单位通报、处理。施工过程中的隐蔽资料未与施工同步完成，特别是打桩过程中不做原始记录，许多记录是后补的。,例如，补勘资料显示8#桩的桩端未进入号砾石层（即处于号淤泥质粘土层中）,静载荷试验也验证了这一点。但打桩记录却显示最后30cm的锤击数为8击/10cm、8击/10cm、9击/10cm。根据经验判断，当选用J250型桩架、D40柴油锤打桩机施工，长为37m的预应力管桩桩端位于号淤泥质粘土层中时，其最后30cm的锤击数不可能达到8击/10cm、8击/10cm、9击/10cm。,第三、监理人员严重失职，未按监理规范要求施行监理。 第四、本工程场址内的地质分布情况的确复杂。号持力层顶标高埋深起伏很大，持力层内有部分含有