某教学综合楼基础处理.doc

某教学综合楼基础处理

宋晓星1 钱礼平2 完海鹰1
（1.合肥工业大学土建学院 合肥 230009 ; 2.安徽省建科院 合肥 230001）

摘 要：根据某教学楼桩基事故的分析，对其进行加固处理。采用压静压桩分担荷载以解决承载力问题。
关键词：人工挖孔灌注桩；低应变静力检测；注浆；静压桩
一 工程概况
某中学教学综合楼六层框架结构，有半地下室自行车车库。柱网尺寸为7.2mX6.0m，抗震设防烈度为
6度，框架抗震等级为四级，丙类建筑。该工程原设计为外廊式教学楼，框架为7.2m+2.4m两跨。建筑物占地长98m，宽23m，场地地形平坦，属长江冲积平原地貌，周围无不良地质现象。场地土类型为中软土，场地土类别为II类，为对建筑抗震有利地层。场地土自上而下分三层：
①杂填土：场地前沿表层为混凝土地坪，下由灰褐色粘性土为主的粘性土组成。呈湿、松散状态，局部为稍密状态，见碎清砖、瓦片等。Fk=80kpa。
②粉质粘土夹粉细砂：灰黄色，呈饱和，可塑至软塑状，土质不均匀，夹有稍密状态粉细砂。局部夹卵石。Fk=100kpa,Es=3.5Mpa。
③-1粉质粘土：灰黄色，灰色，呈饱和，可塑状，见黑色氧化物颗粒。仅局部分布。Fk=220kpa,Es=9.1Mpa。
图 1.挖孔桩平面布置图
③-2粉质粘土：灰黄色，灰色，硬塑状，该层埋藏较深，未揭穿。Fk=320kpa,Es=13.5Mpa。

地下水位在地表以下1.80m左右，地下水类型为上层滞水，地下水补给主要是接受大气降水和地表水渗透，地下水位受季节性影响较大，对混凝土无侵蚀性。
原设计根据岩土工程施工勘察报告选用人工挖孔灌注桩以③-2层为持力层。具体的力学指标如下：地基承载力标准值320Kpa,压缩模量13.5Mpa，桩周土摩擦力标准值①层杂填土为10kpa，②层粉质粘土为
20kpa，③-1为30kpa，③-2为40kpa。桩端土承载力标准值1100Kpa，极限桩周土摩擦力标准值①层为15kpa，
②层为25kpa，③-1为60kpa，③-2为80kpa；极限桩端土承载力标准值2200Kpa。桩身混凝土强度等级为
作者简介： 钱礼平（1964.6~），女，安徽省建科学院副总工程师。
宋晓星（1981.2~）， 男，硕士研究生。

C20，桩护壁采用M10机制红砖，M5.0水泥砂浆砌筑，240厚。原设计桩基施工平面图如上图1所示，图中虚线圆圈为桩基础扩大头失意，实线圆圈表示桩身，实心矩形表示上部结构柱子。
二 工程问题分析
该工程在桩基施工完工以后，对所有的74根桩做低应变动力检测，结果表明：I类桩32根，II类桩8根，III类桩8根，IV类桩26根，不合格率达到46%。并且桩基伸入土层不一。这些桩桩身混凝土离析严重，桩身波速低（某些桩的波速只有2400km/s），强度低。导致桩基施工质量不理想的原因在于：地质情况不适宜于采用人工挖孔灌注桩，施工方案不正确，在施工过程中出现了流沙，采用的砖护壁没有起到应有的效果，而且没有处理好降水的问题。通过对该工程的设计进行复核，发现某些基础处的人工挖孔灌注桩强度设计不足。
于是对这些桩进行了第一次处理，在桩顶打孔采用压力注浆的办法对桩身进行加固处理（高压水清洗桩身离析部分的混凝土，水泥浆注浆填充），以提高桩身的混凝土质量。处理结束以后又对这34根桩进行了低应变动力检测，并选取某些桩做静载实验和抽芯取样。低应变动力检测结果表明：桩身的平均波速有明显的提高，离析处也有了明显的改善。
静载实验结果：选取其中的三根桩(28#桩单桩竖向承载力设计值为2000kn,30#桩单桩竖向承载力设计值为1300kn,48#桩单桩竖向承载力设计值为3000kn)进行单桩竖向抗压静载试验，最大试验荷载为单桩承载力的1.65倍，实验将荷载分为9级，首级按总量的1/5加载，以后按总量的1/10加载。该实验结果表明：28#桩单桩承载力为3300kn，满足设计要求。30#桩单桩极限承载力不小于2150kn，满足设计要求。48#桩为单桩极限承载力3465kn，不满足设计要求。
抽芯取样的结果：选取了50#桩，52#桩和73#桩进行了取芯抽样。其中73#桩自桩顶往下只有2.06m的混凝土芯以下为碎石，其取芯有效桩长为4.6m。52#桩取芯的有效桩长为5.8m，自桩顶往下有3.41m的混凝土芯样，以下为碎石。50#桩的取芯有效桩长为8.4m，自桩顶往下有2.74m混凝土芯，接下面为0.3m素水泥芯样（注浆形成的），一段距离以后有0.98m的混凝土芯样最后达到了粘土层。
由以上的检测和试验的结果表明：该基础还存在较大的质量问题，仍需进行加固处理。压力注浆没有达到预期效果的主要原因在于：注浆孔数量不够。注浆处理并没有取到解决问题的效果，此时安徽省建科院特种技术研究所，对工程上部进行优化设计，并提出了桩基加固处理方案。
三 处理方案
首先对该工程的结构方案进行了调整，该工程原设计悬挑部分为2.4m，两跨框架，现改为单跨悬挑，并删除了原设计中E轴线处的两根楼梯处的柱子，并适当加强了上部结构的刚度。这样即节省了上部结构的工程造价，更大大节省了基础的处理费用。如果按原设计应该处理74根桩，现只需要处理48根桩。调整之后的基础布置图如下页图2所示。
由于桩端伸入持力层长度不一，甚至有些桩桩端根本没有达到持力层。桩身质量离散性很大，如果通过试验来逐一确定每根人工挖孔桩的的单桩承载力，必耽误工期、浪费大量的人力、物力和财力。如果根据经验来进行加固，则要求加固方案的准确性，并且能在施工的过程中能验证方案的可行性，以防处理方案得不到预想的效果时能得到及时的补救。
针对上部结构的调整和实际情况，确定了两种处理方案。一种是采用深层搅拌桩使地基硬结为具有整体性、水稳定性和有一定强度的优质地基，来提高地基的承载力。另外一种是在承台上预留孔洞再打静压桩，来分担上部荷载。当采用第二种方案时，假定挖孔桩和静压桩各承受50%的荷载，为满足此假定，当上部结构施工到第三层时开始压静压桩。
方案比较：当采用深层搅拌桩时，施工完毕后90天要进行试验来确定桩的施工质量情况，耗费的时间过多。而采用静压桩时不影响原工程的施工进度，还可以同时施工，大大加快了施工进度。同时可通过沉

降观测来检验原人工挖孔桩是否能承受50%的上部荷载。
图 2.调整之后挖孔桩平面布置图

四 方案的具体实施
考虑到施工工期要求很紧和经济性方面的综合要求，采取了第二种方案进行加固处理。现选取其中的1轴和C轴交汇处的10#桩来进行设计验算：进行了结构调整之后该桩承受最大轴力（标准荷载组合恒+活）为3829kn，设计的人工挖孔桩桩身直径为1000，扩大头的直径为2200，施工桩长为7m，承载力设计值为3500kn。但实际上扩大头基本没有深入到持力层（③-2层），此处第一层土埋深为3.6m，第二层埋深为3.2m，按照qpk=2200kpa来进行设计复核：

按该方案的假定原设计的人工挖孔桩承受50%的荷载即1900kn，余下的由静压桩来承担。该桩处采用的静压桩的规格为：JZHa-525-1222-A，其单桩承载力设计值取为350kn，此处用了8根静压桩，共能够承受4700kn的荷载，此处对静压桩的根数的选用比较保守主要是对原人工挖孔桩的承载力有很大的质疑，虽然该桩的单桩承载力的计算结果较大，但是该桩进入第三层只有0.2m，根据地质报告根本无法判断该桩是否进入到③-2层，即使达到了③-2层，其扩大头伸入到持力层的长度也远远达不到规范要求。所以上面的计算结果只能够作为一个参考的数字，对于该桩的工作性能不能抱太大的希望。
桩基承台的处理：根据静压桩的布置，承台相应的进行切边做成了八边形。承台做法如下图所示：
承台预留孔洞剖面图
承台预留孔洞平面图
静压桩平面布置图

该承台的尺寸为。对其抗冲切、抗剪切及抗弯能力分别进行了验算。

承台底补填500厚1:3级配的砂石，以充分发挥桩土的共同作用。
对沉降的观察：在建筑物的四周和中间共设置了8个沉降观测点，请有资质的单位对建筑物进行沉降观察。在施工阶段每施工一层结构层，墙体砌筑完毕后观测一次，竣工时观测一次，以后每两年观测一次，从而来确定基础的处理效果。
施工要点：桩身的预制和施工要求按照《预制钢筋混凝土方桩》G97361进行。静压桩在上部结构施工到三层顶后以柱中心为基准点成对、对称静压，达到压桩力（单桩的设计荷载两倍值）必须持荷五分钟，如果不能稳定，再持荷五分钟，以沉降不超过0.1mm为稳定的标准。在沉桩时应该合理安排沉桩流水顺序，一般先中央后四周，由里及外。如果有保护对象，应远离保护对象由近向远测绘沉桩。在沉桩的过程中应随时注意使桩保持轴心受压，如有偏移要及时纠正。宜减小中途接桩停留时间，以免孔隙水压力消散和扰动土部分强度恢复而增加压力。
当基础梁和静压桩的位置发生冲突时，对基础梁钢筋预留，待静压桩施工完毕之后再浇注钢筋混凝土地基梁。
五 结语
在结构设计过程中对基础的设计应予以高度的重视，应根据实际条件采取适宜的基础形式，而不能盲目的去设计。
在施工过程中要根据实际情况来确定相应的施工工艺和流程。就本工程来讲施工工艺不正确，具体的一些问题例如流砂和降水也没有得到很好的处理。
在基础加固的设计中，要从整体来考虑，不应仅仅局限于某一个方面来考虑问题。本工程通过对上部结构的调整，从上部和基础两方面来进行处理取得了比较满意的效果。静压桩具有无震动、无噪音、成本低、场地小和能定量检测但桩承载力等优点是一种值得采用的较好的施工工艺。
参考文献：
[1] 刘景政. 扬素春，钟冬波. 地基处理与事例分析。中国建筑工业出版社，1998
[2] 苏震明. 采用静载与取芯法确定桩基补强方案。福建建设科技，1995
[3] 庄平辉. 压力注浆提高单桩承载力特性及工程应用。工业建筑，2000
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