桩基事故的分析与处理
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摘要：由于螺旋钻孔灌注桩施工工艺本身的缺陷，常造成孔壁坍塌，桩底浮土超限，以及施工中桩底土层难以控制和判断等，即便是扩底注浆，也常造成桩底浆土混合，导致桩底沉降量偏大，单桩承载力降低或发生断桩等工程质量事故。此文对螺旋钻孔扩底灌注桩事故的分析和处理，可供同类工程借鉴。
1工程概况
该工程位于辽宁省沿海城市，为一栋多层住宅楼，楼高6层，建筑物长度4905米，宽12.6米，原基础类型采用螺旋钻孔扩底灌注桩。设计螺旋钻孔扩底灌注桩301根，桩径350m，桩长7.5米,设计单桩承载力特征值为280kN。桩基施工完毕28天后由当地质检部门对桩基进行了承载力检测，检测数量为全部桩数的1%。即共检测4根，测试单桩承载力特征值为150KN-180 KN，平均170 KN，未达到单桩承载力280kN的设计要求。
2岩土工程条件
2.1地层
建筑场区位于小凌河Ⅰ级阶地之上。勘查钻孔所见地层为第四系冲洪积物，从上至下为杂填土、粉质粘土、粗砂、园砾，分述如下：
杂填土①：杂色―黑褐色，稍湿、松散。主要有炉灰、建筑垃圾等组成。厚度0.8-1.5m，平均厚度1.30m。
粉质粘土②：褐黄色，稍湿，可塑。厚度4.5-5.5m。赋存深度5.3-6.8m ,局部夹粉砂透镜体，厚度稳定。压缩模量4.5MPa,承载力特征值（fak）70pa。
砾砂③：浅黄色，赋存在粉质粘土底部，勘查钻孔控制最大厚度为10米。砾石主要成分为石英砾、安山岩砾，砾径2-10mm，大者20-30mm，呈次圆状，饱和，密实。承载力特征值（fak）300kpa，桩端阻力特征值2200kpa。
3.1桩基事故分析
螺旋钻孔灌注桩施工，在地层条件复杂的地区操作工艺不好控制，略有不慎就会导致孔下浮土超限，即便是扩底灌注桩，也常造成桩底浆土混杂的现象。本次灌注桩施工虽然采用的是高压注浆扩底工艺（扩底直径400-450mm，扩高0.3-0.5m，扩底注浆压力一般2-3Mpa），但施工中却忽略了对桩底上部粉质粘土②层的有效控制。场区第②层粉质粘土含水量较高，局部地段含上层滞水，导致钻进时孔内浮土很难顺其叶片自然上行排出，一般都粘附在螺旋叶片上，一个孔需经过几次提（下）钻处理粘附在叶片上的泥土才可成孔。这样的反复提（下）钻无疑会导致孔内浮土厚度超限，桩底沉降量偏大，承载力降低。实测的桩基压力曲线图显示，当桩侧摩阻力破坏后，上部荷载主要集中在桩底，当加压至350KN时，桩底沉降量过大，桩底扩大头已经开始变形破坏，说明桩底扩大头段混有浮土，浆土混合，其强度不能承受上部传递的压力荷载，导致桩底沉降量超限。
3.2事故处理方案选择
经检测单桩承载力特征值为170KN,未达到单桩280KN的设计要求。对已施工完毕的301根不合格的螺旋钻孔扩底灌注桩，必须经过处理才能继续使用。当时曾提出过3种不同的处理方案。第一个方案是待桩身砼强度达到设计强度后，采用气锤打桩机在桩顶打压，迫使桩底土层压缩，减少沉降量并达到承载力设计要求。采用这种方法对桩身结构造成破坏，同时也破坏了桩底扩大头，处理后也很难满足单桩承载力设计要求。第二种处理方案是在已竣工的灌注桩中间补打沉管灌注桩。由于原设计螺旋钻孔灌注桩桩距大部分是1200-1400mm，再利用沉管机在桩间补桩，其补桩和原桩距小于3倍桩距，如果补桩也就意味着已竣工的螺旋钻孔灌注桩基本报废，不能利用。采用这种方法在经济上造成巨大浪费，等于又重新换了另一种桩基类型。第三种方法是按排桩部位对桩身上部的粉质粘土②层下挖1.5m，采用粗砂换垫层，和已竣工的螺旋钻孔灌注桩一起组成复合地基。在理论上将螺旋钻孔灌注桩看做是水泥土搅拌桩。采用此种方法一是考虑螺旋钻孔灌注桩桩身结构为钢筋混凝土，强度有保证。二是当单桩承载力为170KN时，桩顶沉降量不超过1.5mm，变形满足要求。经济上合理，减少资金浪费。
3.3处理方法论证
3.3.1复合地基承载力特征值
场区粉质粘土②层与螺旋钻孔灌注桩共同组成符合地基。初步设计条形基础宽度700mm。将粉质粘土②层下挖1.5米，采用粗砂垫层。设计条形基础总面积为245m2，螺旋钻孔灌注桩总面积为28.94m2，面积置换率为0.118。桩间土承载力折减系数（β）采用地区经验取0.75。桩间土承载力特征值按粉质粘土②层天然地基承载力特征值，经修正后为70kpa。因桩顶下挖1.5米将桩侧1.5米摩擦力扣除20KN,即单桩承载力采用150KN。复合地基承载力特征值采用fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk计算，fspk等于255.2kpa，式中：fspk―复合地基承载力特征值（kpa）；m―面积置换率；Ra―单桩承载力特征值（KN）；Ap―桩的截面积（m2）；β―桩间土承载力折减系数；fsk―天地基承载力特征值（kpa）。
3.3.2基础地面压应力计算
按国标GB5001-21规范标准计算，建筑物总重（包括主体结构、基础和地基以上土体重量）取68400KN，地基底面压应力为(Pmax=(F+ G)/A)279.2Kpa。基础顶面宽700mm，地面宽采用b’≥b+2*ztgφ(式中b-基础宽度700mm；z-砂垫层厚度1.0m；φ-垫层压力扩散角，按地区经验取23°)。按式Pz+Pcz≤faz计算， Pz+Pcz=175.54 kpa，结果Pz+Pcz≤faz，符合现行规范要求。式中：Pz-相应荷载效应组合时，垫层地面处的附加压力(Kpa); Pcz-垫层地面处土的自重压力值，砂土容重取18KN/m3; faz-垫层地面处经深度修正后的地基承载力特征值，相当于复合地基承载力特征值fspk。
3.3.3具体做法
首先将灌注桩头凿除300mm，沿条形基础设计轴线下挖深1.5米，底部宽度700mm，回填粗砂，每回填300mm厚使用夯垂夯实，经现场压实试验，合格（压实系数均大于0.96）后回填下一层，达到设计要求。最后铺垫桩顶褥垫层300mm。这种由垫层、下卧层和桩基共同组成的复合地基的变形包括桩基复合土层的平均压缩变形与桩端下未加固土层的压缩模量，经计算基础变形复合《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002和《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002的有关要求。
4结论
基础类型的选择除根据场区岩土工程条件确定外，且不可忽视当地常采用的基础类型和施工经验。通过上述方法对桩基事故进行处理，不但减少了资金浪费，而且还缩短了基础施工的工期，可作为同类工程桩基事故处理时借鉴。
参考文献：
⑴岩土工程勘察规范GB50021-2001（2009版）；
⑵建筑地基基础设计规范GB50007-2002；
⑶建筑抗震设计规范GB50011-2010；
⑷建筑桩基设计规范JGJ94-2008；
⑸建筑地基基础技术规范（辽宁省）DB21-907-2005;
⑹《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002。