岩土工程勘察報告所提供的地質剖面圖、鑽孔柱狀圖和土的物理力學性質指标以及建議值不準确。對岩土分層違反力學分層原則,往往隻是按土類粗分,把原位測試、室内土工試驗成果視為可有可無的資料。不适當的将成因相同但性質相差懸殊的劃分為一層。建議的樁端持力層不合适、樁端阻力和樁側摩阻力取值不當。
設計習慣于按靜力公式法計算拟打入的預制樁進入持力層深度和樁的有效長度,而不考慮持力層的工程性質和打入規定深度的可能性,勢必會導緻大量高位樁或樁被打斷、打裂。
3、施工中經常遇到的樁問題施工質量問題在目前樁基礎事故中占的比例較大。
預制樁的施工質量問題表現在:如對預制樁的樁長和貫入度雙控制的片面理解,後患無窮。地基土層空間分布不均勻,土的力學性質不均勻是客觀存在的,這決定了“雙控制”在很多條件下不可能完全實現。兩種控制之中,貫入度是主要的。若貫入度滿足要求後,樁長不滿足時極易産生“拒打”,若繼續加壓或加大錘擊能量,樁身易産生疲勞損傷,微裂隙開展并逐漸擴大連通,樁的強度明顯降低,彈性模量銳減,甚至出現斷樁。
鑽孔灌注樁的施工質量問題表現在:施工隊伍素質差、經驗少、技術水平低,缺乏嚴格的質量保證體系。作業馬虎粗糙,責任心差,甚至直接違反操作程序,如樁端進入持力層深度不夠;混凝土導管拔出剛澆的混凝土面,泥漿湧入樁身位置形成夾泥、斷樁、縮徑、混凝土離析、空洞;鑽孔護壁不力造成塌孔和樁端沉渣厚度過大;鑽孔泥漿濃度過大又會造成樁壁泥皮過厚,使側摩阻力下降。
樁基礎全面開工之前,根據“三試”(試成孔、試成樁、樁靜載荷試驗)成果分析、複核勘察單位提供的岩土工程勘察報告,進一步确認或修正報告中所建議的岩土力學指标和樁的設計參數。再次組織對樁基礎工程施工圖進行審查,确認或調整樁的設計尺寸(樁長、樁徑)、樁數和配筋等。然後在樁的施工過程中抓住施工各個重要環節實施專項和專業監理。對于易發生質量事故的薄弱環節進行專門研究,提出整改措施。
5、預制樁事故分析與處理01 常見事故表現形式及其危害
1) “拒打”現象。過度的錘擊引起樁頭打壞、樁身破裂,送樁無法到位,樁長不符合設計要求,而頂部截樁造成嚴重浪費。
2) 樁身偏位和傾斜。使實際施工的樁位與設計施工圖上的不一緻,改變樁的受力狀态,惡化樁的工作性能,嚴重者可能造成各個擊破,産生“多米諾”骨牌效應,導緻樁基礎整體失穩。
3) 樁的吊腳現象。即已打入的樁在其臨樁施打時向上浮起,其樁端與持力層土體脫空。這種現象可能導緻群樁整體承載能力下降。
4) 樁本身強度不足。
5) 接樁處的松脫開裂,降低樁的承載力。
02 事故原因分析、預防措施和事故後處理
表 1 預制樁常見事故原因分析及處理
實際施工過程中,可能出現的工程事故遠不止以上五類。在深厚軟土場地打樁,上述各類事故表現形式幾乎都會發生。此外,還會發生在深厚軟土層内樁的壓曲、攔腰折斷。基坑開挖不當,還會引起樁大量傾斜、推歪、移位和折斷;有的一邊倒,有的對稱傾斜(對傾),前者最危險,傾斜樁受荷後所産生的水平向分力需要受荷前方有足夠的土抗力,否則建築物荷載施加後可能産生整體平移,傾斜樁失去約束支點,成不穩定的轉動機制,傾斜率增加與受力條件惡化互為因果,出現惡性循環,一發不可收拾。若個别樁或局部範圍内出現斷裂或失穩,就會迅速蔓延到整個樁基。
打樁機或壓樁機的行走路線十分關鍵。在深厚軟土層場地上打樁,隻能後退,不能前進。已打好的樁不容許有局部超載在其上方遊移,否則有壓扁、壓彎和壓歪的危險,更不容許履帶式的打樁機在已打好的群樁上方轉動或轉彎行走,因為它産生的轉動扭力可能使樁扭曲或産生斜裂縫。設計單位應考慮打樁機械行走路線和打樁順序問題,使設計的樁位排列不要過于複雜。淤泥質土上不宜插花式補樁,宜補錨杆靜壓樁。打樁機或壓樁機在軟土層上方反複行走更會引起軟土觸變強度下降或喪失強度。
在強度較高、密度較大的砂土上打樁,需選擇合理樁距和打樁順序。樁距過大,單樁承載力有限,樁數較多時就會使承台面積過大不經濟;但過密的會導緻“拒打”樁端深度不易到位,過多的錘擊數使樁身容易疲勞受損。中密以上的砂基,打樁順序應該由裡向外打,不能由外向裡打。
當持力層(如中、細砂)自然坡度較陡(≥1:4),由穿透淤泥層進入持力層的樁,樁位砂面高的部位阻力大,低的阻力小,樁端在進入過程中自動會向砂面低的部位平移,使樁自動産生傾斜趨勢。相反地在靈敏粘土中打樁,樁端會自動向已打區的方向平移,因為已打區土受擾動變軟。因此,持力層砂坡場地打樁順序應該由砂面低的位置向高的位置逐步進展。
03 預制樁常見事故
1) 打樁區場地基土内高土中應力和高孔隙水壓力問題
在飽和的軟粘土地基中打樁,不但會引起土中應力和孔隙壓力迅速升高,而且還經久不散。打樁區地面上擡,基土向周圍擠壓推移。
擠壓作用還能引起已成樁的移位、傾斜甚至斷裂,已建成的鄰近建築物也可能因新近打樁工程的施工擠土作用而産生上擡、開裂、推移擠裂或下拽等現象。
打樁區基土内高應力和高孔隙水壓力,将随着軟粘土的排水固結而逐漸下沉和側向收縮,以緻建築物的基礎底面下産生土面與基礎底闆脫空的現象。
2) 擠土樁與軟粘土排水固結不能同時并用
一般認為:在軟土區,則應該在其中先插入塑料排水闆,然後打樁,這樣可使軟土加速固結排水,保證樁間土的強度有較大提高,但是實際上,有可能适得其反。如果淤泥或淤泥質土滲透系數很低,又沒有堆載預壓,在短期内它不易産生有效固結,如急于打樁,則後續的軟土排水固結仍會引起嚴重的樁側負摩阻力和土面沉降、基底脫空的弊病,更有甚者,可能引起樁基的持續沉降。因此,軟土排水固結與打樁應該保持一個時間差,并且必須先堆載預壓,固結在前,打樁在後,不能同時并用。
3) 打樁不能實現“雙控”目标,産生大量斷樁
目前樁基工程設計人員普遍遵循“雙控”原則,即打樁必須達到設計要求的進入持力層深度,同時必須滿足設計要求的承載力,對打入樁來說,要求達到貫入度控制值,對壓入樁則要求壓樁力必須達到設計極限承載力。事實上,工程中常常遇到兩者不可兼得的情況,即貫入度或壓樁力都大大超過了設計要求,但樁仍然不能達到預定深度,此所謂的“拒打現象”。“拒打現象”經常發生設計與施工雙方的互相推诿,有的工程還因“雙控”的矛盾而出現大量斷樁事故或出現高位樁,最終截樁造成浪費。
高位樁的出現既有設計原因也有施工原因。事實上,問題更多的情況應歸咎于設計原因,設計沿用了陳舊的靜力公式法,即以樁側總摩阻力和樁端阻力之和來推算設計樁長和樁進入持力層的必要深度。同時樁側單位摩阻力和樁端阻力的數值又要求采用查各種規範表格的辦法來确定,絲毫沒有顧及樁的類型、尺寸、長短、材料、沉樁施工方法、樁的間距與布置、打樁次序等因素。施工單位也因循守舊,照套照搬,盲目猛打,不及時反應、交流、研究解決措施。有時,還涉及工程地質勘察報告的質量問題,如報告中提出的土層工程力學性質指标不準确、偏保守等。施工過程中應及時解決,出現大量斷樁、歪樁之後則很難處理。
4) 樁端“吊腳”現象的消除
在南方沿海軟土地區深厚軟土層下,往往下卧有中細砂或中粗砂層。樁基設計一般要求以砂性土層作為持力層,做成摩擦端承樁或端承樁比較可靠放心些。但是,打(壓)入式擠土樁沉樁過程中樁周土有上擡現象,它握裹着臨樁一起上擡,以緻鄰近樁端上移脫離砂層,形成空腔或有淤泥擠滿空腔。樁逐條依次沉入,“吊腳”現象也依次重複,十分普遍。若建築物底闆澆搗以前不及時消除“吊腳”現象,勢必造成建築物日後産生嚴重超量沉降和不均勻沉降的後果。
解決的辦法可從兩方面入手:第一,嚴密監測已沉樁樁頂高程是否在新樁沉入時有上擡現象,或在澆基礎底闆前普測一遍;第二,采用“跑樁法”普遍壓一遍。一般“吊腳”現象大都出現在小直徑,或重量較輕的樁上,所以隻要帶有重載的移動式壓樁架對每一根已沉樁施壓一遍,即可消除“吊腳”現象。
5) “群台效應”可能引起各樁承台的不均勻沉降
在多層建築中,特别是樁承台間距較大的商業樓,通常采用大量少樁、小樁承台基礎,同時用鋼筋混凝土地梁縱橫交錯将各承台連接起來,構成格式梁基礎底闆,底闆厚度一般較薄。建築物建成後,常發現各層梁柱系統多處開裂,滿布斜裂縫。分析并通過測量證實,其原因是所采用的多是小直徑摩擦樁,而且樁端持力層下方,往往還下卧有強度較弱的軟粘土層。設計中一般用承載力匹配計算布樁數量。承台有大有小,角承台樁最少,邊承台次之,中部承台面積最大,布樁最多。結果是,沉降分布呈鍋底狀,外邊小,中間大,而且建築物絕對沉降量也偏大。
問題出在設計中未準确計算各帶樁承台的絕對沉降量。将單樁靜載試驗中所得的荷載----沉降量(Q~s)曲線貿然用之于群樁中引起過量沉降。殊不知,群樁的沉降相當大程度上是由樁端以下的下卧層軟硬程度所決定。因此,單樁試樁的荷載----沉降量曲線對于摩擦樁而言,絕不能用于帶群樁的承台沉降量計算中。
6) 箱式帶樁基礎,若用的是摩擦樁,照樣會産生相類似的事故
某市高層建築采用數百根沉管灌注長樁來支撐建築面積約5萬平米的大樓。由于打入困難,中間主樓底下的柱距還略大于四周副樓。基礎底闆雖厚達1.4m,但結果照樣産生鍋底式沉降和地下室嚴重開裂,後來用化學灌漿和增設防滲底闆護面等措施予以解決。反思其原因,該地區第四系土層厚度達數百米,最厚處曾測得近700m,在地面以下100m的範圍内還有泥炭、軟粘土埋藏。因此,即使采用的是30m的長樁,但還屬于摩擦樁類型。在地下室建造過程中,荷載不大,問題尚未暴露出來。接着在地面以上五層建築建造過程中,框架結構剛度很小,加上荷載分布中間較周邊為大,逐漸就形成了鍋底狀沉降分布。這種有害趨勢一直要到樓層建至相當高,上部結構剛度相當大時才會停止發展。昆明市近滇池的住宅小區,基土軟弱,地表以下又新近回填很厚的粘土。因深部埋藏有大量泥炭土,地面在基土自重作用下固結也尚未完成,而泥炭土層有厚有薄,有多有少,自然産生多個大面積的沉降盆,有的地方盆深還較大。在其上建設住宅小區時,雖然用了20~22m的沉管灌注樁,仍然産生大量房屋的超量沉降和不均勻沉降。
7) 打(壓)入樁與基坑開挖之間施工工序矛盾
有的先用水泥攪拌樁牆作為基坑支護結構,然後再在坑内打(壓)入預制樁。打(壓)入預制樁所産生的外擠力使水泥攪拌樁牆擠破打裂,格構式水泥土擋牆更深受其害。
有的深厚軟土層上覆蓋有數米雜填土層,先在地面上打(壓)入預制樁,土中應力和孔隙水壓力甚高,遠未消散,坑周又依次用預制樁做支護結構,應力和孔壓更加上升。此時,若過急地進行基坑開挖,則極易在坑底軟土中産生工程樁大量擠推移。
6、灌注樁事故分析與處理01 常見事故表現形式及其危害性
1) 孔壁坍塌:主要為護壁不力、操作碰撞、土質差等三方面原因。其危害性極大,增大孔底沉渣厚度、充盈系數變大使單樁混凝土方量激增、使樁端與持力層不接觸降低樁端阻力、使樁側土體變松軟降低樁側摩擦力。
2) 樁身縮徑、夾泥和斷樁:最主要原因就是灌注混凝土過程中孔壁具體坍塌和内擠。影響樁身完整性,樁身強度和承載力都降低。
3) 混凝土導管漏水:是澆築的混凝土斷斷續續的被水稀釋而嚴重離析。
4) 混凝土導管堵塞:主要是隔水塞制作粗糙,導管内壁不平直,變形過大,使隔水塞受阻卡住,導緻已澆好的混凝土面上易重新積存沉渣,處理堵管需要時間,新混凝土與已澆混凝土之間存在夾泥,易緻斷樁。
5) 樁身蜂窩、麻面、露筋:主要由于作為受彎構件的水平承載樁布筋過密,筋間距過小,混凝土粗骨料就難以從籠内擠出籠外填滿孔壁與鋼筋籠間的空隙,混凝土嚴重離析;再者鋼筋制作段間焊接空中作業操作不規範,籠體彎曲不直,籠與孔壁間隙過大或過小,其後果是嚴重削弱樁的軸向受壓和抗彎的承載能力;用作基坑開挖支護樁時露筋不但影響外觀,還易鏽蝕。
6) 樁頭浮漿缺失粗骨料且疏松幾乎無強度,其主要原因是混凝土離析。其後果是樁上段承載能力喪失,必須截除後重新灌注混凝土。
02 事故原因分析、預防措施和處理措施
表2 鑽孔灌注樁常見事故原因分析及處理
7、環境變化引起樁基工程事故分析
加強支護結構的強度和剛度、盡量減少其變位;嚴格規定并實時控制基坑開挖、降水、打樁的方法、速度和順序;承台跳挖跳築;加強承台間的縱橫向連系梁;控制坑外環境變異的時間與空間限度。基坑開挖應分層分段平衡的逐級開挖,嚴密監測坑壁支護結構水平位移和沉降,必要地采取築中心島向外斜撐的施工方法,盡量減少開挖對工程樁的影響。若軟土層太厚太軟,還應用水泥土在坑底淤泥質土内做暗撐;樁頭高程混凝土墊層宜分塊跳澆,然後連成整體,避免一次開挖到底淤泥上湧。用地震測震法檢測臨近打樁對待建場地基土可能産生的振動量級;配合土工動力三軸壓縮儀進行動強度和動變形性能的測定以及砂土、粉土的液化勢測定;基坑降水和環境降水對工程樁沉降的影響有許多工程事故先例,在充分調查研究和理論分析的基礎上應作出定性判斷和定量計算來,特别是深厚軟土地基中的摩擦樁和深層降水條件下的短樁基礎,降水所引起的附加固結沉降數量十分可觀。
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