桩端持力层受水软化事故的实例分析及预防措施_邹泓荣

风化层岩(土)的上覆含水层、地面滞水及岩体裂隙水 被基桩洞穿之后,有可能流进作为基桩持力层的风化岩 (土),造成桩端持力层被水软化(崩解),基桩下沉量变大, 承载力大幅降低。以前由于认识上的不足,曾被误认为是 基桩上浮。 1 工程实例 1.1 层间水造成持力层软化实例 中山市某5层综合楼,其部分场地的含水砂层离持力 层(全风化或强风化花岗岩层)较近(地质资料显示分别为 0～1.1m),设计采用直径500mm、壁厚125mm预应力管桩 基础,单桩竖向承载力特征值Ra=2300kN,基桩入土深度 9～15m;挖地下室之后,实际桩长6~12m。经静载试桩,承 载力仅达到设计要求的70%～80%。后经全面复打,各基桩 均有不同程度的下沉(少的不足0.1m,大者超过1m)。经分 析,下沉的根本原因是砂层的地下水入侵桩端持力层,全 风化、强风化花岗岩层里的残积土遇水崩解软化,持力层 的承载力降低;下沉的次要原因是有效桩长较短,桩周摩 擦力减少,基桩承载力又受到削弱。 1.2 地面水造成持力层软化实例 中山市某商住楼位于一低山残丘的坡脚,场地地质情 况依次为素填土,可塑粉质粘土层(打桩前均已挖去);硬 塑-坚硬残积土(砂质粘性土)层厚2.0～17.3m,顶板埋深0～ 7.8m,含水率21.3%～30.2%,N=6～28击;全风化花岗岩层厚 1.3～3.7m,顶板埋深3.7～18.5m,N=32～46击;强风化花岗岩 层厚0.6～4.5m,顶板埋深5.8～23.3m,N=51～85击。设计采用 直径500mm的预应力管桩,Ra=2300kN,持力层为全风化 (或强风化)花岗岩层。为预防基桩因挤土上浮,采用敞口 式桩尖,由于该场地无含水砂层,又处于小山坡脚,本不应 发生桩端持力层软化事故。但是,由于先将土挖至接近地 下室底板才打桩,在山坡脚形成一个排水不良的大凹坑, 打桩期间雨水不断,场地积水。该批桩入土桩长6.5～15.8 m,全部采取送桩(最大送深2.8m),遗留的孔洞(未回 填土)全部变成集水坑,敞口式桩尖(未采用混凝土封底) 成为良好的渗流通道。 桩基施工情况如下:2006年4月28日打试验桩,用D50 锤施打,入土桩长7.5m(含送桩0.5m),锤击总数为342击, 最后贯入度为15mm/10击。5月20日对该桩进行静载试验, 分10级加荷(总量为4600kN),加荷至第9级(4140kN)时, 桩顶累计沉降量为9.09mm,加荷至第10级时,累计沉降量 突然增大至49.72mm,承载力仅达到设计要求的90%。由于 打桩时有部分基桩上浮 (如某6桩承台基桩上浮量为24 mm),故部分人认为试验桩未达到设计承载力的原因是基 桩上浮。 经,由于该试验桩为单桩,位于场地低洼部位,从 5月初开始雨水连绵,送桩遗留的孔洞变成集水坑,场地积 水从敞口式桩尖渗入并软化了持力层。后在该桩侧旁作触 探试验,探得敞口式桩尖下持力层的N值(比桩尖上的)低8 击。经研究,于同年8月对已打入的基桩进行全面复压,复 压结果下沉量≤60mm的共78根,下沉量≤100mm的共28 桩端持力层受水软化事故的实例分析及预防措施 邹泓荣 (中山市建设工程质量监督站,528403 广东中山) 摘 要:广东省中山市2栋建筑桩基施工后经检测承载力大幅度降低,经分析是桩端持力层受水软化 (崩 解),基桩下沉量变大所致。采取针对性措施,可以减轻损失。 关键词:桩基础;持力层;软化 中图分类号:TU473 文献标识码:B 文章编号:1000-4726(2007)09-0697-02 CASEANALYSISANDPREVENTIONMEASURESOFWATER-SOFTENINGACCIDENTOF BEARINGSTRATUM ATPILEEND ZOUHongrong (Zhongshan City Construction Quality Supervision Station528403,Zhongshan,Guangdong,China) Abstract:Itwasdetectedthattheloadcapacityofthecompletedpilefoundationsof2buildingsin Zhongshan,Guangdongdeclinedgreatly.Analysisindicatedthatitwascausedbyserioussettlementunderthe foundationduetowatersofteningofthebearingstratumatpileend.Takingpurposivemeasuresmayreducethe lossthuscaused. Keywords:pilefoundation;bearingstratum;softening 收稿日期:2007-03-29 作者简介:邹泓荣(1938-),男,广东梅县人,中山市建设工程质量监督 站,高级工程师。 建 筑 技 术 ArchitectureTechnology 第38卷第9期 2007年9月 Vol.38No.9 Sep.2007 ·697· 建 筑 技 术 第38卷 根,下沉量≤200mm的共34根,下沉量>200mm的共19根 (最大下沉量达0.5m)。复压后对该批桩作静载试验,承载 力全部达到设计要求,最大累计沉降量仅18mm。 2 持力层软化与桩基上浮的差别 2.1 原因不同 基桩持力层软化(崩解)是因地下水(或地面滞水)顺 桩(内、外)壁渗入桩端持力层,降低了桩端土(岩)的承载 力,桩身还在原位,无上浮。基桩上浮是因沉桩挤土及桩周 孔隙水压过大,将基桩沿竖向抬升,桩端脱离(或部分脱 离)已打(压)进的持力层原位或桩接头松脱(灌注桩的桩 身断裂),致基桩承载力降低。 2.2 土体隆起不同 桩端软化发生在持力层,地面土体无隆起,肉眼观察 不到。基桩上浮发生在桩端以上的土层,地面土体隆起(据 报道土体隆起有达1.3m者),肉眼加水平仪即可观测。 2.3 离散性不同 (1)桩端软化者,复打(压)下沉量离散性很大(以往 视为“不正常”)。其原因之一是残积土组分复杂、含土量不 一致,崩解数据离散性很大,如中山市“圣贤庄”工程,同一 场地坚硬砾质残积土崩解试验结果,最快者为7～9min,土 样崩解量为92.3%～100%;最慢者为2728min,土样崩解量 为1.4%。此外,持力层起伏状况以及风化程度、桩端进入持 力层的深度有差异,地下水量、含水层压力及水渗进持力 层的途径(曲折程度)不同等。 (2)基桩上浮者,复打(压)离散性相对较小,如广州 市某医院工程在打桩过程中地面土体隆起 (最大接近 30cm)。该工程要求进行全面复打,复打下沉量最大为 37.4cm,最小1.9cm,大部分在10～30cm范围内,桩密区的 复打下沉量比桩疏区的大。 2.4 持续时间不同 桩端持力层受水软化(崩解)不易避免,但其损害持续 时间较短,约1～2个月左右即趋于稳定。按广东省地方规 定,持力层为遇水易软化的风化岩的基桩,宜在停锤后25～ 30d进行静载荷试验。基桩上浮可以减轻甚至避免,但其对 基础损害的持续时间有可能较长。据天津市某钢管厂浅层 地基处理打桩实践,当时地面大面积隆起0.3～0.5m,超孔 隙水压力消散的后遗症长达2年。因此,当地面土体隆起 时,宜进行超孔隙水压力消散情况的测试。不要急于复打 (压),关键要及时发现,及时调整打桩速度和打桩顺序,否 则会造成积重难返。 2.5 软化敏感性不同 沉管灌注桩、预制桩的上浮条件基本相同。由于沉管 灌注桩现浇混凝土往外挤压,水较难渗进持力层,软化不 明显;而预制桩的桩身不会往外挤压,水较易渗进持力层, 软化明显,因而预制桩型的软化事故较多,也较严重。 3 事故造成的后果 (1)由于认识不足,持力层被软化的事故发生后,先反 复研究,待认识后采取全面复打(复压)措施再静载试桩, 不仅增加工程费用,还拖延工期数月。 (2)截桩后才发现问,其时桩顶预埋铁件已截除, 难以进行复打(复压),只得请设计单位进行承载力复算, 然后再大面积补桩,费用大增,且工期拖长。 (3)送桩过深,复压时大量挖填。某工程送桩率达 100%(核心筒下送桩深达5.2m),不得不进行大开挖,找到 桩位后用电焊接上7m短桩,将桩顶接出地面,再用砂袋、 碎石回填,才能行走桩机。幸而复压时未下雨,持力层免遭 再次软化。 4 预防措施 桩端持力层被水软化(崩解)的事故,无论是短桩或长 桩都有可能发生,其根本原因是现行对此未作, 且有关的研究和报道不多。 (1)全风化、强风化花岗岩(及其变质的片麻岩)中含 有残积土(长石)遇水易崩解;风化泥质砂岩、泥岩(及变质 的页岩)胶结材料中的泥质,遇水易软化。地质报告应按 《岩土工程勘察规范》(GB500021—2001)的规定,鉴定和 描述有无不利含水层(如地面滞水、上覆砂层、岩体裂隙水 等)可能软化(或崩解)预估作桩基持力层的风化岩(土)。 从源头上使工程设计有预见性,对不利地层可能出现的风 险,制定针对性的措施。 (2)建筑场地无淤泥层或淤泥质土层(不透水层)者, 地面滞水最有可能入侵持力层,发生持力层软化事故。应 重视场地排水,承台(或基坑)开挖后应及时浇筑混凝土垫 层,谨防地面滞水(或基坑积水)沿桩的内、外壁渗进持力 层。场地泡水后,应检查基桩承载力有无降低。保证桩节接 头的焊接质量,并在第1节管桩的孔底先灌注高1～2m的细 石混凝土封底(尤其是敞口式桩尖),可避免地面滞水(或 地下潜水)从桩内壁渗透。为避免出现积水坑,送桩遗留的 孔洞,应立即用土回填平整。 (3)为减少工期和经济损失,不论长、短桩,设计前均 应先打试验桩,并通过静载试验或高应变动测其竖向承载 力(间歇时间均不宜少于25～30d),作为设计及施工的依据 (如选锤,是否需要复打、复压或适当降低Ra值);并在打桩 结束后(有地下室的待地下室开挖后),静载试验前,有目 的地选择一小部分基桩进行复打(或复压),观察有无异常 情况,只有及时发现问题才能减轻损失。 (4)送桩深度不宜超过1.5m,以便必要时采取复打(压) 措施。 (5)由于复打(压)时,各基桩下沉量离散性很大,故 还是全数复打(压)的办法可靠。 ·698·