软土场地基桩大吨位堆载抗压...安全事故分析及加固措施优化_张八芳.pdf

2023 年第 06 期总第 300 期福 建 建 筑Fujian Architecture&ConstructionNo 062023Vol300软土场地基桩大吨位堆载抗压静载试验安全事故分析及加固措施优化张八芳(健研检测集团有限公司 福建厦门 361004)摘 要:软土场地的基桩大吨位堆载抗压静载试验常出现荷载倒塌安全事故。为此,结合工程实例,给出了软土场地的地基加固处理和堆载方案,以及软弱地基下卧层换填加固处理后的地基承载力验算步骤,并对试验过程中堆载配重倒塌的安全事故进行了分析和探讨。为避免类似事故再次发生,现场对静载试验软土场地的地基加固处理和安全防护措施进行了改进优化,分析得出地下水位上升将导致地基承载力降低,在软弱地基场地中大吨位堆载抗压静载试验的偏心受压,将存在严重的安全隐患。关键词:软土场地;大吨位;抗压静载;安全事故;加固处理中图分类号:TU47 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2023)06-0104-04Analysis of Safety Accidents and Optimization of Reinforcement Measures for Big TonnageHeap Compression Static Load Test of Foundation Pile in Soft Soil SiteZHANG Bafang(JianYan Testing Group Co.Ltd.,Xiamen 361004)Abstract:The safety accident of static load block collapse often occurs in big tonnage heap compression static load test of foundation pile insoft soil site.Therefore,combined with engineering examples,the foundation reinforcement treatment and heaping load block scheme ofsoft soil site are given,and the calculation steps of foundation bearing capacity after reinforcement of the underlying layer of soft foundationare given in this paper.The safety accident of static load block collapse during the test are analyzed and discussed.In order to avoid the re-currence of similar accidents,the foundation reinforcement treatment scheme and safety protection measures of soft soil site in static loadtest were improved and optimized on site.It is analyzed that the rise of groundwater level will lead to the decrease of foundation bearing ca-pacity,and there will be serious safety hazards in the eccentric compression of big tonnage heap compression static load test in soft founda-tion sites.Keywords:Soft soil site;Big tonnage;Compressive static load test;Safety accident;Reinforcement treatment作者简介:张八芳(1981-),男,高级工程师。E-mail:5299717 收稿日期:2022-12-310 引言软土一般由淤泥、淤泥质粘土构成上表软土层,其特点是高含水量、高压缩性、低强度、渗透性差和大孔隙比,呈流塑 软塑状,具有流变和触变性在我国沿海地区分布广泛,由于灌注桩的适应能力强,具有单桩承载力高、无接桩焊缝和抗腐蚀性等优点,在沿海软土地区得到了广泛应用。随着我国经济飞速发展,高楼建设越来越多,基桩承载力要求越来越高,大吨位抗压静载试验也越来越多1-4。单桩竖向抗压静载试验是目前公认的用于确定承载力最直观、可靠的传统方法5-6。灌注桩成桩后的单桩竖向抗压承载力检测,常采用压重平台反力装置进行抗压静载试验,但因灌注桩设计单桩抗压承载力大、软土场地承载力低、换填处理工程量大、成本高等问题,在软土场地开展大吨位抗压静载堆载及试验,常发生堆载沉降量大、荷载倾斜,甚至倒塌事故,缺乏软土地区大吨位抗压静载试验经验的检测机构,出现静载安全事故更是屡见不鲜。本文结合软土场地大吨位静载试验实例,梳理地基处理措施、软弱下卧层承载力验算以及堆载方案,并对静载试验过程中发生的荷载块倒塌事故进行分析探讨,为软土场地大吨位抗压静载试验的安全控制提供参考和借鉴。1 工程简介1.1 工程地质条件该工程建筑场地原始地貌为滨海滩涂、湿地,经人工填土整平后地势略有起伏。根据钻探揭露,场地地表为杂填土及素填土,其下为饱和粗砂、流塑 软塑淤泥质粘土、粉质粘土、中砂、粉质粘土等,钻孔揭露的淤泥质粘土厚度最大值为 12.5 m,平均厚度 6.9 m。主要土层的部分物理力学性质指标如表 1 所示。2023 年 06 期 总第 300 期张八芳软土场地基桩大吨位堆载抗压静载试验安全事故分析及加固措施优化105 地下水补给来源为大气降水、侧向迳流和河、海水,排泄途径主要为地表蒸发、侧向迳流或排入河、海。勘察期间地下水位为0.5 m 2.4 m,水位升降波动幅度约为 2.0 m。表 1 主要土层的部分物理力学性质指标土层编号重度/kN m-3含水量/%孔隙比天然快剪内聚力/kPa内摩擦角/()压缩模量/MPa承载力特征值/kPa杂填及素填土16.851.31.4611.03.72.260粗砂20.0-5.030.16.0130淤泥质粘土16.949.61.4211.53.53.270粉质粘土18.926.20.8225.813.75.7150中砂20.0-10.025.010.0180粉质粘土18.430.10.9237.516.18.52201.2 桩基设计该工程场地由于存在深厚软土层及含有铁质胶结硬块砂层,不宜使用小直径灌注桩或预制桩。鉴于场地地质条件差、施工振动及噪声影响等因素,采用了摩擦-端承型大直径钻孔灌注桩。基桩设计桩径为 1000 mm,有效桩长度不小于 55 m,桩身混凝土设计强度等级为水下 C40,桩端持力层为粉质粘土,桩端进入持力层不小于两倍桩径,设计单桩抗压极限承载力为 16 000 kN。桩基采用双控法后压浆技术,先桩侧后桩端复式注浆,以水泥压入量控制为主。桩身垂直度设计要求小于 1/100,桩位中心偏差不大于100 mm,充盈系数为 1.1 1.3,清渣采用气举循环二次清渣工艺,沉渣厚设计要求小于 100 mm。1.3 静载试验技术要求该工程抗压静载试验委托的最大试验荷载为16 000 kN,基桩静载试验采用压重平台装置,按建筑基桩检测技术规范(JGJ 106-2014)的慢速维持荷载法加载,即每级荷载施加后按第5、15、30、45、60 min 测读桩顶沉降量,以后每隔 30 min 测读一次桩顶沉降量。沉降相对稳定标准,为每小时内的桩顶沉降量不超过 0.1 mm,并连续出现两次(从分级荷载施加后的第30 min 开始,按1.5 h 内连续3 次每30 min 的沉降量观测值计算),当桩顶上沉降速率达到相对稳定标准时,再施加下一级荷载。加载分级采用逐级等量加载,分级荷载采用最大加载值的 1/10,其中第一级加载量取分级荷载的 2 倍。由于大吨位试验荷载加载大,采用 4 个 630 t 千斤顶并联加载,试验最大加载时的压力,不超过千斤顶规定工作压力的 80%。设计要求静载试验桩的桩身混凝土养护龄期应超过 28 天后进行,桩头加固按(JGJ 106-2014)附录B 执行。静载试验前,应采用声波透射法检测桩身完整性,桩身存在明显或严重缺陷时,严禁进行大吨位堆载抗压静载试验。2 事故前地基处理及堆载方案2.1 地基加固处理及堆载方案桩基施工完成后,场地多处存有泥浆池和基桩空孔,对抗压静载试验的堆载实施极其不利。经现场勘查及讨论,决定采用常规的建筑垃圾+碎石换填处理方案,同时扩大静载底座受力面积,达到降低地基承载力要求和扩散附加应力的目的。主要方案如下:(1)配重块堆载、吊车打脚及车辆运输区域的泥浆池、清水池、空孔或松软换填层,均应掏光后用建筑垃圾回填压实处理。(2)静载支墩底座区域的软土换填加固处理深度,应根据试桩所在场地情况进行验算得出。换填的建筑垃圾+碎石应经施工机械分层碾压处理,处理后的地基承载力特征值不得小于 240 kPa。(3)静载支墩平台的单侧底面积不小于 9.6 m 3.2 m,抗压静载堆载示意图如图 1 所示。图 1 抗压静载堆载示意图(4)为有效减小堆载高度,静载配重荷载块采用铁和混凝土共同浇筑的试块。经过磅计算,试块的平均重度约为 45 kN/m3。同样,体积试块的重量约为混凝土块两倍,将平台以上原混凝土堆载块 10 m 高度降至约 7 m,较大提高了堆载安全可靠性。(5)堆载配重块一次性堆载完成,采用“金字塔”方式逐渐向上收边,抗压静载堆载现场照片,如图2 所示。106 福 建 建 筑2023 年图 2 抗压静载堆载照片(6)堆载过程中,每堆一层均应采用全站仪,观测两侧支墩底座及周边地基场地的沉降变化情况。当两侧支墩底座出现不均匀沉降,沉降差超过 20 cm且有进一步下沉趋势时,应立即停止堆载并拆除,待场地重新加固后再予以堆载。2.2 软弱下卧层承载力验算静载试验桩的平台地基按最不利情况考虑,即地表粗砂层最薄而淤泥质粘土层最厚。场地经开挖揭露显示,地表实际主要为杂填土和素填土,其下粗砂层一般不足 1.0 m,下卧深厚淤泥质粘土,地下水位埋深约 2.0 m。(1)场地土层各相关指标杂填土和素填土:杂填土松散、欠固结,工程性能差;素填土呈流塑 软塑,属于高压缩性土层,工程性能差。承载力特征值取 fak=60 kPa,压缩模量 E1-2=2.2 MPa,天然重度 =16.8 kN/m3,层厚按1.0 m。粗砂:饱和、松散、局部夹淤泥质土薄层,工程性能较差,承载力特征值取 fak=130 kPa,压缩模量E1-2=6.0 MPa,天然重度 =20.0 kN/m3,层厚按1.0 m。淤泥质粘土:流塑 软塑,工程性能差,承载力特征值取 fak=70 kPa,压缩模量 E1-2=3.3 MPa,天然重度 =16.9kN/m3。(2)软弱下卧层承载力验算根据建筑基桩检测技术规范(JGJ 106-2014)第 4.2.2 条7,加载反力装置提供的反力不得小于最大加载值的 1.2 倍,即 16 000 kN 1.2=19 200 kN。支墩采用双层打底,其中底层支墩尺寸为 9.6 m3.2 m,上层尺寸为9.6 m 2.4 m,抗压静载堆载示意见图 1。打底配重块密度按 30 kN/m3考虑,单侧打底平台荷载为 1290 kN。支墩底座下附加应力为:pk=(19200/2+1290)(9.6 3.2)=354.5 kPa。换填采用建筑垃圾+碎石,并经施工机械分层碾压,拟换填深度 3.5 m。则换填深度范围内,换填前土层加权平均重度为 m=16.8 1.0+20 1.0+(16.9-10)(3.5-2.0)/3.5=13