软土地基桩基质量问题分析及处理_郑妙芳.pdf

福 建 地 质 Geology Fujian 62第 42 卷福 建 地 质 Geology Fujian 收稿日期：2022-12-19 作者简介：郑妙芳（1982-），男，工程师，主要从事地基基础检测和地基处理工作。软土地基桩基质量问题分析及处理郑妙芳(福建省地质测绘院，福州，350001)摘 要 软土地基因承载力低、稳定性差、高压缩性、透水性差、抗剪强度低等特性，对桩基施工影响大，增加工程施工难度。以福州项目软土地基中桩基质量事故为例进行分析并提出处理方法，总结其经验教训，对相似的桩基工程项目安全、桩基工程施工质量把控有一定借鉴作用。关键词 软土地基 桩基础 桩基检测 高压注浆中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1001-3970(2023)01-0062-08Analysis and Treatment of Soft Land Pile Foundation Quality ProblemsZheng Miaofang（Fujian geologic surveying and mapping institute，FuZhou，350011）AbstractAbstract The characteristics of soft soil,such as low bearing capacity,poor stability,high compressibility,poor permeability,low shear strength,etc.,have a great impact on pile foundation construction and increase the difficulty of project construction.Taking the pile foundation quality accident in soft soil foundation of Fuzhou project as an example,the analysis and treatment are carried out,and the experience and lessons are summarized,which can be used for reference to the safety of similar pile foundation projects and the quality control of pile foundation construction.KeywordsKeywords soft soil foundation,pile foundation,pile foundation detection,high pressure grouting我国沿海地区冲积、淤积、冲洪积成因的软土层分布较广，其具有含水量高，流动性较大，力学性质差等特点。软土的内摩擦角较小、侧压力系数较大1，受外因影响容易出现土体位移，对桩基产生挤压、推移，造成基桩失稳、断裂，最终导致工程质量问题产生。1 工程地质概况拟建场地位于福州南屿，大部分场地原为耕地和少量民宅，地势较平坦、开阔。地基土以冲积、淤积、冲洪积成因的土层为主，基底母岩为燕山晚期花岗岩；地下室开挖深度及以下 30 m 范围分布广泛的软弱土层，场地内主要土层分布特征（表1）。62 第 1 期郑妙芳：软土地基桩基质量问题分析及处理 63 第 1 期项目拟建 12 座 31 33 层高层住宅楼，其中10#、11#楼为 2 层地下室，开挖深度较深，软土层分布较厚，在基础施工过程出现质量问题，桩身完整性检测中发现了大量不合格的、类桩。10#、11#楼地下基础采用冲（钻）孔灌注桩，上部为框剪结构，总桩数分别为 81 根和 62 根，桩径为 900 1 300 mm，设计桩端持力层为碎块状强风化花岗岩，桩长为 43 53 m；建筑桩基设计等级为甲级，地下室基坑安全等级为一级，岩土工程勘察等级为甲级。10#11#楼岩土层自上而下可划分为 11 层（图 1）。2 检测方法项目工程根据建筑基桩检测技术规范2和 关于进一步规范桩基检测的通知（2017）有关规定，对 10#、11#楼桩基采用单桩竖向抗压静载试验、声波透身法、低应变法进行验收性检测；对检测过程中出现不合格桩，再采用钻芯法进行验证检测，成孔亦可用后期注浆补强处理。对 10#、11#楼进行检测的各种方法中，低应变法检测发现桩基存在质量问题，因此下文重点讲解低应变法检测原理。低应变法采用瞬态冲击方式，通过实测桩顶速度或加速度响应时程曲线，依据一维波动理论分析来判定基桩的桩身完整性3。在桩顶施加瞬态激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到桩身缺陷（如断裂、夹泥、离析、蜂窝孔洞等）和桩底缺陷，将产生反射波；通过软件对反射波的传播时间、幅值和波形特征进行分析，判定基桩的桩身完整性4。假设基桩为一维线弹性杆，横截面积为A，弹性模量为E，质量密度为，弹性波速为C （C2=E)，广义波阻抗为Z=ApC；推导可得桩的一维波动方程：（1）设定基桩中某处阻抗发生变化，当应力波Vi从介质（波阻抗为Z1）进入介质(波阻抗为 Z2)时，将产生反射波Vr和透射波Vt。令桩身质量完好系数=Z1Z2，则有：（2）缺陷的程度根据其反射的幅值定性确定，缺土层编号及其名称层厚(m)天然重度(kN/m3)土层状态压缩模量 Es(MPa)地基土承载特征值fak(kPa)杂填土0.30 7.10 16.0松散粉质黏土0.40 3.50 17.5可塑 4.0 100淤泥4.50 16.20 15.3流塑 1.8 45-1 粉质黏土1.20 19.90 18.9可塑 4.5 130-2 淤泥质土0.60 6.20 17.5流塑 3.8 100淤泥质土0.80 12.40 17.0软塑 3.2 60粉质黏土0.90 12.20 17.8可塑 4.9 160表 1 土层特征及力学指标Table 1 Soil layer characteristics and mechanical indexes 广西华蓝岩土工程有限公司，阳光城丽景湾岩土工程勘察报告，2016。2ut 2=C 2 2ux 2-RA Vr=Vi11+;Vt=Vi21+2 福 建 地 质 Geology Fujian 64第 42 卷陷位置根据反射波的时间tx 由下式确定：（3）式中：x为桩身缺陷至传感器安装点的距离（m)，tx为速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms），C为基桩的桩身波速（m/s）。3 检测结果根据规范要求在 10#楼选取 5 根桩、11#楼选取 4 根桩进行静载试验，静载桩超灌至地面标高图 1 10#11#楼地质简图Fig.1 Geological map of 10#11#buildings表 2 静载试验结果汇总Table 2 Summary of static load test results楼号桩径(mm)桩数(根)静载桩(根)单桩承载力特征值（kN）单桩竖向抗压极限承载力检测值（kN）检测结果10#1 0007336 30012 600满足设计要求1 200829 00018 000满足设计要求11#9004425 00010 000满足设计要求1 30018211 00022 000满足设计要求7.5 m，距设计桩顶标高约 8 m 处进行静载试验，检测结果（表 2）。根据规范要求声波透射法检测按单位工程总桩数的 10%抽检，10#楼选取 9 根、11#楼选取 7 根；为防止地下室开挖对声波管的破坏，声波管埋设至施工地面标高7.5 m处进行检测，检测结果（表3）。要待高层住宅楼地下室开挖后，并砍至设计桩顶标高面进行 100%低应变法检测，检测结果（表 4）。以 3 种检测方法为 10#、11#楼的桩基验收检X=12000txC 1txC X郑妙芳：软土地基桩基质量问题分析及处理 65 第 1 期测，承载力检测和声波透射法检测结果均满足设计要求；低应变法检测 10#楼、类桩 55 根，占比 67.9%，11#楼、类桩 55 根，占比 88.7%，不合格桩占比较高。为了准确判定桩身缺陷类型、范围，为后期基桩处理分析提供直观、可靠依据，采用钻芯法进行验证检测5。4 桩基治理问题分析4.1 钻芯法验证分析钻芯法是经常运用于灌注桩检测中问题桩的一种验证方法。为了能够更加全面、准确地判断缺陷位置、类型，考虑到钻芯法的局限性，此次验证取芯采用两孔钻芯法验证；特别是针对灌注桩断裂型缺陷，两孔取芯法能更好地区分钻芯过程中机械破坏而造成的混凝土芯样断口，从而准确判定缺陷位置及范围6。10#、11#楼低应变法检测判定的 110 根、类桩进行偏位测量，顶位移量 300 mm 的、类桩 64 根，顶位移量 300 mm 的类桩 46 根；选取钻芯法验证检测中 2 根具有代表性的桩进行综合分析，分析结果如下。（1）10#楼 2#桩低应变法判定结果为类桩，2L/C 时刻前出现严重缺陷反射波，无桩底反射波；该缺陷反射波峰位于 6 m 桩身处，声时为3.08 ms，幅值为 17.91（均高于桩身其它部位），幅值异常（图 2）。通过钻芯法判定 A 孔、B 孔均在 6.4 m 处出现断裂，断口吻合性较差，见少量小碎块，局部见裂纹痕迹，混凝土胶结较差（照片1）。（2）11#楼 33#桩低应变法判定结果为类桩，2L/C 时刻前出现严重缺陷反射波，无桩底反射波；该桩缺陷反射波峰在 6 m 桩身处，声时为3.22 ms，幅值为 32.63（均高于桩身其它部位），表 3 声波透射法检测结果汇总Table 3 Summary of detection results of acoustic transmission method楼号桩径(mm)桩数(根)声波检测桩(根)检测结果 备注桩身质量评价类别根数10#1 0007387检测结果未出现不合格的、桩，桩身完整性均满足设计要求11 20081111#900445411 3001822表 4 低应变检测结果汇总Table 4 Summary of low strain test results楼号桩径(mm)桩数(根)总桩数(根)波速(m/s)检测结果桩身质量评价类别根数比例10#1 00073813 500 3 6001113.6%1518.5%1 20083340.7%2227.2%11#90044623 500 3 60000.0%711.3%1 300182946.8%2641.9%福 建 地 质 Geology Fujian 66第 42 卷图 2 10#楼 2#桩 反射波时程曲线Fig.2 Reflected wave time history curve of 2#pile of 10#building照片 1 10#楼 2#桩 A 孔、B 孔混凝土芯样Photo.1 Core concrete samples for holes A and B of 2#pile of 10#building幅值异常（图 3）。通过钻芯法判定 11#楼 33#桩A 孔、B 孔分别在 6.14 m，6.12 m 处出现断裂，断口吻合性较差，见少量小碎块，局部见裂纹痕迹，混凝土胶结较差（照片 2）。通过钻芯法验证判定桩基低应变检测缺陷为桩身断裂，排除桩基施工过程中出现桩身塌孔、缩径和夹泥等缺陷类型，为后期补强处理提供准确、科学依据7。4.2 10#、11#楼周边监测点数据分析10#、11#楼基坑周边布设 C17 C19 共 3 个深层土体位移点、J32 J37 共 5 个坡顶水平位移及沉降监测点，各监测点数据分析如下。（1）10 月 27 日前，C17 C19 点位移速率均为-5 5 mm，累计土体位移 13.68 18.43 mm，均未超出累计控制值-50 50 mm 范围；J32 J37 点坡顶水平位移速率均为-5 5 mm，累计水图 3 11#楼 33#桩反射波时程曲线Fig.3 Reflected w