实际工程预制方桩试桩承载力异常分析及处理

摘要：某工程采用预制方桩，但试桩的抗压承载力均不满足设计要求。从地质、设计、施工等原因进行分析，从设计、施工等方面提出相应的解决措施，对其他类似的桩基工程有着借鉴和指导意义。

关键词 预制方桩；抗压承载力；事故原因分析；事故处理；补桩

1 引言

预制桩由于桩身质量易于保证和检查、单方混凝土承载力较高、桩的设备和工序简单、施工工效高等优点［1］，常常受到建设方的青睐而在建筑工程中广泛应用。但由于预制桩为挤土桩，不易穿透较厚的坚硬土层，群桩施工时如果施工措施不到位，挤土效应会引起周围地面的隆起、桩体上浮、桩承载力降低和沉降加大等质量事故。

通过某工程预制钢筋混凝土实心方桩由于沉桩施工不规范，从而造成试桩承载力达不到设计要求的实例，介绍了桩基事故原因分析及处理办法，并提出一些建议以供类似工程设计和施工参考。

2 工程及地质概况

某工程地下1层 ，地上30层住宅，采用钢筋混凝土剪力墙结构体系。地下室埋深5.05m，地下室底板顶标高-4.900，底板厚350mm，基础类型为桩基承台加防水板。

工程采用边长为500mm的预制钢筋混凝土方桩，桩混凝土强度等级为C40，静压沉桩，总桩数115根，有效桩长为24m（两节桩长均为12m），以④层粉土夹粉细砂层为持力层，桩端进入④层不小于1m，单桩竖向抗压承载力特征值为2700kN。

根据岩土工程勘察报告，工程场地第四纪地貌形态属长江中下游平原阶地与河湖相接触类型，场地地基岩土构成层序自上而下依次为：①层耕（填）土，层厚0.50～4.10m，软塑～可塑（松散～稍密）状态；②层粉质粘土，局部分布，层厚0.40～2.50m，可塑状态；②1层淤泥质粉质粘土 ，局部分布，层厚0.50～7.00m，流塑状态；③层粘土，层厚18.90～27.20m，硬塑～坚硬状态；④层粉土夹粉细砂，层厚5.30～7.70m，中密～密实状态；⑤1层强风化泥质砂岩，层厚3.00～3.80m，密实状态；⑤2层中风化泥质砂岩，层厚大于8.0m，坚硬(密实)状态。各土层天然地基及预制桩桩基设计参数见表1。

该栋楼位于场地西北角，根据地质剖面，其所在区域场地土无②层及②1层，有效桩长范围内土层仅有③层粘土和④层粉土夹粉细砂层，桩身穿过③层粘土，桩端进入④层不小于1m。

各土层天然地基及预制桩桩基设计参数                    表1

3  施工概况及事故原因分析

3.1 桩基施工

桩基施工始于2018年7月16日，2018年9月1日结束。根据打桩记录，施工单位在桩基施工中，未按设计要求的“先内后外、先中间后周边、间隔施打”的原则打桩，同时施工单位在施工过程中遇沉桩困难时，也未按设计图纸要求在压桩困难时采用预钻孔沉桩等助沉措施，导致大部分工程桩有效桩长不满足设计要求。工程桩桩长为16.15m~24.6m，其中有效桩长小于20m的有16根，有效桩长在20m~22m的有14根，有效桩长在22m~23m的有22根，剩余63根有效桩长为23m~24.6m，仅5根桩有效桩长大于等于24m。

3.2 试桩情况

建设方为抢工期，未按设计图纸要求进行前试桩，而是在工程桩全部完成后进行单桩竖向抗压承载力静载荷试验。

第一次检测3根试桩，均不满足设计要求；第二次扩大检测3根，仅一根满足；根据此情况，经建设方、设计、施工、监理、勘察、桩基检测单位于2018年10月10日会审，决定对所有工程桩进行二次复压，复压要求单桩竖向抗压极限承载力需达到5800kN，复压后检测4根，均不满足设计要求。三次试桩情况详见表2，表中修正后极限承载力取值为单桩极限承载力特征值扣除桩顶设计标高以上桩长摩阻力。

单桩竖向抗压承载力静载荷试验                  表2

由上可知，试桩变形大，静载荷试验桩基抗压承载力不满足设计要求。

3.3  事故原因分析

针对以上情况，2018年12月25日召开了建设方、施工、监理、设计、勘察、桩基检测六方专题会议，对桩基事故原因从地质、设计、施工等方面进行如下分析：

3.3.1 地质因素

  根据地质剖面，该栋楼所在区域场地土有效桩长范围内土层仅有③层粘土和④层粉土夹粉细砂层，且各土层埋深差别很小，桩身穿过③层粘土，桩端进入④层不小于1m。对勘察报告提供的土层设计参数与周边类似已完成工程相比较，数据合理。

3.3.2 设计因素

 根据该工程各孔点桩承载力计算书，单桩竖向承载力特征值在2821kN~2828kN之间（其中桩端阻力特征值为625kN）设计取值为2700kN，根据附近地块已施工多个楼盘，均能满足。

3.3.3 施工因素

（1） 建设方在附近地块已施工多个楼盘，土层情况相似，采用预制方桩均满足设计要求，所以施工单位对本工程桩基施工中出现异常情况重视度不够。

（2）施工单位根据压桩机移位的方便进行打桩，未按图纸要求的打桩原则施工；在沉桩困难桩长不满足设计要求的情况下，未按设计图纸要求采用预钻孔等助沉措施；未按设计要求沉桩以压桩力和桩长双控，仅按压桩力5800kN控制施工，在桩长不满足设计要求时也未通知设计单位处理，盲目施工，导致较多桩桩长不满足设计要求，个别桩桩身长度仅16米。

（3）随着打入的桩越来越多，挤土效应愈加明显，由于桩穿越的土层为深厚的硬塑～坚硬状态③层黏土，土层超孔隙水压力无法消散从而引起土层向上隆起，造成桩身上浮、桩底吊空，桩端承载力丧失，试桩时发生沉降过大，单桩竖向抗压极限承载力不满足设计要求。

3.4  桩基处理意见

各单位针对桩基事故原因经分析主要是由于施工因素造成，并形成如下处理意见：

（1） 设计单位取已检测的10根桩单桩竖向抗压极限承载力平均值3818kN，作为此工程已完成的工程桩的单桩竖向承载力及补桩方案的设计依据。

（2）设计需对本工程进行补桩处理，以确保工程安全。

（3） 设计单位将基础由原设计的独立承台+防水板形式修改为桩筏基础。

4 补桩设计与施工

4.1  补桩方案的确定

补桩可选桩型有边长为500mm的预制方桩和直径为600mm的钻孔灌注桩。

两种桩型补桩各有利弊：如果采用灌注桩，则一部分是属于挤土桩的预制桩，一部分是属于非挤土的灌注桩，二者的沉降差异较大，导致桩受力不均，沉降差较大的问题比较难以处理；如果补预制桩，则不存在沉降差异较大这一问题，而且补预制桩也节省工期。

综合考虑最终推荐方案为采用预制桩补桩方案。

2019年1月2日召开了该工程补桩方案专家评审会，认为补桩方案可行，补桩设计图纸需经原审图公司审查通过后方可实施，补桩完成后要求随机抽取3根桩做静载荷试验，基坑开挖后应100%做小应变检测桩身质量，若出现不合格再做处理。

4.2  补桩依据及设计原则

（1） 单桩竖向抗压极限承载力按3818kN计算；

（2）选择合理补桩位置进行设计，补桩后桩群承载力合力点中心与竖向永久荷载合力作用点重合［2］；

（3）补桩的桩径、混凝土强度等级、成桩方式与原设计一致，需先引孔后沉桩，确保桩长和沉桩压力值均达到设计要求；   

（4）后补桩的桩长、承载力不宜超过原设计值；

（5）将原基础设计的独立承台加防水板形式改为桩筏基础。

（6）补桩完成后，基坑开挖到设计标高，需对所有工程桩进行低应变检测，对低应变检测不合格的桩则需再行处理。

4.3 补桩设计

工程桩的单桩竖向承载力特征值检测结果为1909kN，与原设计的2700kN有较大差距，实际承载力特征值约为设计值的2/3，经计算需补桩数为31根。

原基础设计类型是独立承台+防水板，因补桩的数量较多，无法仍按独立承台设计，现调整为桩筏基础即满堂桩，设计考虑到桩基承载力差距较大，将筏板厚度加厚到1500mm并相应加强筏板配筋，这样上部荷载传至筏板，再由筏板传给桩，调节平衡桩受力，减少基础差异沉降，同时也能发挥筏板底③层粘土的作用。

4.4 补桩施工

补桩设计图纸经原审图公司审查通过后进行补桩施工，根据前期桩基施工现场反映的实际情况，要求预制桩在压桩前做引孔，孔径400mm，引孔长度到桩底设计标高上1~2m。

补桩于2019年9月份完成施工，桩基10月份验收合格，其中低应变检测146根工程桩，Ⅰ类桩114根，Ⅱ类桩32根。

5 处理效果

该工程结构主体封顶时间为2021年6月，竣工时间为2021年12月。

该工程沉降观测，全楼共布设垂直位移监测点7个，于2019.12.10进行了初次观测，2019.12.10~2021.6.6共进行了8次变形观测。竣工验收时主楼累计总沉降量最大值12.39mm，平均值为11.13mm，最大沉降速率达到0.015mm/d，平均沉降速率达到0.015mm/d，小于建筑物沉降最后100天的沉降速率0.01~0.04mm/d，本栋楼沉降已进入稳定期。

6 结论与建议

（1）施工前为设计提供依据的试验桩检测对工程桩设计与施工具有重要的指导作用。参建各方应依据基本建设程序开展工作，本工程施工未按设计要求做前试桩，全部工程桩完成后再进行试桩且单桩承载力不满足设计要求，由此带来极大的设计风险和工程安全隐患，并为处理桩基事故投入大量的人力、物力，造成工期延长，今后应注意避免。

（2）对于在超固结土层中施工大面积密集预制桩群桩，需充分考虑挤土效应对桩基施工质量的影响，应采取以下措施减小挤土效应：合理安排打桩顺序、控制打桩速度、如需要可先钻孔取土再沉桩［3］；在造价和工期允许的情况下，也可以采用非挤土桩，如钻孔灌注桩。

（3）③层粘土天然地基承载力较高，设计亦可考虑桩土共同作用，本工程未考虑，将③层土地基承载力补偿效应作为设计的安全储备。

（4）对出现类似桩基事故的工程应提高筏板刚度，加大筏板厚度及配筋以协调各桩变形，减少基础差异沉降，并加强施工过程中的沉降观测。

参考文献

[1]曹国熙，叶政清，冯国栋.桩基工程手册[s].北京：中国建筑工业出版社，1995:4-5.

[2]建筑桩基技术规范：JGJ 94-2008[s].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]王元清，江见鲸，龚晓南，樊健生，崔京浩.建筑工程事故分析与处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2021:334.