1工程概况
昆明市某小区14层住宅楼工程(含2层地下室),上部采用剪力墙结构,下部采用预应力混凝土管桩基础,
双桩至十桩承台,管桩型号为PC-A-400(95),单桩设计长度12米,单桩设计承载力900KN,单桩允许最大承载力为2640KN,管桩施工时采用“双控”,即控制桩长及压桩力。本栋楼共设计工程桩343棵。
2静载试验异常沉降情况
首先,按照规范中对工程桩的抽检要求,对照地勘报告,共抽检5棵桩进行动测,确认桩身无损伤后,进行下阶段的静载试验。
工程桩全面施工完成并满足规范规定的时间间歇后,对5棵试桩进行竖向静载试验。每两小时加载一次,每次加载160KN。当加载236号桩时,发现异常,加载一至八级荷载时,总沉降量为20.19mm,当加载到九级荷载(1600KN)时,桩身突然沉降,单级沉降量达到26.95mm,累计沉降量达到47.14mm,按照规范,停止加载,以本次加载的上级荷载(即1440KN)作为该桩的最终压力值。
此时,该桩压桩力迅速下降,为查清楚该桩具体情况,继续对该桩施加压力,当压力维持在1600KN时,桩身继续沉降,如此反复数次,压桩力终于稳定,此时桩身共沉降1.05米。
经查施工记录,上述工程桩自施工完成到静载试验间歇时间为18天,施工过程正常。工程桩压入深度为10米,工程桩最终压桩力为2350KN。
3原因分析
3.1试验时间
根据《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002附录Q单桩竖向静载荷试验要点Q.0.4条规定:开始试验时间:预制桩在砂土入土后7天后;粘性土不得少于15天;对于饱和粘性土不得少于25天。本工程设计桩端土层为粘性土,工程桩静载间歇时间为18天,完全符合规范要求,视为桩端土、桩周土已经充分固结,在间歇时间上不存在问题。
3.2回填土因素
本区域存在大面积回填土,回填土平均厚度约为2米,且距项目13米处修建11米高挡土墙,工程桩压入后,因挡墙存在止水作用,地下水透水途径发生改变,桩端空心管桩开始聚集地下水,部分管桩积水严重。
3.3施工因素
经查阅施工记录,施工单位为方便压入桩身,对压桩点大面积引孔,引孔直径为350mm(工程桩直径为400mm),引孔深度一般在8-10米。
3.3设计因素
通过查阅地勘报告,静载试验异常沉降的工程桩附近的钻孔地质柱状土的地层局部夹有可塑性粘土薄层,且该薄层为不均匀透镜体形状,桩端持力层位于该透镜体上方1-1.5米处。共有16棵桩在此地质剖面上。
4处理意见
通过上面分析,此次事故主要原因为:
4.1挡墙的存在改变了地下水的透水途径,使得桩端积水,软化了桩端土,降低单桩承载能力;
4.2施工时引孔过深及引孔孔径过大,使得工程桩桩身摩擦力减小,上部压力仅能靠桩端土体支撑,一旦桩端土体发生软化,则单桩承载能力迅速降低;
4.3桩端持力层下方存在可塑性粘土薄弱层,设计时为减少桩长,未将桩身有效穿透该区域,导致工程桩静载时,由于桩端土的遇水软化,桩身迅速穿透透镜体粘土薄弱层,在下方的粘土层得到支撑,此时,桩身沉降严重。
由此不难看出,该透镜体处所有的桩应该存在同样的问题。桩身摩擦力较小,主要承载力集中于桩端,又因桩端地下水的存在,软化了桩端可塑性粘土,使得桩端承载能力大大降低,经向下压入1米左右穿透该透镜体后,沉降开始稳定,承载力回升。
根据上述分析,对地勘报告中相同位置的其他工程桩进行静载试验,同样出现承载能力大大下降、沉降大大增加的现象,印证了上述分析。
基于此,重新对照地勘报告,对该基础设计重新调整,补打工程桩7棵,解决了上述工程桩承载力不够的问题,同时,鉴于该区域回填土较深,又存在地下水,为谨慎起见,又对补桩区域进行地基梁设计,将相邻承台连接起来,以调节该区域的不均匀沉降,完全解决了上述问题。
5设计和施工中应注意的问题
5.1设计方面
由于土层的复杂性,特别是持力层为粘土层且局部夹有可塑性粘土薄弱土层的情况下,进行桩长设计时尽量考虑将桩身穿过该薄弱层,以薄弱层下方的粘土层作为持力层。
设计时还应充分考虑地下水对桩端的软化作用。
5.2施工方面
沉桩时速度不宜过快,尽量增加最终桩端压力,尽量达到桩长及压桩力的“双控”要求。
引孔直径不宜过大,引孔深度不宜过深,在能够沉桩的情况下尽量减少引孔深度,以增加桩身摩擦力。
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