综述二级建筑桩基工程中单桩静载试验

吴　勇

摘要:文章以工程实例详细分析了二级建筑桩基工程中单桩静载试验的过程和提出若干相关的注意事项,供同行参考。

关键词:桩基工程;单桩;静载试验

中图分类号:TU473.1 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)20-0089-02

二级建筑桩基项目是否需要进行单桩静载(指竖向承压,下同)试验,应根据国家标准“建筑地基基础设计规范”(GBJ7—89)(下简称“89国标”)和行业标准“建筑桩基技术规范”(JGJ94—94)(下简称“94规范”)的规定进行具体分析后,才能作出结论。为了既能确保桩基工程项目质量的可靠性,又能使造价经济合理,要提高对单桩静载试验必要性的认识:

第一,单桩静载试验能提供明确的单桩竖向极限承载力标准值的数据,作为桩基工程设计的依据。

某综合楼拟建十六层,地下室一层,框剪结构,建筑面积21723㎡。勘察报告表明场地地质情况自上而下依次为杂填土、粉质粘土、粉细砂、强风化粉砂质泥岩、中风化粉砂质泥岩。工程勘探时间为春季,棍子、查明地下水位离地面1.5m左右。

本工程的基础采用夯扩灌注桩,桩身混凝土设计强度等级为C25。总桩数为383根,桩径φ510mm,持力层为强风化粉砂质泥岩。地下室中筒部位标高离原地平面6.2m,其余离原地面4.4m,中筒部位单桩承载力设计值为1000kN,其余部位单桩承载力设计值为1100KN。

桩基施工由原地面向下进行施打,桩顶标高控制在比设计标高高出一定高度。施工中采取了跳打工艺,且设计桩中心距离满足规范要求。但是基础开挖采用挖掘机进行。待全部基桩开挖破除浮浆到预定的设计标高进行验收检测时,按规范规定用低应变法检测桩身完整性时,所检72根桩,有15根为Ⅲ类桩,19根为断桩。Ⅲ、Ⅳ类桩所占比例超过30%。经开挖查证,断桩基本为水平裂缝,且断裂部位多在钢筋笼底部。为了查明本工程基桩的总体质量,经各方共同研究决定对剩下部分的桩全部进行低应变检测,并抽取4根进行承载力检测(其中应设计要求抽取一根断桩)。低应变抽检结果表明本工程桩基共有147根断桩,占总桩数的38.4%;Ⅲ类桩共46根,占总桩数的12%。其中有好几个五桩台和六桩台的基桩整个桩都断了,下面选择三根断桩信号加以说明。(见表1)。

静载试验抽取三根低应变判定为Ⅲ类的桩,另一根为低应变判定为断桩的桩,具体见表2。其中275#为断桩,45#桩为中筒部位桩。表中括号内数值为45#加载荷重。275#桩应设计要求最大荷载加载至1980kN。

根据静载数据判定238#桩极限承载力≥2200kN;196#桩极限承载力为1600kN;275#桩加载至1100kN前,每级沉降均较为规则,第五级沉降2.17mm,加载至1320kN时,本级沉降达5.82mm,但未超过上级沉降量的5倍,以后每级沉降又趋于平衡,最终能稳定。沉降总量为18.72mm。综合判定275#桩的单桩竖向极限承载力≥1980kN。

设计人员根据上面4根静载试验情况:有二根桩未满足设计要求,另外试验275#桩极限承载力虽能达到1980kN。但考虑到此类桩数量太多,本综合楼为高层建筑,承受的水平荷载载难于满足要求。为此,设计人员制定如下处理方案:断桩部位较浅的,开挖破除断桩以上部分,采用加固措施接至设计标高处。其余断得较深的桩因开挖会造成涌砂难于补强,不作处理;最后在原桩顶设计标高上增加约一米厚的箱筏基础,把承台全部联系起来。这一基础加固,比原来增加了百万元的投资。

据调查,引起这一质量问题的原因很大一方面缘于土方开挖环节未控制好。桩基施工完毕超过28d龄期时,土方使用挖掘机开挖,挖掘过程没有分层开挖,挖掘过程挖斗还碰触到桩体的上部;且挖掘机的履带进退过程多数不是行走在桩承台的间隙间,而是直接行走在先期已破除设计标高以上桩体的桩承台上。另据反映100#～133#桩土方开挖时挖掘机是行走在承台的间隙间,并且挖掘过程挖头号未推撞到桩体,从后期低应变检测表明这34根桩中只有一根Ⅲ类桩,没有断桩。据此分析本人认为引起这一质量问题的原因缘于土方开挖环节未控制好,导致挖掘机挖头号折断桩体或履带行走的反作用力折断桩体。

如果开挖过程相关监控部门能及时制止其以上的不当挖掘方法,采用分层开挖,且挖掘机履带能行走在桩承台间的间隙处,保证挖斗挖掘时不要太靠近桩体并施与合适的力量,就可避免以上重大质量问题的发生。

第二,为施工中采用相同的成桩工艺时提供各项参数的标准值,如以预制桩锤击沉桩为例时,在沉桩过程中的每米进尺锤击数、总锤击数、最后1m锤击数、最后三阵贯入度及桩尖标高、桩身架垂直度等;又如对沉管(锤击)灌注桩,施工记录应包括每米的锤击数和最后一米的锤击数,必须准(转上页)(接下页)确测量最后三阵,每阵十锤的贯入度及落锤高度。对于灌注桩,静载试验前应先进行成桩质量的小应变检测,只有在确保桩身完整性质量的前提下才可进行静载试验。一旦静载试验结论明确后,切忌随意更动打桩设备而导致通过静载试验得出的各项参数失去分析依据,从而降低单桩承载力分析判断的准确性。在施工中一旦发生异常情况(如沉桩过程中参数明显变异),应及时依据静载试验确定的沉桩过程中得出的参数数据作出分析研究,并采取补救的措施。

第三,为桩基工程验收提供依据。对单桩承载力造成影响的因素不仅是成桩质量,还有隐蔽性大的地基土、地质水文情况以及土力学分层线的变异,通过静载试验资料对大量工程桩的施工参数进行综合分析对比,确保桩基验收依据的准确性,使桩基的承载力有足够的可靠度,又避免把不需要耗用的建设资金埋入地下。

对二级建筑桩基是否要进行单桩静载试验的分析和判断,国家标准规定了按建筑物等级确定单桩竖向承载力的原则。对于一级建筑物必须通过试桩的步骤;对二级建筑物,如有充分可靠的试验资料可以利用,而且根据足够的土质资料可以断定该施工区与邻近试桩区的地质条件相同,也可以根据该静力试桩结果确定施工区桩的承载力,但必须充分考虑两者的承载情况是否有所差别,地基条件有无局部变化等因素。

在市场竞争日益激烈的情况下,众多的勘察和设计单位缺乏必要的交流和合作,对遇到相同的土质资料和承载力静载试验数据的机率较少,在这样的情况下判断要否进行单桩静载试验,就只能依据“94规范”的规定,对此作出分析和判断。

首先,“94规范”规定工程桩施工前未进行单桩静载试验,且有下列情况之一的二级建筑桩基工程,应采用静载试验对工程桩单桩竖向承载力进行检测:一是地质条件复杂;二是桩的施工质量可靠性低;三是确定单桩竖向承载力的可靠性低;四是桩数多。对属于上述四种范围以外的二级建筑桩基,可采用可靠的动测法对工程桩单桩竖向承载力进行检测。对采用静载试验的桩数明确规定为:在同一条件下不小于桩总数的百分之一,且不应小于3根,总桩数在50根以内时,不应小于2根。

其次,如何来实施作出明确分析和判断?笔者认为,对需要采用桩基的二级建筑工程来说,目前因缺乏设计阶段的审核和监理,只能由建设单位主持这项工作,相关单位应予配合,针对上述四种情况分别作出分析结论的要求,再以此来决定否静载试验。

1.建设单位在委托地基勘察的合同书中,要求属桩基工程的地基勘察报告应有“地质条件复杂”是与否的明确结论。

2.建设单位应根据桩型工艺的施工质量要求,向参与竞标的施工单位提出应提供以往同桩型的施工质量可靠性的依据,并组织有关专业人员进行复核,以作桩基施工招投标选择的必要条件。

3.建设单位应向设计单位提出:在确定单桩承载力的可靠性上应有明确的分析,并作出“单桩竖向承载力可靠性低”的是与否的结论。

4.对二级建筑工程的桩基桩数多与否的结论,应根据各地区情况分析判别,如大城市,建议桩数的多与少可以1000根作为分析判别依据。中等城市则应降低桩基根数来分析判断。

最后,待以上四种情况均有明确结论,如均能达到无需静载试验的结论要求时,该二级建筑桩基工程桩可免做静载试验。

桩基工程最后均应经过桩身完整性检测和承载力检测,但是这时成桩质量的好坏已成定局。如果桩基工程存在严重质量问题,只能通过补强加固措施才能补救,这样势必造成重大经济损失。因此,本人认为成桩质量监控应该前移,应该强化过程控制,这样可以减少重大质量问题的发生。