打桩施工对邻近某教学楼的影响分析

商 波，郝 鹏，黄昌琴，李有元，杨志刚

（1.云南建投第一勘察设计有限公司，云南 昆明 650102；2.云南昊昇工程检测技术有限公司，云南 昆明 650102；3.云南省建筑科学研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小且均匀、便于机械化施工、适应性强等特点，一般适用于地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求以及地基软弱或土性特殊，如湿陷性黄土、膨胀土等。因此，桩基础在地基较差的多层建筑物、高层建筑物以及超高层建筑物中应用较为广泛。

根据 JGJ 94－2008《建筑桩基技术规范》［1］的规定，基桩按承载性状可分为：摩擦型桩和端承型桩；按成桩方法分为：非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩；按桩径（设计直径d）大小分为：小直径桩（d≤250 mm）、中等直径桩（250 m m＜d＜80 0 m m）和大直径桩（d≥800 mm）。无论是哪种类型的桩基础，如果施工过程中未严格按照规范进行施工，就可能对周边的建筑造成影响，进而产生纠纷，甚至是诉讼案件。本文以工程实例为背景，就打桩施工对相邻某教学楼的影响进行分析，并给出相关结论和建议。

1 工程概况

某住宅项目计划在规划场地内建设多栋高层建筑，基础采用打入预制管桩，桩长 25～30 m。打桩施工中，邻近的一所幼儿园因打桩噪声过大而无法正常上课，同时发现邻近打桩施工的幼儿园教学楼地梁和楼板开裂，随即幼儿园园方找到该项目建设单位负责人，要求停止打桩施工，并对教学楼进行安全性鉴定，以确保教学楼的安全。建设单位则认为，采用预制管桩振动很小，不可能对周边房屋造成影响。双方各执一词，并产生矛盾。随即园方将这一问题反映给了当地住建局，在住建局的主持下，为保证师生安全，教学楼暂停使用；同时由园方和建设单位共同委托一家省级检测机构对该幼儿园教学楼开裂的原因进行检测鉴定，尽快查明教学楼开裂的原因。

经现场踏勘及查阅相关工程资料得知，幼儿园教学楼主体为 4 层框架结构，柱下混凝土独立基础，地基承载力特征值为 190 kPa，基础埋深 1.75 m。后加盖了局部第 5 层，空心砖墙，彩钢瓦屋面，无设计图纸和验收等相关资料。教学楼平面图如图 1 所示。

图1 教学楼平面图

教学楼北面（北向）2 m 处有一面挡土墙，高约 5 m，挡土墙背后即为打桩工地现场，经现场测量，最近桩位距教学楼仅有 6 m 左右。

2 补充勘察

通过查阅幼儿园地质勘察报告发现，整个幼儿园场区一共布设 6 个勘探孔，其中教学楼建筑范围内仅布设了 1 个勘探孔（孔号 ZK06），勘察结果表明仅场地东部局部分布有含淤泥有机质土层，而教学楼建筑区基底以下无软弱土层。

考虑到幼儿园建筑场区地下岩土层分布较为复杂，且前期勘察工作中，教学楼建筑区仅布设了 1 个勘探孔，勘探孔布设间距过大，不能充分查明教学楼地下岩土层的分布，无法满足评价地基稳定性、均匀性的要求，因此，建议对幼儿园教学楼建筑区进行地质情况补充勘察。后委托省内一家具备甲级资质的勘察单位对教学楼场区进行了补勘，补勘结果显示：幼儿园教学楼室外地面以下 1.75 m 为粉质黏土层，该土层承载力特征值为 180 kPa；教学楼建筑场区基底下分布有粉砂层，埋深 4.40～9.00 m，在 8 度地震作用下轻微液化；教学楼建筑场区普遍分布有泥炭层，该土层埋深 6.90～11.50 m，层厚 1.30～8.40 m；泥炭层呈流塑状，高压缩性，属于软弱下卧层，在 8 度地震条件下，应考虑震陷影响。

显然，原地勘报告对教学楼建筑场区的勘察结果与实际情况不符。

3 现场检测

现场检测主要包含混凝土强度检测、变形观测、裂缝检测，并对地基承载力和抗震承载力进行验算。为了确定打桩施工与教学楼开裂之间是否存在因果关系，针对本项目现场建立了一套动态观测系统，实时监测教学楼和挡土墙的变形情况，尤其是打桩施工时的变形情况。

3.1 混凝土强度

根据设计文件，教学楼柱、梁混凝土强度设计等级均为 C30。按照 GB/T 50344－2004《建筑结构检测技术标准》［2］对教学楼混凝土强度进行检测。检测结果表明，柱的混凝土强度推定值区间为 27.9～30.2 MPa；梁的混凝土强度推定值区间为 30.4～31.8 MPa。部分柱的混凝土强度推定值不满足设计要求。

3.2 裂缝

通过裂缝检测，靠近挡土墙一侧的地梁开裂较为严重，基本都出现 45°斜裂缝，分布在柱的两侧，呈“倒八字”形，最大裂缝宽度 0.20 mm；靠近挡土墙一侧的多数楼板板角出现不同程度的斜裂缝，最大裂缝宽度 0.35 mm；靠近挡土墙一侧的多数填充墙开裂，最大裂缝宽度 0.50 mm。开裂情况整体上可以总结为靠近挡土墙一侧较严重，一层比上部结构层严重。地梁开裂如图 2 所示。

图2 地梁开裂

3.3 变形观测

3.3.1 静态观测

根据 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》［3］的规定，结合实际情况，对幼儿园教学楼布设沉降观测点，定期进行沉降观测。

结果表明，最后 1 0 0 d 的最大沉降速率为0.16 mm/d。文献［3］规定：建筑沉降达到稳定状态可由沉降量与时间关系曲线判断。当最后 100 d 的最大沉降速率＜ 0.01～0.04 mm/d 时，可认为已达到稳定状态。显然，教学楼沉降变形尚未稳定。

3.3.2 动态观测

根据教学楼受损情况，靠近挡土墙一侧开裂比较严重，因此在教学楼挡土墙一侧（即 H 轴）布设动态变形观测系统，该系统主要由静力水准仪、位移计、发射器组成，可实现监测数据的实时采集和远程传输，检测人员可以通过手机实时查看监测数据。在教学楼和挡土墙之间布设了 3 个水平相对位移监测点；在教学楼 H 轴布设了 2 个竖向位移监测点。动态监测点平面布置如图 3 所示，图中 wy1、wy2 和 wy3 表示水平相对位移监测点，1 # 和 2 # 表示竖向位移监测点。相对水平位移监测点现场布置如图 4 所示；竖向位移监测点现场布置如图 5 所示。

图3 动态监测点平面布置图（单位：mm）

图4 相对水平位移监测点现场布置

图5 竖向位移监测点现场布置

限于篇幅，本文仅列举部分数据进行分析说明。

1）9 月 24 日，施工方在幼儿园教学楼背后地块开始打桩施工，典型时段监测数据如表 1 所示。

打桩施工当天的实时监测数据表明，上午 8∶00－下午14∶30，幼儿园教学楼基础整体向上回弹，2 # 点回弹达 3.77 mm，且 2# 点明显较 1# 点严重，差值达 2.68 mm；wy3 点水平相对位移达 6.95 mm，呈现 wy3 处挡土墙向教学楼倾斜，而 wy1 点处水平相对位移比较小。

表1 9 月 24 日典型时段监测数据

下午 14∶30 以后，施工方停止打桩施工，下午 14∶30－下午 17∶00，变形速率明显减缓。至晚上 22∶00，监测数据显示变形基本没有继续发展，且部分变形变小。

2）10 月 16 日，施工方再次进行打桩施工，实时监测数据显示，教学楼基础有不同程度的升降，2# 点竖向位移最大变化量为 1.52 mm，1 # 点竖向位移最大变化量为 1.09 mm；水平相对位移均较小。典型时段监测数据如表 2 所示。

表2 10 月 16 日典型时段监测数据

从实时监测数据表明，上午 11∶18－下午 17∶28， 幼儿园教学楼基础整体向上回弹，1 # 点回弹 1.09 mm，2 # 点回弹了 1.52 mm；三个水平位移监测点，wy 1 点水平位移变化为 0.16 mm，wy 2 点水平相对位移为 0.97 mm，wy 3 点水平相对位移达 3.71 mm，wy 2 处和 wy 3 处挡土墙向教学楼偏移。

综上，动态监测结果表明，打桩施工时，教学楼变形增长较为明显；而停止打桩时段，数据变化很小，有些甚至无变化。

3.4 地基承载力验算

根据教学楼场区补勘报告等资料，按照GB 50007－2001《建筑地基基础设计规范》［4］进行地基承载力验算，验算结果如表 3 所示。

表3 地基承载力验算结果

文献［4］规定，基础底面的压力，应符合pk≤fa。显然，教学楼基础底面地基承载力不满足规范要求。

3.5 抗震承载力验算

根据现场检测结果，基于现状对教学楼进行结构抗震承载力复核验算。根据 GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）［5］，教学楼所处区域为抗震设防烈度 8 度，设计基本地震加速度值为 0.20 g，第三组，场地土类别按 Ⅱ 类，建筑结构重要性系数为 1.0。模型验算参数根据现场材料强度检测结果进行取值。经结构计算和构件复核验算，结果如下。

1）梁。沿 H 轴、1 轴共抽取两榀框架，对梁构件截面抗震承载力进行复核。地圈梁验算结果抗力与效应之比＞ 1.0；一层梁验算结果抗力与效应之比最小值为 0.76；二层梁验算结果抗力与效应之比最小值为 0.63；三层梁验算结果抗力与效应之比最小值为 0.70；四层梁验算结果抗力与效应之比最小值为 0.59。

2）柱。经计算，第三层 6/G 柱和 11/G 柱的轴压比为 0.81，超出规范允许值。

4 原因分析

根据补勘报告、现场检测结果及相关工程资料，就教学楼出现开裂等损害进行原因分析。

1）原地勘报告有误。设计文件显示，教学楼基础采用柱下钢筋混凝土基础，基底埋深为 1.75 m，地基承载力特征值为 190 kPa，但补勘报告结果表明，该教学楼地基承载力特征值仅 180 kPa，未达到设计要求，导致地基承载力不足。

2）擅自加层。未经相关部门和设计单位的允许，园方擅自将原设计为 4 层的建筑物增加到局部 5 层，荷载增加，导致部分构件抗震承载力不满足规范要求。

3）打桩顺序不当。文献［1］明确规定了混凝土预制桩锤击沉桩的顺序为：对于密集桩群，自中间向两个方向或四周对称施打；当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打。经现场调查，为赶进度，施工方打桩顺序为沿施工场地边缘，从远离幼儿园教学楼一侧向教学楼方向顺序施打，这显然违反了规范的规定。同时，采用打入式预制管桩进行基础施工，施工过程中会产生一定的振动和挤土作用。一方面会在透水性能较差的粉砂、粉土层中引起较高的超静孔隙水压力，土体有效应力降低，地基土承载力下降；另一方面，会使流塑状的泥炭土层发生侧向流动。加之打桩顺序不当，从而导致相邻幼儿园教学楼地基出现不均匀变形、地圈梁在支座处出现“倒八字”形剪切裂缝等异常。动态监测结果也说明了这一点。

综上，幼儿园教学楼在原地勘报告有误导致地基承载力不足、擅自加层导致抗震承载力不足以及打桩施工不当等综合因素的影响下，出现开裂、变形等异常。

5 结语

1）教学楼出现开裂、变形的原因为教学楼自身存在地基承载力不足、抗震承载力不足以及打桩施工不当。

2）严格按照国家规范及设计文件进行打桩施工是保证周边建筑物安全的重要前提之一，切勿为了赶工期，盲目进行打桩施工。

3）在打桩施工前，建议委托第三方检测单位对周边房屋进行证据保全，以便可以较为全面地了解周边房屋的安全现状，做到心中有数，必要时应会同相关单位调整施工方案，以确保周边建筑物及人员的安全。