深厚软土场地倾斜基桩处理及加载试验分析

刘小丽，朱进军，邵 勇

(连云港职业技术学院，江苏 连云港 222006)

0 引 言

在软土地区进行工程建筑时，经常采用桩基础以应对工程性质较差的软土。但是正因为软土的缘故，桩基础在使用过程中也出现了桩基倾斜等问题。由于桩基在软土中的水平向承载能力较低，在施工过程中稍有扰动就形成侧向位移，导致桩体移位及桩身断裂。基坑开挖、桩机荷载、土方堆放等因素均可导致桩基倾斜，内力弱化纠偏技术[1-3]，即弱化倾斜桩周围土体强度后进行牵引纠偏，是软土地区一种有效的处理措施，其他处理方法有补桩、加强桩周土体、提高承台及连梁刚度等[4-5]。蔡明兴[6]分析了某倾斜桩工程实例，采用了打设钢板桩、预制混凝土桩、加强承台连接等措施，并取得了良好效果。陈玲旭等[7]在处理倾斜桩中采用了加强浅层土体、加设承台连梁、补桩等措施。杨观正等[8]分析了基坑开挖、施工扰动等因素对桩基的影响，并提出采用牵引纠偏、钢筋混凝土灌实桩芯、断裂续接等措施对倾斜桩基进行处理。徐从荣等[9]通过对某工程实例的加载试验研究认为，部分倾斜桩对基础承载力影响不大，提出仅对部分倾斜桩进行补充树根桩，并增加基础刚度的方法处理倾斜桩事故。笔者对倾斜桩不加处理直接利用进行的承载力数值分析认为，承台-倾斜桩体系的承载力并未明显降低，在一定倾斜程度内倾斜桩具备直接利用的条件[10-12]。

本文以连云港海相软土地区某桩基倾斜事故为例，分析了桩基倾斜的原因，介绍了倾斜事故的处理措施，并采用变形监测结果对处理措施进行了评价。该工程并未对全部倾斜桩进行处理，但是在房屋主体完工后进行了加载试验，结构位移的监测结果表明，这种处理措施能够满足工程需求，且大大节省了工程造价，是一次成功的事故处理。

1 工程背景

1.1 工程概况

该建筑物地上6层，地下1层，采用框架结构，建筑占地面积约5 400 m2。基础形式为桩基础，采用预应力管桩型号为PHC-500(110)，共157根桩，桩长大部分介于15～22 m之间。单桩竖向承载力特征值为1 100 kN，极限承载力为2 400 kN。基坑开挖深度约4.5 m，采用预制钢筋混凝土水平桁架支撑+预应力管桩支护形式，基坑长度约125 m。

场区基底以上各土层水平向分布较为稳定，土体强度变化不大，垂直方向上土层种类多，强度变化较大，对本工程影响最大的是淤泥层，强度低，工程性质极差，主要土层描述如下：

(1)素填土。主要由黏性土组成，为新近人工填土，松散，均匀性较差，厚0.5～1.5 m。

(2)黏土。分布于场地表层，强度低，为高压缩性土，工程性能较差，厚0.5～1.0 m。

(3)淤泥。土质均匀，厚度大，高压缩性，强度低，易触变，当地基受到振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降及基底面两侧挤出等现象，导致建筑物沉降量增大和发生不均匀沉降，工程性能极差，厚6.5～12.6 m。

(4)粉质黏土夹粉土。分布稳定，强度较高，工程性能较好，厚2.2～4.5 m。

(5)粉土。密实，土质均匀一般，工程性能一般，厚1.5～2.7 m。

(6)粉质黏土。土质均匀，压缩性较高，工程性能一般，厚1.2～2.1 m。

(7)粉砂夹粉土。压缩性中等，工程性能较好，厚2.2～4.5 m。

1.2 桩基倾斜统计

图1为工程桩倾斜偏移量分布。从图1可以看出，偏移量约500 mm的桩占大多数，约为45%；偏移量在100 mm以内的工程桩为28根，即倾斜程度在0.5%以内；偏移量在100 mm以上的有129根。对所有倾斜桩进行了低应变检测。检测结果显示，Ⅰ类桩57根，Ⅱ类桩38根，Ⅲ类桩62根。从倾斜程度和桩体分类来看，Ⅰ类桩的偏移量一般不超过200 mm；Ⅱ类桩的偏移量一般不超过400 mm，桩身存在不同程度的裂缝；偏移量大于600 mm的桩大多数为接头破坏或桩身严重断裂，为Ⅲ类桩。

图1 桩基偏移量分布

1.3 倾斜事故分析

经过对相关勘察、设计、施工等资料进行分析，结合现场桩基倾斜规律及倾斜特点，认为基坑倾斜主要有以下2个方面的原因：

(1)场地土体软弱，桩周土体侧向刚度较差，在外部扰动如土方开挖形成的不平衡力、施工机械产生的荷载等作用下，桩体极易产生倾斜[1-3]。

(2)基坑支护体系的失效。基坑支护采用预制管桩+单层混凝土支撑方案，由于支护桩与围檩连接失效，支护桩最大水平变形达1.5 m，向坑内倾斜，并对工程桩形成挤压，最终导致工程桩大量倾斜，甚至有个别桩的位移量达1.2 m。基坑支护结构现场见图2。

图2 基坑支护结构现场

2 倾斜桩承载性状分析及处理

2.1 倾斜桩利用可行性

经过前期的分析认为[10-12]，倾斜桩与承台连接后，部分桩体的倾斜对整个体系的承载力影响并不是很大，仅对桩体的受力特征、水平位移存在影响，桩体倾斜程度在一定范围内可以直接利用，其阀值为6%，即桩体倾斜程度在6%以内时可以直接利用。

2.2 处理措施

本次倾斜事故处理措施为补钻孔灌注桩及管桩空腔内灌注钢筋混凝土。钻孔灌注桩直径700 mm，采用C35级抗渗混凝土，单桩竖向承载力特征值1 100 kN，桩端进入持力层约2 m，主要是针对Ⅲ类桩。管桩腔内用C45级微膨胀混凝土灌实，内配6根直径为22 mm的一级钢筋，主要是针对Ⅱ类桩，见图3。从倾斜桩的倾斜程度来看，当倾斜程度超过3%即偏移量达600 mm以上时，加设钻孔灌注桩。当倾斜程度达1.5%即偏移量达300 mm以上时，采用灌实管桩空腔的措施。

图3 管桩空腔灌实混凝土

根据GB 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》[13]，桩体倾斜达0.5%时即需要处理。根据前期的数值试验研究认为，桩体倾斜程度在一定范围内并未降低其承载力，特别是经过承台连接后，桩体倾斜程度在6%以内时，桩-承台体系的承载力并未降低，因此认为上述处理措施能够满足工程要求。

3 加载试验设计

为验证倾斜桩处理措施的可靠性，分析其对上部结构的影响，在房屋主体结构完工时进行了加载试验，检测桩基的变形问题，由于缺乏专门性规范，因此加载试验参照JGJ8—2016《建筑降变形测量规范》、GB/T 50784—2013《混凝土结构现场检测技术标准》等进行。

3.1 加载方法

采用地下室水池注水和楼板重物堆载法，根据设计要求逐级加载，每级荷载1次加足，且均匀分布。加载步骤遵循先地下室注水，后楼面板堆载，加载量严格根据设计要求执行，严格控制加载限值，避免在加载过程中出现结构脆性破坏、失稳或重物坠落等情况。加载分级情况见表1。

表1 加载分级

3.2 观测要求

每级荷载施加后开始计算维持荷载时间，同时开始观测沉降，维持时间为7 d，加载后第1、3、7 d观测沉降；当后3次观测沉降值稳定不变化或趋于收敛再施加下一级荷载；当加载到最大加载量时，正常观测维持时间7 d后，继续维荷49 d，每7 d观测沉降1次。加载结束后沉降长期观测。

当某级荷载作用下，任何1个观测点沉降值持续变大，应立即停止加载，分析原因，确认观测点部位构件是否发生破坏或变形过大，保证建筑物未发生影响正常使用的问题后，方可继续加载。

3.3 安全措施

在每次观测作业前，测量人员均应对观测点周围情况和路线进行了解，并对跑尺和记录人员交底。所有观测人员在进入现场前需戴好安全帽，并密切配合，争取快速，准确地完成任务。加载过程中，应有专人进行巡视检查，如发现有较大变形或构件出现裂缝，立即停止试验，撤离现场。

4 加载试验数据分析

本次监测共设置48个监测点，全部位于1层柱身表面，距离室内地平以上1.7 m左右，分6级加载，最终的加载量为56 kN/m2。选取沉降量较大的3个点(点号为06、18、34)进行了展示，加载试验沉降曲线见图6。从图4可知，前3级加载对应的沉降速率较大，这是由于前3级荷载量较大，为39 kN/m2，占总荷载的70%。以监测点C34为例，加载全部完成7 d后沉降量为1 mm，56 d后沉降量为1.2 mm。其他各监测点沉降量均未超过1.2 mm，沉降速率仅为0.004 mm/d。加载试验的变形监测结果显示，前期的倾斜桩处理措施完全满足工程需求。

图4 加载试验沉降

该工程已竣工，后续沉降观测一直在进行中。截至目前，已累计得到21个月的监测数据，见图5。经过630 d的监测，最终沉降量最大值为1.1 mm。图5中监测起点沉降量与图4中终点沉降量不一致，原因为卸载后有所回弹，致使沉降量减小。图6为各监测点的最终沉降，相邻两点最大沉降差约为0.5 mm。

图5 竣工后房屋沉降

图6 各监测点最终沉降

从加载试验沉降监测以及完工后的长期监测结果来看，该倾斜桩事故的处理措施达到了预期效果，经过近2年的长期监测，最终沉降仅为1 mm左右，且沉降差仅为0.5 mm左右。本次事故处理中发现，桩基倾斜量在300 mm以内时桩身完整性较好，因此对这部分桩并未采取处理措施，但是通过后期的沉降监测显示完全符合工程要求，即倾斜程度在1.5%以内的桩基无需处理。当然，这一限值主要与桩周土体的强度有关，土体强度越小，这一限值会越大，因为土体强度越低对桩基的约束越小。

从工程造价角度来看，按照规范要求，桩基倾斜程度在0.5%以上时需处理后方能使用。本文工程实例需处理桩数为129根，而在本次事故处理中仅对98根倾斜桩进行了处理，其中41根桩进行了空腔灌实，57根桩进行了补桩，大大节省了工程造价。

5 结 语

在深厚软土场地使用桩基时，极易产生倾斜事故，对大量倾斜桩进行处理时无疑增加了工程造价，造成资源的浪费。本文仅对连云港某倾斜桩基倾斜程度在1.5%以上的桩基进行了处理，完工后近2年的沉降监测显示，建筑物的沉降仅为1 mm左右，说明此次事故处理方案是可靠的。因此，软土场地桩基发生倾斜事故时，其倾斜程度限值可适当放宽，以节约工程造价。