地下水对人工挖孔灌注桩的影响及补强方案

地下水对人工挖孔灌注桩的影响及补强方案地下水对人工挖孔灌注桩的影响及补强方案提要：本文针对桩基在施工中遇到地下水受影响之后，通过对桩基选型、设计以及检测、取芯结果综合考虑桩基补强方案。关键词：人工挖孔桩、地下水、注浆、锚杆净压桩。一、前言随着桩基工程的广泛应用，在施工过程中，遇到大量的地下水以及雨季大量地表水渗透，造成对桩身质量以及非岩石持力层承载力下降的影响时有发生，其破坏程度相当严重。我们应对这类事件原因进行全面综合分析，并吸取教训，才能防患于未然。通过分析并进行有效的处理，以达到较好的经济效益和社会效益。二、工程概况该工程为福建XXX集团有限公司XXX技改项目。该工程投资3.5亿元，总建筑面积36000m²，为省十大工程项目之一，并作为国庆五十周年的献礼，因此该工程工期紧，任务重。该工程为1—3层框架结构工业厂房，由于厂房内设备重、工艺要求跨度大，因此单柱承载力较高，经计算得出框架中柱最大荷载为7100KN。根据工程地质勘探报告揭示，该场地地基土自上而下分为五层，详见土层性状表（表一）。土层性状简表（表一）土层编号土层名称性状简述层厚（m）1人工填土棕红、黄色，软塑—可塑。0.70—3.702冲洪积粘土棕红、棕黄色，粘性强，呈可塑—偏硬状态、湿3.30—9.203冲洪积卵石层上段稍密—中密，下段中密—密实（含少量地下水）2.50—9.104坡残积土灰黄、灰绿等色，可塑—硬塑状态、湿—稍湿。0.70—19.85泥质灰岩强风化岩灰黄、绿色为主，呈坚硬状态，稍湿。未揭穿三、桩基的选型与设计由于该工程周围有办公室、住宅、学校、仓库及挡墙，不宜进行大面积的开挖，从地质报告上看，采用天然基础显然从技术上、经济上是不可取的。由于持力层埋藏深度变化较大，此工程基础必须采用桩基。而桩基的选型以及设计将直接影响上部结构的安全、工程造价以及工期。通过对各类桩基进行分析比较（见表二），认为首选人工挖孔灌注桩（共135根），具体详见表三。桩型分析比较表（表二）桩型优点缺点人工挖孔桩1.设备简单，质量可靠；2.单桩承载力高；3.无噪音、无震动、对四邻影响小；4.工程造价低；5.施工速度快、适应性强。1.遇流砂难成孔；2.地下水富有时施工困难。夯扩桩1.单桩承载力较高；2.桩长随持力层面而变；3.工程造价低；4.施工速度快。1.噪音、震动大、对四邻影响大；2.遇中间硬夹层桩管难沉入。预制桩1.施工效率高；2.桩身质量易保证和检查；3.易于水上施工；4.桩的单位面积承载力高。1.噪音、震动大、对四邻影响大；2.造价高；3.不易穿透较厚的坚硬土层。钻孔桩1.单桩承载力高；2.桩长可随持力层变化而变化1.造价高；2.有噪音、震动；3.不易穿过卵石层；4.施工工艺要求高。人工挖孔桩设计指标（表三）桩号桩径(mm)扩大头直径(mm)设计单桩承载力(KN)持力层桩长(m)ZJ180010001900密实卵石层—8.6ZJ280012002600密实卵石层—8.6ZJ380014003300密实卵石层—8.6ZJ480016004200密实卵石层—8.6ZJ580018005100密实卵石层—8.6ZJ680020006100密实卵石层—8.6ZJ790022007100密实卵石层—8.6四、地下水在施工过程中对地基土及桩基的影响地面以下的水统称地下水。地下水按埋藏条件可分为：上层滞水、潜水、承压水、毛细水等（具体详见表四）地下水一览表（表四）地下水编号性质影响程度上层滞水积聚在透水性小的局部粘性土隔水层上。对工程影响不大。潜水埋藏在地表下第一个连续分布的稳定隔水层上。对基础工程有密切的影响。承压水埋藏在两个连续分布的隔水层之间，带有压力。若打穿上一层会涌水或喷出。毛细水潜水层以上为粘性土或粉土时，可使潜水从粘土或粉土孔隙中升高成为毛细水。寒冷地带引起地基土冻胀。通过地质报告分析，此地下水属潜水。在此次桩基施工中，刚好遇连续六天中到大雨，由于场地原就属山坡地带，地形变化较大，地表水通过孔口、其它地带向卵石层渗透，造成人工挖孔成孔的长时间浸泡，也给施工带来无尽的烦恼。再加上施工单位没有及时有效处理地下水和违规浇筑砼，也没有采用水下浇筑砼工艺，造成承载力严重不足（详见表五）。测试成果汇总表（表五）试桩编号桩号设计荷载及沉降要求最大加载实际最大加载及沉降有效最大加载及沉降单桩竖向极限承载力(KN)荷载(KN)沉降(mm)荷载(KN)荷载(KN)沉降(mm)荷载(KN)沉降(mm)15×K420030.9867205376﹥60403227.434032215×H7100未测到113605680﹥40454433.4745443试验桩260016.9241605200﹥100332833.773328为了工程安全考虑，我们要求对孔桩进行动测分析以及每个桩的抽芯取样，结果均表明，有10个左右桩身有不同程度的离析现象，而桩基底部持力层强度偏低，同时存在桩底砼离析现象，施工质量较差，以上结果均通过对每个孔桩的抽芯取样得到证实。五、分析原因综合考虑桩基补强方案通过对桩基的检测结果分析，认为造成这次承载力降低的原因主要有四个方面：其一，该工程由于工期紧，未及时做静载试验，未详细研究地质报告，从抽芯取样上看，桩端持力层未放置在设计所要求的持力层上，即密实卵石层，而是放在上部较差的中密卵石层上（这其中有地下水未能抽干造成判断上的失误），这本身就已经给建筑物留下了质量隐患，从而降低了结构设计中的安全储备；其二，由于在施工过程中，让地下水长时间浸泡，导致持力层不少砂土流失严重，致使桩承载力降低，而施工单位未及时采用水下砼浇筑方法，也同样导致装底部严重离析；其三，由于急速抽水到场地外排放，而导致地下水大量流失，造成地基本身不均匀下陷以及局部塌孔现象；其四，由于地下水位的变化，使桩周土产生严重压缩沉降，引起桩侧产生较大的负摩阻力，致使灌注桩承载力降低。通过以上分析，结合工程工期紧，从经济上考虑，决定采用高压注浆和锚杆静压桩双方案进行全面补强。就如15×H这根桩，扩大承台，先行造孔后桩身补强，而后压8根锚杆桩，最后进行桩底压浆。据省建筑科学研究院认可，注浆后，桩底承载力可提高不少于1000KN∕m²，而锚杆桩每根可达500—800KN。这样按规范设计锚杆桩后，桩、承台以及土体共同作用，15×H柱底承载力为：4544+1000×л∕4×2.2²+8×500=12344(KN),而15×H设计承载力为7100KN，从而远远满足设计要求。从经济上考虑，按预算注浆及锚杆桩总造价为100万左右，占总土建造价5%左右，达到预期的目的。六、结语通过这次补强方案落实，锚杆静压桩严格按闽95G108《锚杆静压桩图集》实施，注浆也遵守建科院提出的施工方案和操作要求，主要通过注浆配料以及压力控制，地基承载力大大地提高了。通过这次补强措施，我们深有感触，作为我们工程技术人员应充分认识到地下水对工程设计方案、施工方案以及建筑物的安全使用有着密切的关系，如果对地下水处理不当，将很可能发生重大的工程事故。我们不仅应高度重视新建工程的设计与施工质量，使质量缺陷减少到最低限度，而且应以实事求是的态度重视对已建工程的质量追踪，认真综合分析事故原因及其加固补强处理方案，并从中吸取经验教训，保证建筑物安全使用，发挥其应有的社会效益。