南京某商城正常使用下主樓病害工程樁加固
發布時間：2018-01-23 共2頁
位于南京市熱河南路東側的某商城，其設計總建筑面積85000m2，地上30層，地下2層，1997年建成7層以下部分并投入使用，上部因諸多問題而停工。計劃1999年進行7層以上的建設。
該工程樁基礎采用鋼筋混凝土鉆孔灌注端承樁，樁基礎施工完畢后，部分工程樁存在重大質量隱患，因此，根據設計院和質監站的要求，在主體施工前必須進行徹底處理。
該工程底層為商場現已投入使用，地下室的層高3.4m，給樁基處理的設計和施工提出了許多特殊要求，施工過程中也解決了大量棘手的實際問題。整個加固處理歷時一年多，現就此做一論述，供業內同行在處理類似病害工程中借鑒。
1．事故的成因
1996年，該工程開始施工，地下室基坑支護采用深層水泥攪拌樁擋土，在地下負二層土方開挖后，由于坑中坑沒有支護設施，主樓和裙樓交界處的土體局部失穩、坍塌，土體發生大面積的滑動，擠土效應導致主樓的部分工程樁出現偏位傾斜。
根據當時施工監理的樁位現場記錄，受到影響的有29根工程樁，最大的樁位偏移達2.3mm，隨后經過低應變檢測，發現有多根樁樁身出現斷裂，斷裂的位置為距離樁頂約10m處。施工單位及建設單位未向質監站和設計院通報，擅自進行了草率、倉促的處理，并繼續進行了7層以下的施工。
2．病害工程樁的判定
為確保處理工作的科學、準確、經濟，必須對有問題的工程樁進行質量判定。
1999年，通過原始資料分析，經南京市多位專家論證，認為可能影響工程質量的工程樁涉及到現有的6個承臺，其中最為嚴重的主裙樓相接處主樓3根框架柱下共9根樁，直徑φ1.2m，決定判定工作從該樁入手。
判定工作的范圍為：樁身的完整性、垂直度和樁身混凝土的抗壓強度。
樁身的完整性、垂直度的測試是采用鉆孔取芯、超聲波檢測和CT掃描的方法同時進行的，其方法如下：
在原樁位的中心垂直鉆孔（ZK1），以此為圓心，在半徑0.8m的圓周上設置東西南北向的4個垂直鉆孔（AK2-5），全部5個孔垂直鉆進深度為16m，孔位全部取芯，作混凝土完整性的初頻判斷和單軸抗壓強度試驗。以ZK1為軸，分ZK1/ZK2-5四個面，用非金屬超聲波探測儀檢測樁身在0°~45°范圍內進行掃描，步長0.2m，同時用CT掃描儀進行樁身立體成像，根據掃描成果計算樁體的傾斜方向和角度，同時判定樁身的缺陷，如樁的斷裂、夾泥等情況。
結論：樁頂以下6m~8m左右的樁身混凝土存在嚴重斷裂和夾泥，其他區域有中度松散和空洞的現象，7m~14m段的樁身向東南方向傾斜，東傾4%，南傾2.5%，與檢測前專家的預測和計算結果基本吻合，其他部分混凝土抗壓強度合格。
根據有關規定，判定該工程樁不合格，簡稱為“病害樁”。根據專家小組的意見，對其他5個承臺下的有關工程樁也進行鉆芯取樣，結果混凝土的物理指標基本同上。結合前期的低應邊測試，經過多次嚴密地計算，一直認為這部分樁均屬于嚴重不合格樁，承載力遠遠不能達到原設計的要求，都必須進行加固處理。
3．樁加固方案的確定和實施
對所有因采用鉆芯取樣產生的檢測孔的工程樁以及部分樁身存在的輕微缺陷，統一采用壓力注漿補強，每根樁補4只孔，高壓清漿后加插直徑φ80mm、厚10mm的鋼管分3至4次注漿。
通過對現有的地下室地板梁結構剛度的分析計算，認為回固處理工作的重點還是應放在對病害工程樁和承臺的處理上，這是本次加固工作的一個重要環節。處理前比較了兩種加固方案：
方案一是錨桿靜壓鋼管樁部分托換方案。
利用建筑物的結構自重和樁基礎的負磨擦作為反力，通過后補在基礎上的錨桿螺栓的連接，穿過底板開鑿的孔洞將鋼管樁壓入地基土體中，直到鋼管樁達到設計長度或設計承載力值時為止，設計長度為設計壓力值是通過在建筑物外的試樁后折算而來。壓樁完成后，對基礎進行封樁處理。
鋼管樁直徑為φ508mm、壁厚為18mm，內灌微膨脹混凝土。
目前，7層以下部分建成已經4年，沉降已經穩定，建筑物基本處于正常狀態，故認為病害樁尚具有一定的承載力（在此期間未發生地震），通過進一步的壓力注漿進行樁身修復，可以承擔7層以上的結構荷載，仍可以繼續讓其發揮作用。另外，通過在原樁位附近重新補的鋼管樁可以承擔7層以上的荷載和7層以下的部分荷載。
方案二是鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換方案。
考慮到目前檢測手段和計算理論所限，注漿修復后的受損樁的殘余承載力難以準確量定，新舊荷載在承臺處存在共同作用，受力分析比較復雜，提出采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換的方案，設定以后受損樁不參加工作，上部荷載完全由新成樁來承擔，舊樁的殘余承載力只作為安全儲備。新樁樁徑分別為φ0.8m、φ1.2m，混凝土強度標號為C35，樁的承載力和數量通過試樁結果經計算提出。
方案比較：方案一具有經濟、施工周期短的優點，但是缺點是方案的經驗成份較高，新舊樁在上部荷載的傳遞分配上不夠直觀，舊樁的承載力的準確數值不明確，而且新舊混凝土的應變差異會使受力結構的受力分析非常復雜。方案二的優點是荷載傳遞路徑清晰，樁基礎無隱患，加固的過程比較科學，可靠性大大提高。缺點是工期長、投資大，而且鉆孔樁施工機具由于受層高的限制需要改造。
考慮到建設工程的百年大計和人民的生命安全，專家小組最后慎重選定方案二作為本工程的加固處理方案。
有用第二方案，與鋼管樁相比，鉆孔灌注樁的單樁承載力大大提高，樁的總數量也有所減少，施工難度相對減小，共成樁38根，施工過程中加強了對樁的施工質量的監理，加強了樁入巖深度的控制。
該工程樁基礎采用鋼筋混凝土鉆孔灌注端承樁，樁基礎施工完畢后，部分工程樁存在重大質量隱患，因此，根據設計院和質監站的要求，在主體施工前必須進行徹底處理。
該工程底層為商場現已投入使用，地下室的層高3.4m，給樁基處理的設計和施工提出了許多特殊要求，施工過程中也解決了大量棘手的實際問題。整個加固處理歷時一年多，現就此做一論述，供業內同行在處理類似病害工程中借鑒。
1．事故的成因
1996年，該工程開始施工，地下室基坑支護采用深層水泥攪拌樁擋土，在地下負二層土方開挖后，由于坑中坑沒有支護設施，主樓和裙樓交界處的土體局部失穩、坍塌，土體發生大面積的滑動，擠土效應導致主樓的部分工程樁出現偏位傾斜。
根據當時施工監理的樁位現場記錄，受到影響的有29根工程樁，最大的樁位偏移達2.3mm，隨后經過低應變檢測，發現有多根樁樁身出現斷裂，斷裂的位置為距離樁頂約10m處。施工單位及建設單位未向質監站和設計院通報，擅自進行了草率、倉促的處理，并繼續進行了7層以下的施工。
2．病害工程樁的判定
為確保處理工作的科學、準確、經濟，必須對有問題的工程樁進行質量判定。
1999年，通過原始資料分析，經南京市多位專家論證，認為可能影響工程質量的工程樁涉及到現有的6個承臺，其中最為嚴重的主裙樓相接處主樓3根框架柱下共9根樁，直徑φ1.2m，決定判定工作從該樁入手。
判定工作的范圍為：樁身的完整性、垂直度和樁身混凝土的抗壓強度。
樁身的完整性、垂直度的測試是采用鉆孔取芯、超聲波檢測和CT掃描的方法同時進行的，其方法如下：
在原樁位的中心垂直鉆孔（ZK1），以此為圓心，在半徑0.8m的圓周上設置東西南北向的4個垂直鉆孔（AK2-5），全部5個孔垂直鉆進深度為16m，孔位全部取芯，作混凝土完整性的初頻判斷和單軸抗壓強度試驗。以ZK1為軸，分ZK1/ZK2-5四個面，用非金屬超聲波探測儀檢測樁身在0°~45°范圍內進行掃描，步長0.2m，同時用CT掃描儀進行樁身立體成像，根據掃描成果計算樁體的傾斜方向和角度，同時判定樁身的缺陷，如樁的斷裂、夾泥等情況。
結論：樁頂以下6m~8m左右的樁身混凝土存在嚴重斷裂和夾泥，其他區域有中度松散和空洞的現象，7m~14m段的樁身向東南方向傾斜，東傾4%，南傾2.5%，與檢測前專家的預測和計算結果基本吻合，其他部分混凝土抗壓強度合格。
根據有關規定，判定該工程樁不合格，簡稱為“病害樁”。根據專家小組的意見，對其他5個承臺下的有關工程樁也進行鉆芯取樣，結果混凝土的物理指標基本同上。結合前期的低應邊測試，經過多次嚴密地計算，一直認為這部分樁均屬于嚴重不合格樁，承載力遠遠不能達到原設計的要求，都必須進行加固處理。
3．樁加固方案的確定和實施
對所有因采用鉆芯取樣產生的檢測孔的工程樁以及部分樁身存在的輕微缺陷，統一采用壓力注漿補強，每根樁補4只孔，高壓清漿后加插直徑φ80mm、厚10mm的鋼管分3至4次注漿。
通過對現有的地下室地板梁結構剛度的分析計算，認為回固處理工作的重點還是應放在對病害工程樁和承臺的處理上，這是本次加固工作的一個重要環節。處理前比較了兩種加固方案：
方案一是錨桿靜壓鋼管樁部分托換方案。
利用建筑物的結構自重和樁基礎的負磨擦作為反力，通過后補在基礎上的錨桿螺栓的連接，穿過底板開鑿的孔洞將鋼管樁壓入地基土體中，直到鋼管樁達到設計長度或設計承載力值時為止，設計長度為設計壓力值是通過在建筑物外的試樁后折算而來。壓樁完成后，對基礎進行封樁處理。
鋼管樁直徑為φ508mm、壁厚為18mm，內灌微膨脹混凝土。
目前，7層以下部分建成已經4年，沉降已經穩定，建筑物基本處于正常狀態，故認為病害樁尚具有一定的承載力（在此期間未發生地震），通過進一步的壓力注漿進行樁身修復，可以承擔7層以上的結構荷載，仍可以繼續讓其發揮作用。另外，通過在原樁位附近重新補的鋼管樁可以承擔7層以上的荷載和7層以下的部分荷載。
方案二是鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換方案。
考慮到目前檢測手段和計算理論所限，注漿修復后的受損樁的殘余承載力難以準確量定，新舊荷載在承臺處存在共同作用，受力分析比較復雜，提出采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換的方案，設定以后受損樁不參加工作，上部荷載完全由新成樁來承擔，舊樁的殘余承載力只作為安全儲備。新樁樁徑分別為φ0.8m、φ1.2m，混凝土強度標號為C35，樁的承載力和數量通過試樁結果經計算提出。
方案比較：方案一具有經濟、施工周期短的優點，但是缺點是方案的經驗成份較高，新舊樁在上部荷載的傳遞分配上不夠直觀，舊樁的承載力的準確數值不明確，而且新舊混凝土的應變差異會使受力結構的受力分析非常復雜。方案二的優點是荷載傳遞路徑清晰，樁基礎無隱患，加固的過程比較科學，可靠性大大提高。缺點是工期長、投資大，而且鉆孔樁施工機具由于受層高的限制需要改造。
考慮到建設工程的百年大計和人民的生命安全，專家小組最后慎重選定方案二作為本工程的加固處理方案。
有用第二方案，與鋼管樁相比，鉆孔灌注樁的單樁承載力大大提高，樁的總數量也有所減少，施工難度相對減小，共成樁38根，施工過程中加強了對樁的施工質量的監理，加強了樁入巖深度的控制。
