摘要：上海某高科技园深基坑施工坍塌事故教训深刻，通过反思、实践、总结，结合补桩处理工作中碰到的一系列疑难结合自己的参与体会与心得，与同行进行沟通和探讨。
关键词：工程事故；地质条件；受损桩基；偏位管桩；基坑内清障；承载力验算；坍塌修复；锚杆桩数量
1、工程事故状况
1）工程位于上海市某郊区工业园，83.00米的18层A、B双子楼，19.50米的4层裙房，两层地下室，地下室设置人防工程，为平战及核六级人员掩蔽所，总建筑面积为49154平方米。
2）主楼基础筏板厚度为1600mm，Φ22@150双层双向配筋，桩基采用PHC 500 A预应力混凝土管桩，桩长24m，桩端持力层为第⑦2层粉砂，单桩抗压承载力特征值1550kN，现浇框剪。
3）裙房基础筏板厚度为650mm，桩基采用400×400预制方桩，桩长23m，桩端持力层为⑦2层粉砂，单桩抗拔承载力设计值为630 KN，单桩抗压承载力设计值为1400KN。
4）工程于2012年2月28日发生了基坑坍塌事故，坍塌主要发生在基坑西侧，范围大概在12~23轴之间。2012年下半年业主委托了有关部门对基坑重新进行了围护设计和施工。由于大面积工程桩偏斜失效，必须进行补桩处理。
5）针对开挖的14~26轴范围进行了低应变检测，根据上海市某检测有限公司提供的低应变动测速报，Ⅲ、Ⅳ类桩占比高。管桩缺陷位置均在上节桩节头及以上位置。
6）14~26轴区域共计231根管桩，开挖后管桩出现不同程度偏位，管桩偏位具体为：
① 偏位≤1D（≤50cm）：73根，比例为31.6%；
② 偏位1D~2D（50cm~100cm）：67根，比例约为29.0%
③ 偏位2D~3D（100cm~150cm）：32根，比例约为13.9%；
④ 偏位≥3D（150cm）：59 根，比例约为25.5%；
7）基坑周边方桩偏位也较严重
2、工程地质条件
1）本工程位于上海市某郊区工业园，为滨海平原地貌类型。
2）根据工程勘探深度范围内揭露的各土层成因类型、埋藏深度、空间分布规律、物理力学性质指标及其工程地质特征，划分为9个地基土层，主要地基土层的特征分述如下：
第① 层填土，颜色杂，含植物根茎及碎石、碎砖等建筑垃圾。
第②层灰黄～兰灰色粉质粘土，含铁锰质结核，局部夹褐灰色条纹，呈软塑状，具中等～高压缩性。
第③层灰色淤泥质粉质粘土，夹薄层状粉性土及粉砂团块，含有机质、云母，呈流塑状，具高压缩性。第③t层灰色砂质粉土，土质不均匀，夹薄层粘性土，含云母，呈松散～稍密状，具中等压缩性。
第⑤层灰色粘土，夹泥质结核及半腐植物，呈流塑状，具高压缩性。
第⑥层暗绿色粉质粘土，含氧化铁斑点，偶夹钙质结核，呈可塑状，具中等压缩性。
第⑦1层灰色粘质粉土夹薄层粉质粘土，粉质粘土呈薄层状，单层厚约1～30cm，含云母，土质不均匀，呈中密状，具中等压缩性。第⑦2层灰色粉砂，由石英、长石、云母等碎屑组成，土质较均匀，呈密实状，具中等压缩性。
第⑦2层粉砂，土质良好，层顶埋深31.5m左右，平均层厚达21.83m，呈密实状，静力触探比贯入阻力ps最小平均值为12.05Mpa。
第⑧层灰色粉质粘土，夹薄层砂质粉土及粉砂团块，含云母、有机质，具交错层理，呈可塑状，具中等压缩性。第⑧t层灰色中砂，由石英、长石、云母等碎屑组成，呈密实状，具中等压缩性。
第⑨层灰色细砂，由石英、长石、云母等碎屑组成，呈密实状，具中等压缩性。
本次补桩桩基持力层为⑦2层粉砂，土质密实，管桩施工中可对其产生挤密作用，使得后续施工桩基持力层承载力更高。
3、受损桩基情况分析
1）工程特点：大部分桩基出现不同程度偏斜，最大偏斜达到3.05m，同时管桩和方桩中Ⅲ类桩达到138根，Ⅳ类桩达到15根，占比超过55％。对管桩而言原则上桩位偏斜超过2D不考虑其承载力，Ⅲ类方桩及偏斜超过2倍桩截面边长不考虑其承载力。桩基承载力不能满足上部结构荷载要求，需要补桩。
2）偏斜超过2D的桩基分布集中，且主要分布在剪力墙（特别是电梯深坑附近）范围，该范围上部结构荷载大，需补桩数量多，原工程桩偏斜导致补桩位置非常有限。
3）如果基坑开挖到底，有两道混凝土支撑，补桩施工空间小，施工难度大，采用现有预制桩、灌注桩施工设备进行补桩施工，基本没有施工可行性。
4）基坑暴露时间长，当时已近一年半，为保证基坑安全，补桩施工及地下结构施工迫在眉睫。
4、桩基受损处理方案选用
针对上述工程特点，桩基受损处理方案分析如下：
1）除桩基偏斜小于50cm且达到一类或二类桩完整性条件下不必处理外，其余偏斜管桩采取灌芯处理措施，尽量发挥原有工程桩的承载能力。
2）补桩选用的桩基尽量选择单桩承载力高的桩型，减少补桩数量，一方面减少施工难度，另外增加施工可行性。
3）结合工程现状，补桩选用具有施工可行性的施工工艺，选取有利于基坑安全的施工方法。
5、合理利用偏位管桩
根据以往工程案例，各参建单位积极探讨积极提出各种优化方案，普遍认为偏位管桩经填芯加固后仍具备一定的承载能力，经对桩基小应变检测报告结果分析，缺陷位置主要分布在一二节桩桩底接头位置，因此将原工程桩冲孔至第一节管桩底部下2m，然后对接头下2 m灌芯处理并对灌芯混凝土进行超长振捣，保证其密实，填芯过程要求施工单位记录每根桩的断裂、裂缝位置，并详细记录填芯情况，经灌芯处理后，使原工程桩承载力得到充分发挥，进而减少补桩数量，节约工程造价。
6、桩基处理方案
1）本工程锚杆静压钢管桩桩径较大、桩长也很长，压桩动阻力要求不小于4000kN。设计要求压桩反力由原工程桩和上部结构共同提供。原工程桩虽然斜了，但是仍具有抗拔力，要求筏板施工时，原工程桩纵筋锚入筏板不小于35d，以保证工程桩可与筏板共同作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆剩余的压桩反力由上部结构提供，经估算，上部结构完成地上三层后即压桩，从而节省工期。新补钢管桩尽量避开电梯井和洞口等位置。
2）采用Φ426x14mm锚杆静压钢管桩，桩端压至⑦2层粉砂，桩长25m，通过压桩动阻力和桩长双控，对本工程而言，选择该桩型施工质量易保证，可充分发挥持力层承载力高的特点，设计单桩承载力特征值2800kN，单桩承载力特征值根据载荷试验最终确定。
3）混凝土筏板浇筑前在对应补桩位置筏板处预留压桩孔，压桩孔施工成截头锥形上口为550×550mm，下口为650×650mm。
4）地上三层结构施工结束后，分节压入Φ426mm钢管桩，钢管材质选用螺旋焊缝钢管（Q345B），钢管桩单节长度根据压桩设备和地下室净高确定，控制在2.0m左右，钢管节与节之间采用外套管焊接连接。外套管选用Φ457mm，套管与钢管桩角焊缝满焊，焊缝高度14mm。
5）分节压入钢管，每压两～三节灌一次混凝土，并振捣密实，如此循环，直至压桩动阻力达到4000kN。
6）恢复底板上层钢筋并采用C40微膨胀混凝土封桩。
7、承载力验算及锚杆桩数量确定
1）设计根据建设单位委托提供的建筑物计算模型及桩顶反力分布，按照前述标准对考虑原工程桩桩基承载力进行估算，新增桩基单桩承载力特征值2800kN，考虑到本工程的特殊性及补桩位置的要求，决定补桩178根。
2）本工程勘察报告，桩身所穿过土层为软塑粘性土、稍密～中密砂性土，根据总结的静压法沉桩阻力公式，对钢管桩桩型为Φ426×14，桩长为25m，桩基持力层为第⑦2层粉砂，其沉桩动阻力约为4000kN。
8、墙下方桩承载力损失的补偿
1）地下室外墙下部分方桩因挤压偏位严重，并且Ⅲ类桩很多，其承载力已经无法满足设计要求。原方桩单桩抗拔承载力设计值为630KN，单桩抗压承载力设计值为1400KN。
2）根据设计、施工、监理、业主多方讨论，如果在原方桩周边补桩，施工困难，故利用地下室挑板区域覆土和原围护桩共同拟补原方桩的抗拔力损失，利用结构底板和围护桩共同承担原方桩抗压承载力的损失。
3）具体施工方法为：在基坑坍塌范围内，底板延伸至围护灌注桩，并将结构内的配筋与灌注桩内钢筋可靠焊接。
9、压桩施工及监测标准要求
1）压桩流程严格按施工工况进行，每一工况下压桩顺序采取跳压施工方式，并经设计确认。
2）压桩桩段的垂直度偏差不得超过0.5％桩段长（桩插入时），压桩时确保压桩架垂直，上下接桩的中心线偏差不得大于2mm，且不得偏心加压。
3）压桩过程中，桩顶垫钢板，防止桩顶局部破坏，压桩施工一次到位，中间不停歇。
4）钢管桩桩位偏差：桩位允许偏差为20mm；桩顶标高允许偏差为0~+50mm。
5）接桩时使上下桩段保持垂直，下节钢管桩外侧预焊钢套管，连接就位后，焊接上节钢管桩与钢套管连接，钢套管与钢管桩之间满焊，焊高不小于14。
6）压桩停压标准根据桩长与压桩反力控制。在桩端进入桩基持力层后，若连续100cm压桩反力大于4000 kN时，及时通知设计确定可否截桩.若压桩反力异常，及时通知设计单位。
7）施工工程中督促施工队对压桩过程进行详细记录，压桩时间及压桩动阻力及时报告设计单位。
8）底板上层钢筋均进行恢复，连接钢筋直径及等级同截断主筋，与主筋单面焊接，焊缝长度不小于10d。
9）压桩孔止水采用一道遇水膨胀止水胶（西卡品牌），手工或机械法清除基面上的疏松颗粒、水泥浮浆，基面必须密实、清洁、干燥，表面湿度饱和，且无任何污染物，施工温度5~35℃。
10）桩基处理中做好建筑物监测工作，业主委托有资质的监测单位在施工前编制详细监测方案并报设计单位认可，通过现场监测及时反馈，我们根据监测数据及时同设计沟通。
11）为控制桩基处理加固施工对建筑结构的影响，及时预报施工过程中可能出现的问题，做到信息化施工，自底板施工完毕开始，对主楼进行监测工作。监测目的主要为：
①随时掌握地下室结构的变形情况。
②以监测资料指导设计与施工，随时调整补桩施工方案，真正做到信息化施工。
12）本工程信息化施工，施工期间根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，对施工全过程进行动态控制。
13）所有监测点安装埋设完成后，及时绘制测点位置图，并加强对现场测点保护，以防监测测点被破坏。
14）各参建方督促监测单位要求监测数据及时、准确和完整，发现异常，加强监测。要求监测方如达到或超过报警值及时通报有关各方，尽快采取有效措施保证工程的顺利进行。
15）沉降速率大于2mm／天或总沉降量大于20mm，及时通知设计单位，探明原因方可进一步施工，桩基处理时，根据监测结果调整施工速率及监测频率，做到信息化施工。
10、总结
通过对建筑物性质、现场桩基情况、场地内地质条件等复杂情况的分析，各参建单位提出了桩基处理需面对的问题：
1）基坑坍塌后导致工程桩出现大面积偏斜，大部分桩基桩身完整性不符合规范要求，需进行补桩处理。
2）桩位偏斜后导致坑底平面内补桩空间有限，加上坑内现存两道混凝土支撑，补桩设计及施工难度很高。
3）补桩设计应充分考虑工程特点，选取能够兼顾施工可行性和工程安全的桩型及施工方法。
4）应采取相关措施尽量发挥已有桩基的承载能力，减小后期补桩数量、提高施工可行性、减少工期和成本。
5）浇筑混凝土底板前预留压桩孔，采用Φ426×14mm钢管桩进行补桩，以第⑦2层粉砂层作为桩端持力层，单桩承载力设计值为2800kN。桩长主要通过动阻力控制，压桩动阻力控制在4000kN。完成地上三层上部结构后即在剪力墙附近进行试压桩。
6）地下室外墙下大部分方桩因挤压偏位严重，已基本丧失承载能力。但在原方桩周边补桩，施工困难，工程费用较高，有效利用地下室挑板区域覆土和原围护桩共同弥补原方桩的抗拔承载力损失，同时通过结构措施将墙下荷载传递至围护灌注桩和新补桩基上，弥补原方桩抗压承载力的损失。
7）对管桩偏位1D、2D以及新补桩基进行桩基检测，确定其单桩承载力。
作者简介：施振华，注册一级建造师，注册监理工程师，任职于上海康舒特建设工程监理有限公司。
论文作者:施振华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：桩基论文; 承载力论文; 工程论文; 压缩性论文; 基坑论文; 钢管论文; 密实论文; 《基层建设》2019年第2期论文;