南京某商城正常使用下主楼病害项目桩的加固.docx

南京某商城正常使用下主楼病害项目桩的加固位于南京市热河南路东侧的某商城，其设计总建筑面积85000m2，地上30层，地下2层，1997年建成7层以下部分并投入使用，上部因诸多问题而停工规划1999年进行7层以上的建设该项目桩基础采用钢筋混凝土钻孔灌注端承桩，桩基础施工完毕后，部分项目桩存在重大质量隐患，因此，按照设计院与质监站的想求，在主体施工前必须进行彻底处理该项目底层为商场现已投入使用，地下室的层高3.4m，给桩基处理的设计与施工提出了许多特别想求，施工过程中也解决了大量棘手的现实问题整次加固处理历时一年多，现就此做一检视，供业内同行在处理类似病害项目中借鉴1．事故的成因1996年，该项目开始施工，地下室基坑支护采用深层水泥搅拌桩挡土，在地下负二层土方开挖后，由于坑中坑没有支护设施，主楼与裙楼交界处的土体局部失稳、坍塌，土体发生大面积的滑动，挤土效应导致主楼的部分项目桩出现偏位倾斜按照当时施工监理的桩位现场记录，受到影响的有29根项目桩，最大的桩位偏移达2.3mm，随后经过低应变检测，发现有多根桩桩身出现断裂，断裂的位置为距离桩顶约10m处施工单位及建设单位未向质监站与设计院通报，擅自进行了草率、仓促的处理，并继续进行了7层以下的施工。

2．病害项目桩的判定为保证处理工作的科学、准确、经济，必须对有问题的项目桩进行质量判定1999年，通过原始资料分析，经南京市多位专家论证，认为可能影响项目质量的项目桩涉及到现有的6次承台，其中最为严重的主裙楼相接处主楼3根框架柱下共9根桩，直径φ1.2m，决定判定工作从该桩入手判定工作的范围为：桩身的完整性、垂直度与桩身混凝土的抗压强度桩身的完整性、垂直度的测试是采用钻孔取芯、超声波检测与CT扫描的方法同时进行的，其方法如下：在原桩位的中心垂直钻孔（ZK1），以此为圆心，在半径0.8m的圆周上设置东西南北向的4次垂直钻孔（AK2-5），全部5次孔垂直钻进深度为16m，孔位全部取芯，作混凝土完整性的初频判断与单轴抗压强度试验以ZK1为轴，分ZK1/ZK2-5四次面，用非金属超声波探测仪检测桩身在0~45范围内进行扫描，步长0.2m，同时用CT扫描仪进行桩身立体成像，按照扫描成果计算桩体的倾斜方向与角度，同时判定桩身的缺陷，如桩的断裂、夹泥等情况结论：桩顶以下6m~8m左右的桩身混凝土存在严重断裂与夹泥，其他区域有中度松散与空洞的现象，7m~14m段的桩身向东南方向倾斜，东倾4%，南倾2.5%，和检测前专家的预测与计算结果基本吻合，其他部分混凝土抗压强度合格。

按照相关规定，判定该项目桩不合格，简称为“病害桩”按照专家小组的意见，对其他5次承台下的相关项目桩也进行钻芯取样，结果混凝土的物理指标基本同上结合前期的低应边测试，经过多个严密地计算，一直认为这部分桩均属于严重不合格桩，承载力远远不能达到原设计的想求，都必须进行加固处理3．桩加固方案的确定与实施对所有因采用钻芯取样产生的检测孔的项目桩以及部分桩身存在的轻微缺陷，统一采用压力注浆补强，每根桩补4只孔，高压清浆后加插直径φ80mm、厚10mm的钢管分3至4个注浆通过对现有的地下室地板梁结构刚度的分析计算，认为回固处理工作的着重还是应放在对病害项目桩与承台的处理上，这是本个加固工作的一项重想环节处理前比较了两种加固方案：方案一是锚杆静压钢管桩部分托换方案利用建筑物的结构自重与桩基础的负磨擦作为反力，通过后补在基础上的锚杆螺栓的连接，穿过底板开凿的孔洞将钢管桩压入地基土体中，直到钢管桩达到设计长度或设计承载力值时为止，设计长度为设计压力值是通过在建筑物外的试桩后折算而来压桩完成后，对基础进行封桩处理钢管桩直径为φ508mm、壁厚为18mm，内灌微膨胀混凝土目前，7层以下部分建成已经4年，沉降已经稳定，建筑物基本处于正常状态，故认为病害桩尚具有一定的承载力（在此时期未发生地震），通过进一步的压力注浆进行桩身修复，可以承担7层以上的结构荷载，仍可以继续让其发挥作用。

另外，通过在原桩位附近重新补的钢管桩可以承担7层以上的荷载与7层以下的部分荷载方案二是钢筋混凝土钻孔灌注桩全托换方案考虑到目前检测手段与计算理论所限，注浆修复后的受损桩的残余承载力难以准确量定，新旧荷载在承台处存在共同作用，受力分析比较复杂，提出采用钢筋混凝土钻孔灌注桩全托换的方案，设定以后受损桩不参与工作，上部荷载完全由新成桩来承担，旧桩的残余承载力只作为安全储备新桩桩径分别为φ0.8m、φ1.2m，混凝土强度标号为C35，桩的承载力与数量通过试桩结果经计算提出方案比较：方案一具有经济、施工周期短的优点，但是缺点是方案的经验成份较高，新旧桩在上部荷载的传递分配上不够直观，旧桩的承载力的准确数值不明确，而且新旧混凝土的应变差异会使受力结构的受力分析十分复杂方案二的优点是荷载传递路径清晰，桩基础无隐患，加固的过程比较科学，可靠性大大提升缺点是工期长、投资大，而且钻孔桩施工机具由于受层高的限制需想改造考虑到建设项目的百年大计与人民的生命安全，专家小组最后慎重选定方案二作为本项目的加固处理方案有用第二方案，和钢管桩相比，钻孔灌注桩的单桩承载力大大提升，桩的总数量也有所减少，施工难度相对减小，共成桩38根，施工过程中强化了对桩的施工质量的监理，强化了桩入岩深度的控制。

4．加固过程中承台上荷载的转移第二加固的另一项重想环节是对原有承台进行加固，通过新承台将建筑的的基础结构进行有效连接，荷载的转移是通过新旧承台的连接与结构框架柱的加固来实现的（图1）由于建筑与设备专业的想求，新建的承台的顶标高不能高于地下室地板顶标高，这也就意味着想要形成有效的连接，必须将现有的直下室梁板与承台的一部分混凝土凿除，由于承台已经承受着上部七层（包括二层地下室）传下来的荷载，所以混凝土凿除的具体数量由设计人员经过精确计算确定为了确保新旧承台的连接，在旧承台混凝土上进行植筋，植筋数量由设计人员经过计算确定经计算，将原承台上的结构柱地下第二层高度范围内周边从上到承台加包钢筋混凝土，拓展了断面，确保了新承台钢筋混凝土抵抗冲剪的能力新外包的钢筋混凝土的主筋的布置根据框架柱的配筋形式设置，并同新旧承台的主筋相连接结构框架柱的加固也采用了植筋技术为了确保植筋的施工质量，植筋过程中强化了对干孔与湿孔不同条件下植入深度的控制，施工完成后对每一根植筋都进行了拉拔试验，直致全部满足设计想求这样，上部主体的荷载通过拓展了的结构桩传到新承台上，再由新随台传递至新成的钢筋混凝土钻孔灌注桩上，从而实现了荷载的转移，原来已有的经过修复的受损桩的残余承载力也同时在参与工作，达到安全储备的目的。

图1灌注桩补桩承台及柱子架固示意图5．加固项目桩的验收加固项目桩的验收主想是采用自平衡技术检测单桩承载力，小应变检测技术检测桩身的完整性、混凝土试块的试压检测桩身混凝土的强度完成的单桩承载力的检测依据是江苏省地上准绳《桩承载力自平衡测试技术规程》与JGJ94-94附C《单桩竖向抗压静载试验》，自平衡测桩技术是东南大学的一个在该领域具有革命性的全新的检测技术，对场地空间无特别想求，特殊适合本项目地下室层高低的不利因素，不需想任何堆载及大型设备原理如下：在桩施工过程中，将一种特制的加载设备荷载箱一桩钢筋笼的主筋相焊接，经计算，将它埋入距桩底2m处，将荷载箱的高压油管与位移棒一起引到地面，混凝土浇筑15天后，用高压油泵根据加载规范的想求向荷载箱充油而加载，荷载箱通过上下厚钢板将压力传递到桩身，其上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡按照上下Q-S、S-LgT、S-LgQ曲线确定桩的承载力根据规范，共检测了2根桩，检测结果均满足设计想求桩身混凝土完整性的检测是采用低应变检测技术实现的，每根桩均采用多点激荡，采集一条一致性更好地原始波形作为分析依据检测结果为A类桩28根、B类桩10根，均满足想求，可以作为项目桩使用。

通过对混凝土试块的试压，单轴抗压强度全部满足设计想求6．七层以上部分塔楼设计与施工中需想注重的几次问题由于在地下室地板处进行后期局部桩基加固，基础的刚度存在差异，所以在进行上部建筑的设计上应加以注重，注重上部结构刚度的比例与协同作用尽可能通过上部结构形式的变换来调整荷载的传递路径，以确保新承台等钢筋混凝土的安全在新承台上柱脚处设置压力应变片，随着上部施工的进展，及时、同步跟踪检测柱底轴力的变化，以便进一步验证加固工作的成果，给上部项目的设计、施工提供参考设计上尽可能选用轻型建筑材料，减轻桩基础的工作荷载强化沉降的观测与数据的处理7．加固处理施工的几点体会由于加固处理工作是在地下室负二层内完成的，埋深为-7m，地下水位很高，采用人工方法直接在工作面处集中降水不仅仅量大，而且因降水速度过快曾经导致建筑物沉降的异常合理的方案应在施工面以外一定距离内采用多点同时降水，密切观测已建成建筑物的沉降情况由于工作面处单点集中降水及前期土体坍塌滑动后处理不当，地下室地板下的土体被严重深度扰动，形成了大量的流砂、流土，局部地板下形成大面积空洞钢筋混凝土钻研孔桩成孔后相互连通，混浆护壁很难成形，部分桩出现塌孔等现象。

混凝土在浇筑过程中，往往会通过部分空洞进入周围的桩孔，既影响混凝土的浇筑质量，也影响周围桩孔的质量，许多孔因此成为废孔，需想进行二个成孔所以对于桩成孔来说，合理的方案应该是上半部2m左右范围内采用混凝土护壁、下半部采用混浆护壁，应着重强化对成孔质量的控制由于改善后的钻机高度很低、自重较小，稳定性降低，成孔后的现实孔径往往大大超过设计值，加上地板下空洞的存在，混凝土的现实充盈系数普遍超过规范，一般在1.5~1.7，部分达到2.5~2.8另外，设备改造增加费用以及混凝土的凿除与浇筑效率均同现有维修定测算的条件不相同所以，不论是建设单位还是施工单位，在估算此类加固项目的投入时，应予以注重本项目的病害项目桩如果在发现问题的早期就进行准确的加固处理，相信不是什么困难的事情，根据目前定额水平，总投资不会超过30万元然而，截至目前，仅仅用于加固处理的费用已经累计投入资金近700万元，如果计算间接损失，数值已经达到数千万元因而从中可以得到一项教训：对病害项目的处理应坚决做到“五次一定”，即发现一定想及时、态度一定想负责、病根一定想查明，方案一定想科学、处理一定想彻底。