桩基工程若干设计问题研讨

刘祖德 教授博导傅旭东 教授博导邹勇 博士司马军 博士高工杜斌 博士2007.09上海桩基工程中若干概念设计问题第八届全国桩基工程学术年会报告武汉大学土建学院武汉大学设计研究总院汇报提纲1．软土地区单层排架厂房地坪桩基托换加固方案优化2．应力解除孔在挤入式密集群桩基础中的应用3．普遍推广PHC管桩以来桩基设计施工新矛盾的解决办法4．警惕扩底式灌注桩基础水平向承载力低下的软肋5．排桩+高压旋喷桩构成复合板墙的抗水平推力大增6．人工挖孔桩的几种工程事故特例分析8．打入桩的几种工程事故的特例分析9．桩在桥梁和其它建（构）筑物纠偏中的应用7．钻（冲）孔灌注桩的几种工程事故特例分析10．QY小区B栋（18层楼）事故的多因一果1．软土地区单层排架厂房地坪桩基托换加固方案优化1.1误区沿海深厚淤泥地基上人工填土强夯压实层能提供承载力软基上带桩排柱基础与无桩地坪连结一起浇筑先造带桩排柱基础，后施工厂房地坪填土大量使用有致命缺陷的柔性桩复合地基（悬挂桩、围封桩、长短散布桩）来加固厂房地坪地基砂桩与加固桩（无论刚性还是柔性）同时混用1.2危害

厂房地坪工后沉降过大，持续不休止，形成凹坑厂房地坪过量沉降形成对桩较大负摩阻力，牵连排架结构东倒西歪，桩被压断柔性桩被各个击破，地坪下陷地坪下产生大量脱空现象1.3优化途径提出主动托换桩和被动托换桩不同机理及其适用条件应用性价比较高的素砼刚性桩复合地基，甚至采用PHC管桩应用应力隔离桩或应力隔离孔，解决地坪沉降对厂房排架桩基形成负摩擦力影响问题处理事故中小直径钢管纤维桩的应用托换加固桩与排水固结体不同时混用地坪与厂房排桩基础不连结，设沉降缝慎用悬挂桩、围封桩、长短散布桩（指柔性桩）分清已建建筑物和待建建筑物的地坪托换加固的不同概念和工作机理2.1事故实例武汉市某住宅小区，密集满堂打（压）入式PHC管桩（φ500）600余根。施工后期，压桩使两侧已建成的11～12层小高层楼邻近部位上抬20～30mm，致产生大量倒八字裂缝，发展延伸至3～4层外墙体表面和内墙。后在基础边缘外设置适量的应力解除孔（SRB，StressReleaseBoring）后，方使转危为安。2．应力解除孔在挤入式密集群桩基础中的应用2.2挤桩的其他危害性压桩引起邻桩“吊脚”，沉降过大建筑物区向四周挤扩，使桩位偏移，桩杆倾斜施工地面隆起，地基应大过大，Δu增长过高工后地基排水固结，承台底面脱空挤桩对邻房邻坑导致失稳、横移或坍塌2.3SRB（应力解除孔）的功能和应用领域SRB可防止群桩基础对邻房邻坑挤压推移的破坏作用SRB可减少紧邻建筑物应力叠加，相互牵扯的不良影响SRB在土质高边坡抗滑桩排中单桩背面可减少应力集中效应，降低桩被各个击破事故出现的概率SRB在建筑物纠偏工程中大量被用作应力隔离技术SRB成孔后可灌入EPS泡沫塑料柔性材料长期发挥作用

3．普遍推广PHC管桩以来桩基设计施工新矛盾的解决方法3.1问题由来至今设计中普遍延用单桩静力公式法设计计算桩长但地质条件千变万化，大致分三种类型：从静力触探比贯入阻力Ps随深度关系曲线来分析，有Ⅰ，突变型；Ⅱ，渐变型；Ⅲ，跳跃型。如下图：施工中强调“双控”标准来确定打（压）入桩长：一是依据静力公式法计算配套规范设计参数；二是打（压）入贯入度和压桩力，但它招致大量桩难以到位，或出现不少断桩事故。传统打入式预制桩在历史上全球范围内普遍产生类似的事故，最典型的就是1972～1973年上海金山石化工程“桩森林”事件。PHC桩在某大型电厂老粘性土地层中打入施工，招致大量未入土桩段上密集环状贯穿性水平裂缝，仍无法到位。3.2解决的途径（建议）对“双控”要求应有实事求是的认识和处理态度。规范所提供的设计参数不可能全面反映不同工程的沉桩过程中可能出现的各种物理现象，如挤密、触变、液化等。大桩小桩不同，长桩短桩不同，多桩少桩不同，先打后打不同，平面施工顺序不同……“双控”要重视长期效果，整体效果。应由建设、设计、施工、监理四方会同解决“拒打（压）”问题，不能一家主观武断决定。重视“试打（压）桩”这一道程序，配备足量的监测手段（测力、测沉、测斜、测土压和测Δu等试验），认真分析研究。设计者对岩土工程勘察报告的深入再分析工作不可或缺。上图中，“拒打”现象主要发生在Ⅰ型地层条件中，软土下直接下卧有Ps≥7MPa的中密以上砂层，很快出现紧密下卧层，这时绝不能一味向下猛打，老粘性土中亦然。Ⅱ型地层中桩端宜设在Ps=7～10MPa之间的范围内，再向下打对桩身不利。Ⅲ型地层条件中桩端设置高程不确定性因素很多。持力层性质和厚度，以及下卧软土层强度均是主要因素。采取引孔、管桩孔内向下植芯补强、压浆扩底、设应力解除孔等措施，减少“拒打”出现概率，提高单桩有效承载力和桩基整体承载力，防止高Δu，高土中应力、高水平位移等现象。

4．警惕扩底或灌注桩基础水平向承载力低下的软肋4.1历史教训武汉QY小区B#栋18层住宅爆破拆除，事故的主要诱因之一是：桩型选择不理想。所用夯扩桩入持力层中细砂仅1m多，扩底形成可转动球铰，整个桩身重落在稀软淤泥层内。虽然基底埋深3m，但埋深部分周围是松散杂填土层。一旦承受水平向外力，336根φ426的夯扩桩几乎可自由地绕其底端铰转动;该楼西南侧C#栋高层在B#栋出事前正紧锣密鼓地进入相同桩的施工阶段，在半个多月时间内打入60余根夯扩桩（长21.5m，φ426），砼计260余m3。计算外挤至B#栋边缘，平移3cm多。淤泥受扰动减强，Cu骤降至10kPa以下，几乎稀释液化。再加上其他9种诱因，造成多因一果——桩基整体失稳。在南方沿海地区软土地带深基坑周边也屡次发生类似事故，桩体失掉侧向支撑，形成“多米诺骨牌效应”，导致坑边楼房倒塌。4.2预防措施类似地基条件下，必须采用入持力层较深的钻孔灌注桩。不得已用扩底桩时，必须设计四周向外伸出的斜支撑桩，而且斜桩必须与基础底面固结一样，不能用独立的围护桩。设计群桩抗水平推力时不能用桩数乘上单桩抗水平推力试验成果，因为无论多少桩数，平行转动机制的功能耗散是极小的。应该用单剪块体模式考虑群桩的水平抗推能力，只考虑块体侧面淤泥总被动土压减去主动土压(Pp－Pa)×A（式中A为块体前方总侧面积）。

5.1从从基基坑支支护设设计中中得到到的启启发近10年来来，双双排桩桩构成成框架架结构构的支支护型型式得得到青青睐。。从简单单的““三明明治””夹心心饼干干型式式发展展到排排桩+连体体高压压旋喷喷桩板板墙。。(如如下图图)武汉软软土地地区曾曾成功功地实实践过过，社社会效效益和和经济济效益益显著著。5．排排桩+高压压旋喷喷桩构构成复复合板板墙的的抗水水平推推力大大增5.2在在软软土地地基上上特大大型贮贮煤筒筒仓（（φ100～φφ120m）和和电厂厂巨型型冷却却塔基础底底圈梁梁桩基基设计计中的的推广广应用用无桩大大面积积贮煤煤筒仓仓地基基软土土产生生对筒筒仓壁壁圈梁梁桩基基础的的巨大大水平平推力力。若每一一弧度度设一一桩排排（内内、中中、外外三桩桩组成成），，则内内桩承承受过过大水水平推推力，，中桩桩次之之，外外桩最最小，，Mmax比例例约为为1∶∶0.25∶0.1，不不协调调，不不经济济。后改为为排桩桩+连连体高高压旋旋喷体体板墙墙（图图如上上不另另），，效果果是：：第一，，大大大提高高径向向桩排排抗水水平推推力的的能力力；第二，，使内内、中中、外外三位位的位位移和和挠曲曲变形形更趋趋同步步化，，减少少了内内排桩桩的Mmax，相相反地地三桩桩Mmax比例例更趋趋一致致；第三，，可以以缩小小桩径径，减减少用用筋量量，节节约投投资，，保证证安全全；第四，，基础础的整整体刚刚度有有大幅幅度提提高。。对既有有挖方方又有有填方方地基基的电电厂巨巨型冷冷却塔塔来说说，软软基处处理不不仅限限于用用桩基基解决决竖向向承载载力问问题，，而且且还要要解除除填方方区桩桩间土土湿化化变形形下陷陷形成成圈梁梁底脱脱空和和抗水水平推推力的的能力力骤减减等复复杂问问题。。必须须在桩桩基完完成后后采用用类似似方法法予以以解决决。5.3软软弱弱粘土土或松松砂层层中建建筑桩桩基的的抗震震能力力的提提高在群桩桩基础础内，，按格格构体体设计计原则则用高高压旋旋喷体体将各各单桩桩连结结成互互相制制约的的板墙墙方格格，大大幅度度降低低地震震时上上部结结构的的动变变位（（某30层层大楼楼桩基基加固固后，，底层层下降降3倍倍）此法正正拟采采用于于某地地海上上栈桥桥式机机场的的桩基基加固固设计计中，，可望望获得得巨大大经济济效益益。6.1全全风风化华华南花花岗岩岩地层层地下下水流流动可可能转转化为为“潜潜蚀性性泥石石流””厦门HKG大酒酒店挖孔孔桩混凝凝土护壁壁因水土土流失而而下沉并并开裂漏漏泥，或或从孔底底上涌，，挖孔工工序受阻阻，挖走走的流泥泥夹砂已已达数十十m3，，却2个个月内挖挖方毫无无进展。。厦门湖滨滨南路某某大厦的的基坑并并非挖方方形成的的，而是是几十根根人工挖挖孔桩施施工期““潜蚀性性泥流””逐步造造成的。。据当地地工程界界称，这这种泥流流曾导致致施工人人员人身身事故多多起。深圳、珠珠海地区区都曾发发生类似似问题。。深圳某某大厦的的地基内内，约有有1/5的基坑坑面积内内也出现现过全风风化花岗岗岩软化化流泥现现象。所所谓“岩岩石”的的强度远远比上覆覆残积土土低，模模量更低低，致使使坑外达达面积地地表下沉沉。后及及时改为为钻孔桩桩施工，，方使转转危为安安。这种“潜潜蚀性泥泥流”可可能逐步步发展成成“泥石石流”，，岩块迅迅速软化化崩解参参予泥流流过程，，或者岩岩块粗粒粒骨架坍坍塌。““潜蚀性性泥流””发展过过程可能能很快，，点→线线→面→→体往往往只需几几天甚至至只有几几个小时时。这种特殊殊的不良良地质现现象不仅仅发生在在人工挖挖孔桩施施工过程程中，地地连墙施施工，隧隧道施工工中都可可能发生生，必须须引以警警惕。6．人工工挖孔桩桩的几种种工程事事故特例例分析6.2““移移山倒海海”式围围海造陆陆中桩基基施工困困难激增增，不可可等闲视视之沿海地区区围海造造陆事业业日益发发展，南南方海岸岸颇多““移山倒倒海”，，即直接接将开山山土石料料抛填倾倾倒入海海，形成成深厚海海淤上面面含大量量巨石的的抛石体体（厚度度甚至超超过10m）。。在这种种地基上上建造对对沉降量量有严格格要求的的建筑物物（如主主厂房、、重型仓仓库、重重要化工工设备等等）仍必必须打桩桩。然而而，企图图穿越过过厚抛石石体打设设各种桩桩基，谈谈何容易易。浙、、闽、粤粤、琼等等省沿海海一带这这一难题题屡见不不鲜。简图示意意:福建某燃燃气电厂厂升压站站曾不得得已地采采用逐个个挖坑的的办法，，在抛石石体底部部施工钻钻孔灌注注桩（φφ1000），，然后在在坑内接接筑柱体体直至抛抛石体表表面，构构成形式式上的桩桩基顶面面。事实实上，逐逐个挖坑坑接柱过过程对桩桩—柱连连接系统统是一个个反对推推拉的破破坏过程程。结果果，升压压站建成成投产后后，虽然然荷载不不大，但但所有桩桩几乎都都折断歪歪斜，基基础倾斜斜，电气气间隙不不足事故故严重。。同一地区区后建的的KMG电站，，主厂房房1600万m3开山山石料全全部要用用来填海海，仍采采用“移移山倒海海”旧法法，不分分厂区规规划功能能如何，，一概巨巨石满布布。后续续工程的的沉降控控制难以以预测。。解决矛盾盾的方法法对策：：1．超前前规划填填海厂区区分区功功能，对对必须打打桩的重重要建（（构）物物区域应应限制抛抛石体巨巨石含量量和限制制抛石最最大粒径径（如30～50cm）；2．先定定桩位，，用三角角架形式式的钢桁桁架作标标记，合合理规定定填石进进展路径径和方法法，防止止桩位地地层中巨巨石的占占位设障障；3．用竖竖井或有有支护挖挖孔型式式施工，，配合小小爆破排排石，底底层2～～3m抛抛石体用用管锤或或冲孔机机械排石石穿透。。6.3围围湖湖造地后后人工挖挖孔桩入入持力硬硬粘土层层深度不不足的严严重后果果武汉LD花园小小高层住住宅设计计采用人人工挖孔孔扩底桩桩基础，，地质条条件是湖湖底淤泥泥以下直直接进入入硬老粘粘性土层层，持力力层天然然地基承承载力很很高（fsk≥300～400kPa），，过渡层层很薄，，向下挖挖孔困难难。扩大大头从软软硬土界界面就开开始。扩扩大头dmax（（=D）为2400mm，桩桩径d=1000mm，但埋埋深不足足H≤2m，且且H范围围内土质质偏软（（如图示示）桩基设计计和施工工均按照照国家现现行规范范执行，，未发现现桩施工工质量问问题。但但是qp参数由94桩基基规范查查表而得得，却未未注意H/D比过小，，过渡层层土质太太差，上上覆淤泥泥过软等等问题。。结果有二二：一是是三根试试桩结果果极限承承载力实实测值均均只达0.6倍倍设计计计算值；；二是基基坑开挖挖后大量量边桩出出现倾斜斜原因是：：桩端进进入真正正硬粘土土持力层层太浅，，仅1倍倍扩大端端桩径，，过渡层层土质又又差，达达不到深深基础标标准要求求再考虑到到桩端土土回弹、、吸水软软化、扰扰动，此此比值将将更低于于0.6，符合合实际。。解决办法法：加深深桩端埋埋置深度度。7.1闽闽南南S市一一幢14层大厦厦倾斜原原因分析析当地传统统经验用用人工挖挖孔短桩桩（8m）建造造大厦，，普遍安安全。而而本楼采采用了嵌嵌中风化化岩层的的36根根φ750～φφ850的钻孔孔灌注桩桩，桩长长大于20m，，反而出出现倾斜斜20‰‰的严重重质量事事故。究其原因因就是：：钻孔至至全风化化花岗岩岩层中，，孔底及及端部周周壁土质质变坏软软化，无无法彻底底清孔，，以致沉沉渣厚达达50cm。大大楼不均均匀沉降降ΔS最最大值超超过30cm。。救治办法法：砍桩桩纠偏后后增补100多多根锚杆杆静压桩桩托换。。7．钻（（冲）孔孔灌注桩桩的几种种工程事事故特例例分析7.2武武汉汉某厂钻钻孔灌注注桩基础础在增荷荷补桩过过程中测测得原桩桩极限承承载力试试桩P～S曲线如图图：原因：嵌嵌岩段极极限阻力力被克服服后，桩桩自动掉掉落120mm，端阻阻力才开开始发挥挥出来，，两者不不能同步步发挥，，而且还还各个击击破，沉沉渣过厚厚。解决办法法：类似似地质条条件下，，应先用用钢管桩桩引孔至至基岩（（石灰岩岩）表面面，封住住上覆土土层的孔孔壁，然然后回旋旋钻孔完完成嵌岩岩段桩孔孔，再彻彻底用反反循环法法清孔，，不产生生过多沉沉渣。8.1降降水水使大量量摩擦桩桩产生严严重不均均匀沉降降福州一座座超大型型有色金金属压延延车间，，面积2.2万万m2，，1970根打打入式方方桩，无无真正意意义上的的持力层层。桩端端座着在在多层薄薄砂层与与淤泥互互叠的范范围内，，基本上上属纯摩摩擦桩。。厂房已已建1/4强。。由于厂厂房内要要开挖几几个10m以上上深度的的基坑（（最大的的25m×35m），，板桩支支护，深深井降水水。造成成桩顶不不均匀沉沉降，Smax>200mm，，Smin<38mm，影影响半径径达800m。。已建厂厂房钢桁桁架结构构内次应应力巨大大，经常常发出巨巨响，危危及安全全。救治措施施：逐个个将柱脚脚从杯口口基础内内用千斤斤顶上拔拔顶升至至设计高高程，缓缓解屋顶顶结构次次应力有有害程度度，重浇浇水泥浆浆固定柱柱脚。另另一方面面抢建坑坑内地下下结构，，使降水水漏斗尽尽快恢复复原状。。效果：使使该车间间提前投投产运营营，发挥挥效益。。8．打入入桩的几几种工程程事故特特例分析析8.2武武汉汉某电厂厂在老粘粘性土中中设计打打入数千千根PHC管桩桩，结果果是开工工一段时时间后，，即发现现“拒打打”，不不仅如此此，而且且尚露在在地面以以上的桩桩段发生生密集、、且等间间距的大大量水平平环状贯贯穿裂缝缝，无法法再打。。原因分析析：老粘粘性土层层内不适适合用挤挤入式预预制桩，，只有劈劈裂基土土，不能能再挤扩扩。解决办法法：改用用钻孔灌灌注桩。。8.3某某钢钢铁企业业发生2000余预制制方桩打打入老粘粘性土导导致桩段段接头普普遍脱焊焊断裂，，并且向向上跳开开50～～60mm，形形成断桩桩.原因分析析：与上上节相仿仿，只不不过是伤伤及接头头，未伤伤桩段解决办法法：向断断桩接头头处注浆浆加固9.1大大型桥桥台群桩桩基础的的纠偏复复位某大桥0#桥台台曾因连连接段一一侧填方方高8～～9m，，致两侧侧土压力力不平衡衡，以致致桥台向向河流方方向偏移移12cm多，，使上部部T梁无无法安装装落位。。救治办法法：先卸卸除高填填方土压压，再采采用应力力解决除除孔消除除台前10m深深度内软软土地基基土压力力。然后后在台背背后浇注注巨大混混凝土反反力墩，，加设简简易钢板板桩，墩墩上墩台台填筑土土工织物物岩土袋袋，高3m多。。分别用用了约500吨吨的水平平推力方方使两个个桥台连连同各自自6根φφ1200长35m的的灌注桩桩一起纠纠偏复位位。9．桩在在桥梁或或其它建建（构））筑物纠纠偏中的的应用9.443m呼称称高的11万伏伏高压电电塔带电电作业用用桩顶升升纠偏复复位四腿铁塔塔，塔顶顶偏位达达0.8m以上上。原因因有二：：一是地地基不均均匀塔位位坐落在在河道转转弯处；；二是架架空线挡挡距相差差3倍以以上（500余余m和190m之比））。为避避免停电电一天损损失数百百万元而而要求带带电作业业。救治措施施：先用用现浇混混凝土框框式格构构地梁将将四个独独立塔基基连成整整体。再再以20根250×250mm的锚锚杆静压压桩按比比例同步步地将深深埋3m的阶梯梯式扩大大基础一一起顶升升上拔，，使塔复复位。实践证明明，措施施有效，，顺利复复位。但但设计顶顶升力必必须有较较大储备备裕度（（至少为为土重法法计算所所得的3～4倍倍）。此此外，纠纠偏过程程中必须须有可靠靠的防范范应变措措施，千千万不能能发生冲冲击，陡陡升和倾倾覆事故故。9.2有有桩桩大桥台台和无桩桩连接段段不均匀匀沉降的的救治NNW大大桥0#桥台4×φ1500长50m的大大型钻孔孔灌注桩桩，工后后沉降为为零，而而其紧邻邻的连接接段，其其表面8m搭板板搁置在在两座无无桩的挡挡土墙上上，其下下地基有有20米米软弱土土。建成成半年后后两者不不均匀沉沉降就超超过50mm。。搭板下下方脱空空，立即即有折断断危险，，跳车难难以避免免。救治办法法：用16根250××250mm的的锚杆静静压桩和和桥身两两侧地面面阻滑齿齿钉板等等措施解解决止沉沉止位移移问题。。9.3广广西西梧州某大大桥在某某年特大大洪水期期间基桩桩和桥柱柱被撞歪歪事故的的处理洪水期间间被大型型滚装驳驳船横向向冲撞，，桥面碎碎裂，桥桥柱断裂裂，桩基基倾斜移移位。救治办法法：补设设8桩基基桩，扩扩大并加加固承台台，包钢钢或包碳碳纤维加加固桥柱柱，修复复桥面。。10.1地地质条件件特征深湖区沉沉积，