劉祖德 教授博導傅旭東 教授博導鄒勇 博士司馬軍 博士高工杜斌 博士2007.09上海樁基工程中若干概念設計問題第八屆全國樁基工程學術年會報告武漢大學土建學院武漢大學設計研究總院匯報提綱1．軟土地區單層排架廠房地坪樁基托換加固方案優化2．應力解除孔在擠入式密集群樁基礎中的應用3．普遍推廣PHC管樁以來樁基設計施工新矛盾的解決辦法4．警惕擴底式灌注樁基礎水平向承載力低下的軟肋5．排樁+高壓旋噴樁構成復合板墻的抗水平推力大增6．人工挖孔樁的幾種工程事故特例分析8．打入樁的幾種工程事故的特例分析9．樁在橋梁和其它建（構）筑物糾偏中的應用7．鉆（沖）孔灌注樁的幾種工程事故特例分析10．QY小區B棟（18層樓）事故的多因一果1．軟土地區單層排架廠房地坪樁基托換加固方案優化1.1誤區沿海深厚淤泥地基上人工填土強夯壓實層能提供承載力軟基上帶樁排柱基礎與無樁地坪連結一起澆筑先造帶樁排柱基礎，后施工廠房地坪填土大量使用有致命缺陷的柔性樁復合地基（懸掛樁、圍封樁、長短散布樁）來加固廠房地坪地基砂樁與加固樁（無論剛性還是柔性）同時混用1.2危害

廠房地坪工后沉降過大，持續不休止，形成凹坑廠房地坪過量沉降形成對樁較大負摩阻力，牽連排架結構東倒西歪，樁被壓斷柔性樁被各個擊破，地坪下陷地坪下產生大量脫空現象1.3優化途徑提出主動托換樁和被動托換樁不同機理及其適用條件應用性價比較高的素砼剛性樁復合地基，甚至采用PHC管樁應用應力隔離樁或應力隔離孔，解決地坪沉降對廠房排架樁基形成負摩擦力影響問題處理事故中小直徑鋼管纖維樁的應用托換加固樁與排水固結體不同時混用地坪與廠房排樁基礎不連結，設沉降縫慎用懸掛樁、圍封樁、長短散布樁（指柔性樁）分清已建建筑物和待建建筑物的地坪托換加固的不同概念和工作機理2.1事故實例武漢市某住宅小區，密集滿堂打（壓）入式PHC管樁（φ500）600余根。施工后期，壓樁使兩側已建成的11～12層小高層樓鄰近部位上抬20～30mm，致產生大量倒八字裂縫，發展延伸至3～4層外墻體表面和內墻。后在基礎邊緣外設置適量的應力解除孔（SRB，StressReleaseBoring）后，方使轉危為安。2．應力解除孔在擠入式密集群樁基礎中的應用2.2擠樁的其他危害性壓樁引起鄰樁“吊腳”，沉降過大建筑物區向四周擠擴，使樁位偏移，樁桿傾斜施工地面隆起，地基應大過大，Δu增長過高工后地基排水固結，承臺底面脫空擠樁對鄰房鄰坑導致失穩、橫移或坍塌2.3SRB（應力解除孔）的功能和應用領域SRB可防止群樁基礎對鄰房鄰坑擠壓推移的破壞作用SRB可減少緊鄰建筑物應力疊加，相互牽扯的不良影響SRB在土質高邊坡抗滑樁排中單樁背面可減少應力集中效應，降低樁被各個擊破事故出現的概率SRB在建筑物糾偏工程中大量被用作應力隔離技術SRB成孔后可灌入EPS泡沫塑料柔性材料長期發揮作用

3．普遍推廣PHC管樁以來樁基設計施工新矛盾的解決方法3.1問題由來至今設計中普遍延用單樁靜力公式法設計計算樁長但地質條件千變萬化，大致分三種類型：從靜力觸探比貫入阻力Ps隨深度關系曲線來分析，有Ⅰ，突變型；Ⅱ，漸變型；Ⅲ，跳躍型。如下圖：施工中強調“雙控”標準來確定打（壓）入樁長：一是依據靜力公式法計算配套規范設計參數；二是打（壓）入貫入度和壓樁力，但它招致大量樁難以到位，或出現不少斷樁事故。傳統打入式預制樁在歷史上全球范圍內普遍產生類似的事故，最典型的就是1972～1973年上海金山石化工程“樁森林”事件。PHC樁在某大型電廠老粘性土地層中打入施工，招致大量未入土樁段上密集環狀貫穿性水平裂縫，仍無法到位。3.2解決的途徑（建議）對“雙控”要求應有實事求是的認識和處理態度。規范所提供的設計參數不可能全面反映不同工程的沉樁過程中可能出現的各種物理現象，如擠密、觸變、液化等。大樁小樁不同，長樁短樁不同，多樁少樁不同，先打后打不同，平面施工順序不同……“雙控”要重視長期效果，整體效果。應由建設、設計、施工、監理四方會同解決“拒打（壓）”問題，不能一家主觀武斷決定。重視“試打（壓）樁”這一道程序，配備足量的監測手段（測力、測沉、測斜、測土壓和測Δu等試驗），認真分析研究。設計者對巖土工程勘察報告的深入再分析工作不可或缺。上圖中，“拒打”現象主要發生在Ⅰ型地層條件中，軟土下直接下臥有Ps≥7MPa的中密以上砂層，很快出現緊密下臥層，這時絕不能一味向下猛打，老粘性土中亦然。Ⅱ型地層中樁端宜設在Ps=7～10MPa之間的范圍內，再向下打對樁身不利。Ⅲ型地層條件中樁端設置高程不確定性因素很多。持力層性質和厚度，以及下臥軟土層強度均是主要因素。采取引孔、管樁孔內向下植芯補強、壓漿擴底、設應力解除孔等措施，減少“拒打”出現概率，提高單樁有效承載力和樁基整體承載力，防止高Δu，高土中應力、高水平位移等現象。

4．警惕擴底或灌注樁基礎水平向承載力低下的軟肋4.1歷史教訓武漢QY小區B#棟18層住宅爆破拆除，事故的主要誘因之一是：樁型選擇不理想。所用夯擴樁入持力層中細砂僅1m多，擴底形成可轉動球鉸，整個樁身重落在稀軟淤泥層內。雖然基底埋深3m，但埋深部分周圍是松散雜填土層。一旦承受水平向外力，336根φ426的夯擴樁幾乎可自由地繞其底端鉸轉動;該樓西南側C#棟高層在B#棟出事前正緊鑼密鼓地進入相同樁的施工階段，在半個多月時間內打入60余根夯擴樁（長21.5m，φ426），砼計260余m3。計算外擠至B#棟邊緣，平移3cm多。淤泥受擾動減強，Cu驟降至10kPa以下，幾乎稀釋液化。再加上其他9種誘因，造成多因一果——樁基整體失穩。在南方沿海地區軟土地帶深基坑周邊也屢次發生類似事故，樁體失掉側向支撐，形成“多米諾骨牌效應”，導致坑邊樓房倒塌。4.2預防措施類似地基條件下，必須采用入持力層較深的鉆孔灌注樁。不得已用擴底樁時，必須設計四周向外伸出的斜支撐樁，而且斜樁必須與基礎底面固結一樣，不能用獨立的圍護樁。設計群樁抗水平推力時不能用樁數乘上單樁抗水平推力試驗成果，因為無論多少樁數，平行轉動機制的功能耗散是極小的。應該用單剪塊體模式考慮群樁的水平抗推能力，只考慮塊體側面淤泥總被動土壓減去主動土壓(Pp－Pa)×A（式中A為塊體前方總側面積）。

5.1從基坑支護設計中得到的啟發近10年來，雙排樁構成框架結構的支護型式得到青睞。從簡單的“三明治”夾心餅干型式發展到排樁+連體高壓旋噴樁板墻。(如下圖)武漢軟土地區曾成功地實踐過，社會效益和經濟效益顯著。5．排樁+高壓旋噴樁構成復合板墻的抗水平推力大增5.2在軟土地基上特大型貯煤筒倉（φ100～φ120m）和電廠巨型冷卻塔基礎底圈梁樁基設計中的推廣應用無樁大面積貯煤筒倉地基軟土產生對筒倉壁圈梁樁基礎的巨大水平推力。若每一弧度設一樁排（內、中、外三樁組成），則內樁承受過大水平推力，中樁次之，外樁最小，Mmax比例約為1∶0.25∶0.1，不協調，不經濟。后改為排樁+連體高壓旋噴體板墻（圖如上不另），效果是：第一，大大提高徑向樁排抗水平推力的能力；第二，使內、中、外三位的位移和撓曲變形更趨同步化，減少了內排樁的Mmax，相反地三樁Mmax比例更趨一致；第三，可以縮小樁徑，減少用筋量，節約投資，保證安全；第四，基礎的整體剛度有大幅度提高。對既有挖方又有填方地基的電廠巨型冷卻塔來說，軟基處理不僅限于用樁基解決豎向承載力問題，而且還要解除填方區樁間土濕化變形下陷形成圈梁底脫空和抗水平推力的能力驟減等復雜問題。必須在樁基完成后采用類似方法予以解決。5.3軟弱粘土或松砂層中建筑樁基的抗震能力的提高在群樁基礎內，按格構體設計原則用高壓旋噴體將各單樁連結成互相制約的板墻方格，大幅度降低地震時上部結構的動變位（某30層大樓樁基加固后，底層下降3倍）此法正擬采用于某地海上棧橋式機場的樁基加固設計中，可望獲得巨大經濟效益。6.1全風化華南花崗巖地層地下水流動可能轉化為“潛蝕性泥石流”廈門HKG大酒店挖孔樁混凝土護壁因水土流失而下沉并開裂漏泥，或從孔底上涌，挖孔工序受阻，挖走的流泥夾砂已達數十m3，卻2個月內挖方毫無進展。廈門湖濱南路某大廈的基坑并非挖方形成的，而是幾十根人工挖孔樁施工期“潛蝕性泥流”逐步造成的。據當地工程界稱，這種泥流曾導致施工人員人身事故多起。深圳、珠海地區都曾發生類似問題。深圳某大廈的地基內，約有1/5的基坑面積內也出現過全風化花崗巖軟化流泥現象。所謂“巖石”的強度遠比上覆殘積土低，模量更低，致使坑外達面積地表下沉。后及時改為鉆孔樁施工，方使轉危為安。這種“潛蝕性泥流”可能逐步發展成“泥石流”，巖塊迅速軟化崩解參予泥流過程，或者巖塊粗粒骨架坍塌。“潛蝕性泥流”發展過程可能很快，點→線→面→體往往只需幾天甚至只有幾個小時。這種特殊的不良地質現象不僅發生在人工挖孔樁施工過程中，地連墻施工，隧道施工中都可能發生，必須引以警惕。6．人工挖孔樁的幾種工程事故特例分析6.2“移山倒?！笔絿Ｔ礻懼袠痘┕だщy激增，不可等閑視之沿海地區圍海造陸事業日益發展，南方海岸頗多“移山倒海”，即直接將開山土石料拋填傾倒入海，形成深厚海淤上面含大量巨石的拋石體（厚度甚至超過10m）。在這種地基上建造對沉降量有嚴格要求的建筑物（如主廠房、重型倉庫、重要化工設備等）仍必須打樁。然而，企圖穿越過厚拋石體打設各種樁基，談何容易。浙、閩、粵、瓊等省沿海一帶這一難題屢見不鮮。簡圖示意:福建某燃氣電廠升壓站曾不得已地采用逐個挖坑的辦法，在拋石體底部施工鉆孔灌注樁（φ1000），然后在坑內接筑柱體直至拋石體表面，構成形式上的樁基頂面。事實上，逐個挖坑接柱過程對樁—柱連接系統是一個反對推拉的破壞過程。結果，升壓站建成投產后，雖然荷載不大，但所有樁幾乎都折斷歪斜，基礎傾斜，電氣間隙不足事故嚴重。同一地區后建的KMG電站，主廠房1600萬m3開山石料全部要用來填海，仍采用“移山倒?！迸f法，不分廠區規劃功能如何，一概巨石滿布。后續工程的沉降控制難以預測。解決矛盾的方法對策：1．超前規劃填海廠區分區功能，對必須打樁的重要建（構）物區域應限制拋石體巨石含量和限制拋石最大粒徑（如30～50cm）；2．先定樁位，用三角架形式的鋼桁架作標記，合理規定填石進展路徑和方法，防止樁位地層中巨石的占位設障；3．用豎井或有支護挖孔型式施工，配合小爆破排石，底層2～3m拋石體用管錘或沖孔機械排石穿透。6.3圍湖造地后人工挖孔樁入持力硬粘土層深度不足的嚴重后果武漢LD花園小高層住宅設計采用人工挖孔擴底樁基礎，地質條件是湖底淤泥以下直接進入硬老粘性土層，持力層天然地基承載力很高（fsk≥300～400kPa），過渡層很薄，向下挖孔困難。擴大頭從軟硬土界面就開始。擴大頭dmax（=D）為2400mm，樁徑d=1000mm，但埋深不足H≤2m，且H范圍內土質偏軟（如圖示）樁基設計和施工均按照國家現行規范執行，未發現樁施工質量問題。但是qp參數由94樁基規范查表而得，卻未注意H/D比過小，過渡層土質太差，上覆淤泥過軟等問題。結果有二：一是三根試樁結果極限承載力實測值均只達0.6倍設計計算值；二是基坑開挖后大量邊樁出現傾斜原因是：樁端進入真正硬粘土持力層太淺，僅1倍擴大端樁徑，過渡層土質又差，達不到深基礎標準要求

再考慮到樁端土回彈、吸水軟化、擾動，此比值將更低于0.6，符合實際。解決辦法：加深樁端埋置深度。7.1閩南S市一幢14層大廈傾斜原因分析當地傳統經驗用人工挖孔短樁（8m）建造大廈，普遍安全。而本樓采用了嵌中風化巖層的36根φ750～φ850的鉆孔灌注樁，樁長大于20m，反而出現傾斜20‰的嚴重質量事故。究其原因就是：鉆孔至全風化花崗巖層中，孔底及端部周壁土質變壞軟化，無法徹底清孔，以致沉渣厚達50cm。大樓不均勻沉降ΔS最大值超過30cm。救治辦法：砍樁糾偏后增補100多根錨桿靜壓樁托換。7．鉆（沖）孔灌注樁的幾種工程事故特例分析7.2武漢某廠鉆孔灌注樁基礎在增荷補樁過程中測得原樁極限承載力試樁P～S曲線如圖：原因：嵌巖段極限阻力被克服后，樁自動掉落120mm，端阻力才開始發揮出來，兩者不能同步發揮，而且還各個擊破，沉渣過厚。解決辦法：類似地質條件下，應先用鋼管樁引孔至基巖（石灰巖）表面，封住上覆土層的孔壁，然后回旋鉆孔完成嵌巖段樁孔，再徹底用反循環法清孔，不產生過多沉渣。8.1降水使大量摩擦樁產生嚴重不均勻沉降福州一座超大型有色金屬壓延車間，面積2.2萬m2，1970根打入式方樁，無真正意義上的持力層。樁端座著在多層薄砂層與淤泥互疊的范圍內，基本上屬純摩擦樁。廠房已建1/4強。由于廠房內要開挖幾個10m以上深度的基坑（最大的25m×35m），板樁支護，深井降水。造成樁頂不均勻沉降，Smax>200mm，Smin<38mm，影響半徑達800m。已建廠房鋼桁架結構內次應力巨大，經常發出巨響，危及安全。救治措施：逐個將柱腳從杯口基礎內用千斤頂上拔頂升至設計高程，緩解屋頂結構次應力有害程度，重澆水泥漿固定柱腳。另一方面搶建坑內地下結構，使降水漏斗盡快恢復原狀。效果：使該車間提前投產運營，發揮效益。8．打入樁的幾種工程事故特例分析8.2武漢某電廠在老粘性土中設計打入數千根PHC管樁，結果是開工一段時間后，即發現“拒打”，不僅如此，而且尚露在地面以上的樁段發生密集、且等間距的大量水平環狀貫穿裂縫，無法再打。原因分析：老粘性土層內不適合用擠入式預制樁，只有劈裂基土，不能再擠擴。解決辦法：改用鉆孔灌注樁。8.3某鋼鐵企業發生2000余預制方樁打入老粘性土導致樁段接頭普遍脫焊斷裂，并且向上跳開50～60mm，形成斷樁.原因分析：與上節相仿，只不過是傷及接頭，未傷樁段解決辦法：向斷樁接頭處注漿加固9.1大型橋臺群樁基礎的糾偏復位某大橋0#橋臺曾因連接段一側填方高8～9m，致兩側土壓力不平衡，以致橋臺向河流方向偏移12cm多，使上部T梁無法安裝落位。救治辦法：先卸除高填方土壓，再采用應力解決除孔消除臺前10m深度內軟土地基土壓力。然后在臺背后澆注巨大混凝土反力墩，加設簡易鋼板樁，墩上墩臺填筑土工織物巖土袋，高3m多。分別用了約500噸的水平推力方使兩個橋臺連同各自6根φ1200長35m的灌注樁一起糾偏復位。9．樁在橋梁或其它建（構）筑物糾偏中的應用9.443m呼稱高的11萬伏高壓電塔帶電作業用樁頂升糾偏復位四腿鐵塔，塔頂偏位達0.8m以上。原因有二：一是地基不均勻塔位坐落在河道轉彎處；二是架空線擋距相差3倍以上（500余m和190m之比）。為避免停電一天損失數百萬元而要求帶電作業。救治措施：先用現澆混凝土框式格構地梁將四個獨立塔基連成整體。再以20根250×250mm的錨桿靜壓樁按比例同步地將深埋3m的階梯式擴大基礎一起頂升上拔，使塔復位。實踐證明，措施有效，順利復位。但設計頂升力必須有較大儲備裕度（至少為土重法計算所得的3～4倍）。此外，糾偏過程中必須有可靠的防范應變措施，千萬不能發生沖擊，陡升和傾覆事故。

9.2有樁大橋臺和無樁連接段不均勻沉降的救治NNW大橋0#橋臺4×φ1500長50m的大型鉆孔灌注樁，工后沉降為零，而其緊鄰的連接段，其表面8m搭板擱置在兩座無樁的擋土墻上，其下地基有20米軟弱土。建成半年后兩者不均勻沉降就超過50mm。搭板下方脫空，立即有折斷危險，跳車難以避免。救治辦法：用16根250×250mm的錨桿靜壓樁和橋身兩側地面阻滑齒釘板等措施解決止沉止位移問題。9.3廣西梧州某大橋在某年特大洪水期間基樁和橋柱被撞歪事故的處理洪水期間被大型滾裝駁船橫向沖撞，橋面碎裂，橋柱斷裂，樁基傾斜移位。救治辦法：補設8樁基樁，擴大并加固承臺，包鋼或包碳纖維加固橋柱，修復橋面。10.1地質條件特征深湖區沉積，近期填筑4m左右雜填土。地面以下20m左右才有中細砂（中密以上）。界面呈坡狀。10．QY小區B棟（18層樓）事故的多因一果10.2建筑物特征

18層點式全剪力墻＋1層地下室。10.3樁型特征 進入持力砂層的深度僅1～1.5m，可轉動的夯擴樁。10.4事故原因1、樁基選型，遠非優化；2、基