[摘 要] 本文结合工程设计实例，针对特殊情况下的既有桩基大偏位问题，从多方面考察基础的安全性，尽力完成可操作的验算复核，采用补桩、基础加固、地下室整体加固等措施，在专项评审的基础上评估整体结构的安全性，为同类型工程的结构处理，提供可借鉴的设计经验和方法。
[关键词] 超高层； 既有桩基础；基桩偏位；基础处理。
Luo zhengrong
（East China Architectural Design & Research Institute Co.,Ltd Shanghai 200070）
Abstract：This paper presents an example of engineering design, in view of the special circumstances of both the large deflection problem of pile foundation, from the safety of the foundation of various inspection, try our best to finish calculating the operational review, using filling pile, foundation reinforcement, integral reinforcement measures such as basement, on the basis of the special review evaluate the safety of the whole structure, the structure of the processing for similar engineering, provide a reference for the design of the experience and methods.
Keyword：Tall; Existing pile foundation; Large deviation of foundation pile; Basic processing.
引言
现代城市建筑的建设规划、区域功能的设计，需要随着市场的需求而调整；对于建造规模大周期长的项目，可能在建造初期就发生与市场需求不匹配，甚至面临着“未建成即缺乏市场”变成“烂尾楼”的窘境。对利用价值小的既有建筑、“烂尾楼”等，通过重新设计和建造，尽可能再利用，让此类建筑重新获得城市的认可和市场的青睐。
本工程为某沿海城市的一块海边场地上的“烂尾”项目，通过重新设计，使得场地的建筑得以“改头换面”，再次投入市场中，取得了较好的效果。
一、工程概况
工程位于某沿海城市的海边，场地原规划设计的功能为CBD区，地下二层的大地库上共有6幢高层办公楼，其中，东北角的办公楼为200m超高层建筑(如图1.1 )，钢管混凝土框架柱-混凝土核心筒结构体系。
（一） 原项目停建
2014年桩基及基坑围护完成，基坑开挖及垫层浇筑后，因特殊原因暂停建设。
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图1.1 拟建场地的原设计方案
建设场地的上部土层，存在40~60米深的滩涂淤泥质土，在基桩施工完毕且全面开挖后而停建。为避免基坑坍塌和市容环境的考量，建设方要求施工全部地下室后停建。
(二) 新建筑方案
2017年场地规划的建设功能修改为住宅和酒店，由11幢高层住宅、一幢约200米超高层酒店公寓及酒店裙房组成，如图1.2。
新建酒店超高层的平面位置与既有超高层办公楼完全一致；新旧大楼的结构体系也基本一致；已建地下室不得拆除，必须利用既有结构的基桩、基础和地下室结构。
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图1.2 拟建场地的新设计方案
（三） 既有基桩偏位
设计通过收集的资料发现，超高层区域的基桩发生严重的桩偏位。原基坑开挖后，超高层办公楼所在的东北角发生基坑围护坍塌，围护体（钻孔灌注桩）向西南方向倒伏。坍塌引起基坑底部的淤泥质土体发生严重侧移变形，造成超高层区域及周边的大部分桩基发生大偏移。
原设计的超高层区域内176根基桩中，148根出现向西南方向的挤压偏位，114根偏位大于1/4桩径，最大偏位约6.40米。场地土分布如表1.1；原设计基桩布置如图1.3-1；基桩偏位示意图如图1.3-2。
原设计采用钻孔灌注桩，直径1100，桩长约110m，C40，桩端后注浆；持力层⑧2圆砾，单桩承载力特征值11000kN，试验荷载22400kN，总桩数 176根。
（四） 原设计对偏桩及地基的加固处理
发生基桩大偏位后，原建设方组织了各方专家，会同原设计、施工、监理等，协商了基桩安全、补桩、基础加固等一系列处理措施，并按图1.4-1进行了补桩、基础加固处理。处理方法：
1、重建围护体。在原围护体的东侧重新建造钻孔灌注桩围护体。
2、补桩。在原超高层区域的范围内，补桩67根；因东侧基桩偏位过大不能利用，且补桩受到倒伏桩和围护的影响，在东侧地下室外墙外补桩12根；
3、底板及东侧地下室加墙等一系列处理及加固措施，即利用地下二层增加的钢筋混凝土墙“抬”上部结构框架柱；
图1.3-1 原超高层设计桩基平面图
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图1.3-2 原超高层桩基偏位平面示意图
图中：紫色、绿色圆点为桩偏位后位置；
紫色线为偏位方向；右侧围护坍塌后偏移
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图1.4-1 原超高层桩基偏位后的补桩及基础加固平面示意图
图中：空心圆圈----偏位后保留的既有桩；
黑色实心圆点----原设计补桩；
4、塔楼区域底板全部加厚，其中，核心筒下增加至3.60m，核心筒以外增加至3.00m，并向东延伸至补桩外。
二、新旧塔楼的设计要求
（一）拟建场地的自然条件
抗震设防：烈度为6度，地震设计基本加速度为0.05g，第一组；场地土类别为Ⅳ类，场地特征周期为0.65s。
风荷载：50年一遇的基本风压为0.60kN/㎡，100年一遇的基本风压为0.70kN/㎡，地面粗糙度为A类。
（二）新建酒店与原办公楼区别
设计任务要求，新建塔楼与原设计塔楼的平面位置、结构体系不变；核心筒东西向稍收进、基础及地下室不变。
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三、地基基础的疑问及解决方法
既有基桩偏桩后，原设计出具了桩基修改及地下室加固施工图，表达了“补桩”、“地下室结构加强”的做法等，如图1.4-1。但无法提供基础设计的依据性的关键文件资料，即：偏位桩的利用要求和实际施工做法；必须利用的偏位桩的完整性和承载能力检测等资料；“补桩”的检测资料；底板及地下室加固的计算分析资料等。既有基桩及基础处理的设计和施工存在较多的疑问，需要逐一提出并采取相应的处理方法。
设计会同建设方，邀请原工程的施工方、事故处理专家、地质勘察设计、基桩检测，以及审图、质检等专家召开专项评审会，有针对性地提出和解决问题。
（一）偏位桩的利用
其一，原设计未明确偏位桩的利用原则。其二，必须利用的偏位桩的没有检测桩身完整性。其三，必须利用的偏位桩没有进行静荷载试验。
一致意见是：1、垂直度偏差不超过1%时可以利用原设计的全部单桩承载力[1]；垂直度偏差超过1%而不超过3%时，可以按偏差值进行打折利用[2]；其它桩视为废弃处理。2、根据当地基桩施工经验，垂直度偏差不超过1%的工程桩，其桩身完整性可按原检测结果。3、桩身完整性和单桩承载力按既有检测结果。
（二）原补桩的利用
原补桩施工后，仅实施了低应变检测，但无静荷载试验。
设计要求在原塔楼场地的东侧（2根）、北侧（1根）共施工了3根同类型的补充试验桩。经过“自平衡”试验，单桩承载力均满足原设计的承载力要求，如图3.2。
图3.2 补充试验桩的结果
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一致意见是：1，补充试验桩的承载能力可以视为原设计“补桩”的承载能力验证。2，考虑到工程桩为摩擦型超长桩，承载力离散性小，可以取补桩的单桩承载力特征值同原工程桩。
（三）坍塌区域土层的稳定
场地土层在上部存在深度40~60米的“巨厚”淤泥层，由②1含砂淤泥层、②2淤泥层、③淤泥质粘土层组成。场地土层分布如表1.1。
基坑坍塌后的专家意见认为 ：“监测数据表明，基坑东边深层土体位移较大”。说明坍塌已经造成大量深层土体发生移位，即土体被扰动了。但无监测资料、检测数据说明“土体扰动”的范围、深度，以及对已建基桩承载能力的影响。设计是否需要考虑基坑坍塌后的土层扰动对桩基承载力的影响？是否需要考虑淤泥土层的欠固结而产生的负摩阻力
设计基桩的持力层为第⑧2圆砾层，桩端土的承载力特征值qpa约为1000kPa，变形模量28MPa，且采用桩端后注浆工艺，应属于端承型或摩擦端承桩型的基桩。
综合认为：鉴于被扰动的淤泥层已经静置近3年，可能存在欠固结产生的负摩阻力，但对桩基的承载力影响不大，设计可以不考虑负摩阻力因素。
（四）桩身的完整性
原设计施工的桩基，提供了低应变检测和静荷载试验报告，基桩的承载力和桩身完整性符合设计要求。
按规范 [3]要求，设计等级为甲级的大直径灌注桩，应按总桩数的10%进行钻芯法或声波透射法检测桩身完整性。工程桩径1100，桩长110米的大直径超长桩，仅低应变检测桩身完整确性可能存在较大误差。
结合后期补桩的检测数据以及当地工程经验，专家组认为桩身完整性可以相信低应变结果。
（五）“抬”框架柱的结构合理性
基坑坍塌引起基桩大偏位后，原设计调整了基础及地下室设计：在适当的位置补桩；塔楼东侧的框架柱下受坍塌围护影响没有补桩，采取地下室外围补桩，并利用400厚混凝土墙“抬”东侧的框架柱（如图1.4-1）。此处理方法存在较大不确定性：
1、东侧框架柱下基桩明显不足，设计在距离框架柱外约7.30处补桩，不能确定补桩能切实向框架柱提供可靠的承载力。
2、设计利用单向布置的400mm厚钢筋混凝土墙与底板共同“抬”住框架柱，使框架柱荷载的一部分传递向外围补桩，不能确定传力的有效性。
3、单向墙“抬”框架柱的方式，难以保证框架柱弱向变形与整体结构一致。
基础再加固处理：因基坑坍塌，塔楼核心筒外东侧的底板及地下室尚未施工，可以局部调整结构设计（图3.5），整体加强东侧基础及地下室刚度。具体有：1）东侧框架柱下重新补桩；2）将原设计400厚“抬柱墙”加厚至800；3）框架柱轴网方向增加400厚钢筋混凝土墙，使“抬柱墙”形成双向布置墙；4）局部底板加厚。
处理后的基桩包括：保留偏位不大于1%的原设计桩109根，原补桩79根，新补桩17根，共计205根；相比原塔楼（176根）约增加16.5%。其中，有20根基桩离塔楼东侧稍远，可能利用率不充分；基桩布局整体承载力重心偏向东侧，需要在西侧和南侧补桩适当调整。
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图3.5 新塔楼的补桩及基础处理图
四、基础的复核验算
（一）复核计算的主要原则
1、偏位桩的偏位距离不大于1100mm（垂直度≤1%）的全部利用；偏位距离大于1100mm的，根据需要少量利用，原则上尽量不利用。
2、偏桩利用以基本符合规范布桩间距要求为原则；当不符合要求时，控制桩不少于2倍桩径；
3、假定所有保留使用的基桩桩身完整性符合规范要求，承载力特征值不少于11000kN。
4、增加补桩。在塔楼的东侧增加补桩，并尽量靠近主楼；根据复核计算情况，在西侧、南侧再补桩减少桩心与荷载中心偏差。
5、扩充底板。既有底板基础外增加补桩区域的底板，并与主楼底板连成一体。
6、补桩同原设计，均采用桩端孔底注浆。
7、基础复核主要目标：各工况下，既有基桩的反力、基础承载能力及变型等，符合现设计要求。
（二）基础复核验算
前期分析显示，新塔楼比原设计荷重增加约16.5%。通过采用轻质墙体，优化构件截面等方式减轻荷载。反复调整方案及计算分析，加固处理的基础符合规范的要求。基础计算软件采用YJK进行计算。
1、桩反力
通过补桩，东侧框架柱下的底板冲切锥内不少于4根基桩。按规范要求[4]:标准组合下Nk≤R；偏心荷载作用下 Nkmax≤1.2R；地震荷载和竖向荷载作用下NFk≤1.25R, NFkmax≤1.5R。结果表明：1）“恒荷载+活荷载”低水位的荷载标准组合作用下，有3根桩的单桩反力（11637kN）稍大于承载力，可以接受；2）偏心荷载作用下，桩反力均不大于13000kN；3）塔楼控制工况为风荷载，地震作用下的桩反力小于偏心荷载作用。
2、基础底板
通过补桩、底板加厚、东侧部分“抬柱墙”加强和增加后，基础整体变形协调能力更好。结果表明：底板中心点变形为39mm，东侧外围墙下变形17~21mm，西、南、北侧变形23~31mm。既有底板的抗力符合现设计要求。
3、“抬柱”验算
基础整体计算分析表明，增加墙体后，东侧区域的底板及地下室结构形成了较强的整体刚度，框架柱下荷载可以分散传递至基础底板及周边区域的基桩上，避免了柱下区域桩顶反力过大，从而有效减少了底板的变形。
五、结语
通过本工程基础缺陷的详细分析、专家论证，以及加固处理时全过程的配合，设计认为：
1、厚层软土场地的建筑，必须重视基坑围护设计及施工安全。淤泥土层较厚且稳定性较差的建设场地，必然涉及到基坑开挖和围护的安全问题；而基坑坍塌，往往会造成地基土大量扰动和基桩偏位，影响建筑物的后续建设和工程经济性。
2、发生基桩偏位后，应组织专业人员现场评估安全性和抢险工作，稳定基坑，避免更大的危险和损失。由专业检测部门，对偏位的基桩进行必须的测量和检测记录，评估基桩完整性和承载能力变化。
3、设计应根据出险后的基桩检测结果、专业评审意见、现场真实情况等，做出地基及基桩加固方案，并报送相关部门审核。必须保留完整的事故处理资料，并确保后续建设的基础安全。
4、工程后续设计和施工前，必须对偏位基桩进行慎重复核和计算分析，在充分论证的基础上再利用既有或缺陷基础。
5、应充分收集和保存事故发生及处理的全过程文件资料，作为后续建设的设计和施工的依据性文件。
参考文献
[1] 建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002），中国计划出版社， 2002。
[2]陈思晓， 长大直径桩承载力受桩孔垂直度影响的分析，兰州理工大学, 2010。
[3]建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2014），中国建筑工业出版社，2014。
[4] 建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），中国建筑工业出版社，2008。
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