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基坑回弹导致的断桩案例分析

发表时间：2021/5/10 来源：《建筑科技》2021年2月下作者：申洋

[导读] 根据某基坑开挖导致的断桩事故，计算了基坑回弹产生的拔力，分析了断桩事故发生的原因，提出了解决该类问题的方案，为避免类似情况发生，或解决类似问题提供了参考。

湖北省武汉市中铁第四勘察设计院集团有限公司申洋 430063

摘要：根据某基坑开挖导致的断桩事故，计算了基坑回弹产生的拔力，分析了断桩事故发生的原因，提出了解决该类问题的方案，为避免类似情况发生，或解决类似问题提供了参考。
关键词：基坑回弹   断桩
        0.引言
        预制方桩因其施工快、经济性良好而在南方地区有所使用。但在深基坑工程中，因基底回弹导致预制方桩断桩的案例也屡见不鲜本文根据大开挖基坑下，预制方桩断桩的事故为例，分析了基坑回弹与预制方桩所受拔力之间的联系，提出了解决该问题的方案。
        1.工程概况：
        拟建建筑物为一幢2层新建仓库，总建筑面积约10000m2。拟建建筑结构为框架结构，基础形式采用片筏+桩，基础埋深-6m，筏板底最大荷载10000kN。
        1.1场地工程地质条件：
        本次拟建地段勘察深度范围内揭遇的地基土属第四纪松散沉积物。主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成
        1.2工程现状
        设计基桩第一种桩边长500mm，长30米，分两节：15m+15m，共300根。实际施工采用三节：10m+10m+10m。
        桩基检测共两次，分别在基坑开挖前和基坑开挖后进行。基坑尚未开挖情况下，静载荷试验显示桩基承载力满足设计要求，桩顶最大沉降19.8mm，回弹量约12.69mm。
        基坑开挖后，基桩低应变动测报告显示，III类桩241根，占比65%，缺陷深度均发生在10m附近；承载力检测结果显示，荷载增加至仅桩基设计承载力的1/2时，桩基已经发生过量沉降，承载力不足。
        2.理论计算
        2.1回弹量
        《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）规定：土的回弹模量，按现行国家标准《土工试验方法标准》（GB/T 50123）中土的固结试验回弹曲线计算。由于底板封闭回弹模量试验无法实施，现采用刘国彬提出的回弹量计算方法。
表1 1号钻孔位置回弹计算表

        如表2、3所示，基坑底10m的基坑回弹累计值分别为27.43和29.41mm。坑底10m以下回弹量迅速减小，直至开始沉降。根据回弹和沉降的规律，基桩在坑底10m以上主要发生回弹，并产生向上摩阻力；坑底10m以下回弹量小，基桩相对土体向上滑移，土体对基桩的摩阻力向下。因此，10m左右位置为基桩的基桩拉压分界点。由于实际施工中，30m桩长分三节：10m+10m+10m进行施工，接桩位置出现在基桩基桩拉压分界点，对基桩安全有较大影响。
        2.2底板未浇筑情况下的桩上拔力
        根据2.1基底以下10m桩上拔力，根据《建筑桩基技术规范》基桩拉压分界点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值公式计算。
        基坑开挖卸荷，且底板未浇筑情况下，基桩所承受的基坑回填产生的上拔力约为760kN。
        2.3抗拔承载力
        正常基桩30m情况下，根据《桩基规范》5.4.6 第2款1)呈非整体破坏：
        基桩抗拔极限承载力标准值Tuk=2632.800kN；基桩/土自重Gp=83.171kN；基桩抗拔承载力标准值Tuk/2+Gp=1399.571kN。此处计算略小于设计抗拔承载力，但满足上部荷载要求。
        基桩普测结果显示，桩缺陷位置为埋深10m处，现计算基桩缺陷位置以上抗拔承载力。
        根据《桩基规范》5.4.6 第2款1)呈非整体破坏计算公式：
        自基底至基底以下10m长度的基桩抗拔极限承载力标准值Tuk=702.038kN；基桩/土自重Gp=17.596kN；基桩抗拔承载力标准值Tuk/2+Gp =368.615kN。根据2.2节内容，前10m长度的基桩上拔力为760kN，该段基桩抗拔承载力不足。
        3.鉴定与处理方案
        3.1桩基检测
        根据桩基低应变报告的结果，本项目III类桩241根，占比64.8%；Iv 类桩0根。
        桩身完整性的判定，根据反射波的时域特性和频域特性分析结果，按表5所列特征进行综合分析判定。

        如以上表述所示，在各类桩的判定标准上没有明确定量，仅是以明显或不明显进行区分，人为因素较大。在实际检测中，考虑到仪器精度、检测方法、其他外部影响及人为因素的影响，III类桩的判定仍需补充检测验证。预制方桩的小应变应注意以下问题：
        由于方桩特殊的接桩方法，小应变信号在接桩位置较为明显，甚至可见周期性衰减反射波。对于缺陷反射波非常明显的情况应采用高应变法进行验证检测，实际测试数据表明大部分方桩小应变信号在接桩位置存在明显反射波的情况，大应变测试结果都正常。
        预制方桩进行小应变测试效率不高，常常要花费大量的现场检测时间，有专家建议在预制方桩完整性测试中，直接将高应变抽检比例提高到10%以代替低应变完整性检测，这样可大大提高工作效率，节省检测时间，且对桩身缺陷的判读也更为精准。
        3.2处理方案
        基于以上判断和现场情况，根据对现场的破损程度可以分为三种方案：
        方案1：全方位桩基托换方案
        基于承载力损失，增加基桩数量。确定承载力损失比例后，在现有底板上开孔，埋设锚杆，采用直径377左右的开口钢管桩进行静压施工。
        方案2：现场压载验证试验
        按照上部实际传来的竖向荷载进行堆载预压，加载值不低于上部传来的设计轴力，检测筏板基础受荷载后的实际承载力。
        加载过程中由第三方进行变形观测，根据加载后沉降及差异沉降结果进行直接判断。
        方案3：局部桩基托换
        在方案1的基础上，重点选择上部荷载大、承台下III类桩比例高的部位重点进行托换，其破坏程度介于方案1和方案2之间，对原有承台和底板有所损坏，渗漏水的情况可能也会发生，底板迭合导致顶标高的调整也会受到净高的限制。
        4.结论
        （1）根据回弹量计算，基坑开挖卸荷后，基底回弹主要发生在基底至基底以下10m深度。基桩拉压分界点位置位于基底以下10m左右，刚好位于接桩部位，对基桩受力不利。
        （2）根据上拔力计算结果，未浇筑底板情况下，坑底回弹对基桩产生的上拔力为760kN，该上拔力作用于基桩10m接桩位置，会造成接桩部位受力过大而产生缺陷。
        （3）方桩混凝土分布不均，低应变结果应与圆桩有所区分。实践证明，小应变信号在方桩接桩位置较为明显，但大应变测试结果都正常。
        （4）原设计基桩承载力富余度区别较大，需根据上部结构荷载确定各个承台富余度，并制定合适的修复手段。