位于南京市熱河南路東側(cè)的某商城，其設(shè)計總建筑面積85000m²，地上30層，地下2層，1997年建成7層以下部分并投入使用，上部因諸多問題而停工。計劃1999年進行7層以上的建設(shè)。

該工程樁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注端承樁，樁基礎(chǔ)施工完畢后，部分工程樁存在重大質(zhì)量隱患，因此，根據(jù)設(shè)計院和質(zhì)監(jiān)站的要求，在主體施工前必須進行徹底處理。

該工程底層為商場現(xiàn)已投入使用，地下室的層高3.4m，給樁基處理的設(shè)計和施工提出了許多特殊要求，施工過程中也解決了大量棘手的實際問題。整個加固處理歷時一年多，現(xiàn)就此做一論述，供業(yè)內(nèi)同行在處理類似病害工程中借鑒。

1．事故的成因

1996年，該工程開始施工，地下室基坑支護采用深層水泥攪拌樁擋土，在地下負二層土方開挖后，由于坑中坑沒有支護設(shè)施，主樓和裙樓交界處的土體局部失穩(wěn)、坍塌，土體發(fā)生大面積的滑動，擠土效應導致主樓的部分工程樁出現(xiàn)偏位傾斜。

根據(jù)當時施工監(jiān)理的樁位現(xiàn)場記錄，受到影響的有29根工程樁，最大的樁位偏移達2.3mm，隨后經(jīng)過低應變檢測，發(fā)現(xiàn)有多根樁樁身出現(xiàn)斷裂，斷裂的位置為距離樁頂約10m處。施工單位及建設(shè)單位未向質(zhì)監(jiān)站和設(shè)計院通報，擅自進行了草率、倉促的處理，并繼續(xù)進行了7層以下的施工。

2．病害工程樁的判定

為確保處理工作的科學、準確、經(jīng)濟，必須對有問題的工程樁進行質(zhì)量判定。

1999年，通過原始資料分析，經(jīng)南京市多位專家論證，認為可能影響工程質(zhì)量的工程樁涉及到現(xiàn)有的6個承臺，其中最為嚴重的主裙樓相接處主樓3根框架柱下共9根樁，直徑φ1.2m，決定判定工作從該樁入手。

判定工作的范圍為：樁身的完整性、垂直度和樁身混凝土的抗壓強度。

樁身的完整性、垂直度的測試是采用鉆孔取芯、超聲波檢測和CT掃描的方法同時進行的，其方法如下：

在原樁位的中心垂直鉆孔（ZK1），以此為圓心，在半徑0.8m的圓周上設(shè)置東西南北向的4個垂直鉆孔（AK2-5），全部5個孔垂直鉆進深度為16m，孔位全部取芯，作混凝土完整性的初頻判斷和單軸抗壓強度試驗。以ZK1為軸，分ZK1/ZK2-5四個面，用非金屬超聲波探測儀檢測樁身在0°~45°范圍內(nèi)進行掃描，步長0.2m，同時用CT掃描儀進行樁身立體成像，根據(jù)掃描成果計算樁體的傾斜方向和角度，同時判定樁身的缺陷，如樁的斷裂、夾泥等情況。

結(jié)論：樁頂以下6m~8m左右的樁身混凝土存在嚴重斷裂和夾泥，其他區(qū)域有中度松散和空洞的現(xiàn)象，7m~14m段的樁身向東南方向傾斜，東傾4%，南傾2.5%，與檢測前專家的預測和計算結(jié)果基本吻合，其他部分混凝土抗壓強度合格。

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，判定該工程樁不合格，簡稱為“病害樁”。根據(jù)專家小組的意見，對其他5個承臺下的有關(guān)工程樁也進行鉆芯取樣，結(jié)果混凝土的物理指標基本同上。結(jié)合前期的低應邊測試，經(jīng)過多次嚴密地計算，一直認為這部分樁均屬于嚴重不合格樁，承載力遠遠不能達到原設(shè)計的要求，都必須進行加固處理。

3．樁加固方案的確定和實施

對所有因采用鉆芯取樣產(chǎn)生的檢測孔的工程樁以及部分樁身存在的輕微缺陷，統(tǒng)一采用壓力注漿補強，每根樁補4只孔，高壓清漿后加插直徑φ80mm、厚10mm的鋼管分3至4次注漿。

通過對現(xiàn)有的地下室地板梁結(jié)構(gòu)剛度的分析計算，認為回固處理工作的重點還是應放在對病害工程樁和承臺的處理上，這是本次加固工作的一個重要環(huán)節(jié)。處理前比較了兩種加固方案：

方案一是錨桿靜壓鋼管樁部分托換方案。

利用建筑物的結(jié)構(gòu)自重和樁基礎(chǔ)的負磨擦作為反力，通過后補在基礎(chǔ)上的錨桿螺栓的連接，穿過底板開鑿的孔洞將鋼管樁壓入地基土體中，直到鋼管樁達到設(shè)計長度或設(shè)計承載力值時為止，設(shè)計長度為設(shè)計壓力值是通過在建筑物外的試樁后折算而來。壓樁完成后，對基礎(chǔ)進行封樁處理。

鋼管樁直徑為φ508mm、壁厚為18mm，內(nèi)灌微膨脹混凝土。

目前，7層以下部分建成已經(jīng)4年，沉降已經(jīng)穩(wěn)定，建筑物基本處于正常狀態(tài)，故認為病害樁尚具有一定的承載力（在此期間未發(fā)生地震），通過進一步的壓力注漿進行樁身修復，可以承擔7層以上的結(jié)構(gòu)荷載，仍可以繼續(xù)讓其發(fā)揮作用。另外，通過在原樁位附近重新補的鋼管樁可以承擔7層以上的荷載和7層以下的部分荷載。

方案二是鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換方案。

考慮到目前檢測手段和計算理論所限，注漿修復后的受損樁的殘余承載力難以準確量定，新舊荷載在承臺處存在共同作用，受力分析比較復雜，提出采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換的方案，設(shè)定以后受損樁不參加工作，上部荷載完全由新成樁來承擔，舊樁的殘余承載力只作為安全儲備。新樁樁徑分別為φ0.8m、φ1.2m，混凝土強度標號為C35，樁的承載力和數(shù)量通過試樁結(jié)果經(jīng)計算提出。

方案比較：方案一具有經(jīng)濟、施工周期短的優(yōu)點，但是缺點是方案的經(jīng)驗成份較高，新舊樁在上部荷載的傳遞分配上不夠直觀，舊樁的承載力的準確數(shù)值不明確，而且新舊混凝土的應變差異會使受力結(jié)構(gòu)的受力分析非常復雜。方案二的優(yōu)點是荷載傳遞路徑清晰，樁基礎(chǔ)無隱患，加固的過程比較科學，可靠性大大提高。缺點是工期長、投資大，而且鉆孔樁施工機具由于受層高的限制需要改造。

考慮到建設(shè)工程的百年大計和人民的生命安全，專家小組最后慎重選定方案二作為本工程的加固處理方案。

有用第二方案，與鋼管樁相比，鉆孔灌注樁的單樁承載力大大提高，樁的總數(shù)量也有所減少，施工難度相對減小，共成樁38根，施工過程中加強了對樁的施工質(zhì)量的監(jiān)理，加強了樁入巖深度的控制。

4．加固過程中承臺上荷載的轉(zhuǎn)移

第二加固的另一個重要環(huán)節(jié)是對原有承臺進行加固，通過新承臺將建筑的的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行有效連接，荷載的轉(zhuǎn)移是通過新舊承臺的連接和結(jié)構(gòu)框架柱的加固來實現(xiàn)的（圖1）。

由于建筑和設(shè)備專業(yè)的要求，新建的承臺的頂標高不能高于地下室地板頂標高，這也就意味著要想形成有效的連接，必須將現(xiàn)有的直下室梁板和承臺的一部分混凝土鑿除，由于承臺已經(jīng)承受著上部七層（包括二層地下室）傳下來的荷載，所以混凝土鑿除的具體數(shù)量由設(shè)計人員經(jīng)過精確計算確定。為了保證新舊承臺的連接，在舊承臺混凝土上進行植筋，植筋數(shù)量由設(shè)計人員經(jīng)過計算確定。

經(jīng)計算，將原承臺上的結(jié)構(gòu)柱地下第二層高度范圍內(nèi)周邊從上到承臺加包鋼筋混凝土，擴大了斷面，保證了新承臺鋼筋混凝土抵抗沖剪的能力。新外包的鋼筋混凝土的主筋的布置按照框架柱的配筋形式設(shè)置，并同新舊承臺的主筋相連接。結(jié)構(gòu)框架柱的加固也采用了植筋技術(shù)。

為了保證植筋的施工質(zhì)量，植筋過程中加強了對干孔和濕孔不同條件下植入深度的控制，施工完成后對每一根植筋都進行了拉拔試驗，直致全部滿足設(shè)計要求。

這樣，上部主體的荷載通過擴大了的結(jié)構(gòu)樁傳到新承臺上，再由新隨臺傳遞至新成的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁上，從而實現(xiàn)了荷載的轉(zhuǎn)移，原來已有的經(jīng)過修復的受損樁的殘余承載力也同時在參加工作，達到安全儲備的目的。



圖1 灌注樁補樁承臺及柱子架固示意圖

5．加固工程樁的驗收

加固工程樁的驗收主要是采用自平衡技術(shù)檢測單樁承載力，小應變檢測技術(shù)檢測樁身的完整性、混凝土試塊的試壓檢測樁身混凝土的強度完成的。

單樁承載力的檢測依據(jù)是江蘇省地上標準《樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程》和JGJ94-94附C《單樁豎向抗壓靜載試驗》，自平衡測樁技術(shù)是東南大學的一項在該領(lǐng)域具有革命性的全新的檢測技術(shù)，對場地空間無特殊要求，特別適合本工程地下室層高低的不利因素，不需要任何堆載及大型設(shè)備。原理如下：

在樁施工過程中，將一種特制的加載設(shè)備荷載箱一樁鋼筋籠的主筋相焊接，經(jīng)計算，將它埋入距樁底2m處，將荷載箱的高壓油管和位移棒一起引到地面，混凝土澆筑15天后，用高壓油泵按照加載規(guī)范的要求向荷載箱充油而加載，荷載箱通過上下厚鋼板將壓力傳遞到樁身，其上部樁身的摩擦力和下部樁身的摩擦力及端阻力相平衡。根據(jù)上下Q-S、S-LgT、S-LgQ曲線確定樁的承載力。按照規(guī)范，共檢測了2根樁，檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求。

樁身混凝土完整性的檢測是采用低應變檢測技術(shù)實現(xiàn)的，每根樁均采用多點激蕩，采集一條一致性較好的原始波形作為分析依據(jù)。檢測結(jié)果為A類樁28根、B類樁10根，均滿足要求，可以作為工程樁使用。

通過對混凝土試塊的試壓，單軸抗壓強度全部滿足設(shè)計要求。

6．七層以上部分塔樓設(shè)計和施工中需要注意的幾個問題

由于在地下室地板處進行后期局部樁基加固，基礎(chǔ)的剛度存在差異，所以在進行上部建筑的設(shè)計上應加以注意，注意上部結(jié)構(gòu)剛度的比例和協(xié)同作用。

盡可能通過上部結(jié)構(gòu)形式的變換來調(diào)整荷載的傳遞路徑，以保證新承臺等鋼筋混凝土的安全。

在新承臺上柱腳處設(shè)置壓力應變片，隨著上部施工的進展，及時、同步跟蹤檢測柱底軸力的變化，以便進一步驗證加固工作的成果，給上部工程的設(shè)計、施工提供參考。

設(shè)計上盡可能選用輕型建筑材料，減輕樁基礎(chǔ)的工作荷載。

加強沉降的觀測和數(shù)據(jù)的處理。

7．加固處理施工的幾點體會

由于加固處理工作是在地下室負二層內(nèi)完成的，埋深為-7m，地下水位很高，采用人工方法直接在工作面處集中降水不僅量大，而且因降水速度過快曾經(jīng)導致建筑物沉降的異常。合理的方案應在施工面以外一定距離內(nèi)采用多點同時降水，密切觀測已建成建筑物的沉降情況。

由于工作面處單點集中降水及前期土體坍塌滑動后處理不當，地下室地板下的土體被嚴重深度擾動，形成了大量的流砂、流土，局部地板下形成大面積空洞。鋼筋混凝土鉆研孔樁成孔后相互連通，混漿護壁很難成形，部分樁出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象。混凝土在澆筑過程中，往往會通過部分空洞進入周圍的樁孔，既影響混凝土的澆筑質(zhì)量，也影響周圍樁孔的質(zhì)量，許多孔因此成為廢孔，需要進行二次成孔。所以對于樁成孔來說，合理的方案應該是上半部2m左右范圍內(nèi)采用混凝土護壁、下半部采用混漿護壁，應重點加強對成孔質(zhì)量的控制。

由于改進后的鉆機高度很低、自重較小，穩(wěn)定性降低，成孔后的實際孔徑往往大大超過設(shè)計值，加上地板下空洞的存在，混凝土的實際充盈系數(shù)普遍超過規(guī)范，一般在1.5~1.7，部分達到2.5~2.8。另外，設(shè)備改造增加費用以及混凝土的鑿除和澆筑效率均同現(xiàn)有維修定測算的條件不相同。所以，不論是建設(shè)單位還是施工單位，在估算此類加固工程的投入時，應予以注意。

本工程的病害工程樁如果在發(fā)現(xiàn)問題的早期就進行準確的加固處理，相信不是什么困難的事情，按照目前定額水平，總投資不會超過30萬元。然而，到目前為止，僅用于加固處理的費用已經(jīng)累計投入資金近700萬元，。如果計算間接損失，數(shù)值已經(jīng)達到數(shù)千萬元。因而從中可以得到一個教訓：對病害工程的處理應堅決做到“五個一定”，即發(fā)現(xiàn)一定要及時、態(tài)度一定要負責、病根一定要查明，方案一定要科學、處理一定要徹底。