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【摘要】本文以某水厂组合池桩基事故为例，通过分析对局部区域采取提高底板刚度，并对大面积III类及IV类桩提出预应力混凝土方桩及灌注桩两种补桩方案并进行技术及经济比较，确定采用预应力混凝土方桩方案。同时分析了桩基事故产生的原因，提出了在软土地区桩基及基坑施工注意事项。
【关键词】桩基事故；补桩；基坑开挖
1、工程概况
某水厂深度处理组合池，平面尺寸约100mx50m，主要由活性炭滤池、管廊一、管廊二、后臭氧接触池、中间提升泵房、变电所等部分组成。其中活性炭滤池基础埋深约3.6m，管廊一及管廊二基础埋深约4.4m，后臭氧接触池基础埋深约3.6m，中间提升泵房基础埋深约6.7m，变电所基础埋置约2m。活性炭滤池、中间提升泵房、后臭氧接触池采用桩筏基础，中间管廊及变电所采用柱下承台桩基础，设计桩型采用KFZ-A400（240）先张法预应力混凝土空心方桩，桩长23m～26m，设计单桩竖向承载力特征值不小于800kN。
桩基施工完毕后对预应力桩进行检测，检测发现III、IV类桩数137根，I、II类桩数441根（I、II类桩桩位偏差数为122根），其中III、IV类桩主要分布在除中间提升泵房和变电所外部位。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）要求，III类桩为桩身有明显缺陷影响桩基承载力，IV类桩为桩有严重缺陷，必须对桩基础进行加固处理。
2、地质资料
根据地质勘探资料描述，该厂区土层共分8个土层，具体描述如下：
第1层杂填土：主要成份为粉质粘土，色杂，稍湿，松散，含大量碎砖及大块混凝土等建筑垃圾，土质不均匀。场区普遍分布，约0.8m厚。
第2层粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑～软塑，含铁锰质浸染斑点，切面稍有光泽，无摇震反应，中等干强度，中等韧性，土质较均匀。场区普遍分布，约0.9m厚。
第3层淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，切面稍有光泽，无摇震反应，中等干强度，中等韧性，局部夹少量粉土团块，土质较均匀。场区普遍分布，厚约13m。
第4层粉砂：灰黄色，饱和，中密，矿物组成以石英为主，含云母碎片，颗粒级配不良，粘粒含量低，土质欠均匀。场区普遍分布，厚约2m。
第5层砂质粉土：灰色，湿，稍～中密，无光泽反应，搖震反应迅速，低干强度，低韧性，局部夹粉砂团块，土质不均匀。场区普遍分布，厚约4m。
第7层粘质粉土：灰色，湿，稍密，无光泽反应，摇震反应中等，低干强度，低韧性，局部夹粉砂薄层（单层厚3～10cm），土质不均匀。场区普遍分布，厚约5.4m。
第8层粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑，切面稍有光泽，无摇震反应，高干强度，高韧性，局部夹粉土团块，土质较均匀。场区普遍分布。该层未穿透，一般超过10m厚。
由以上描述可知，该厂区场区存在较厚软弱土层淤泥质粉质粘土，深度处理组合池底板位于第3层淤泥质粉质粘土层，基桩需穿越约13m厚软弱土层，桩端持力层为8层粉质粘土，该层土桩端阻力极限值为2200kpa。
3、桩基处理方案
考虑现场各区域桩基损坏情况、施工条件、补桩质量、施工进度要求等多方面因素，并结合工程地质勘探资料确定合理的方案以保证桩基础结构安全。
根据桩基检测结果，中间提升泵房及管廊部分无III、IV类桩，桩基质量相对较好，具备底板施工条件，该部分区格可先期进行底板浇筑。活性炭滤池及后臭氧接触池部分区格中仅有1～3根III类或IV类桩，通过计算，现有桩基满足承载力要求，对此类情况，不进行补桩，可通过增加底板刚度加强基础安全，具体为增加活性炭滤池及后臭氧接触池底板厚度及其配筋，施工时按修改后底板结构图先行底板浇筑。
针对活性炭滤池及后臭氧接触池等存在大面积III类和IV类损坏基桩区域拟采用补桩，根据建筑桩基规范要求，结合现场情况结合现场实际情况，补桩桩型可选用预制空心方桩、钻孔灌注桩两种方案。两种方案介绍如下：
3.1预应力空心方桩补桩方案
预应力混凝土空心方桩方案描述如下：
（1）拟进行补桩区格进行表层硬化处理
中间提升泵房及管廊等先行施工底板部分完成施工后，在待处理桩基范围内桩间开挖施工800 mm（宽） x 800 mm（深）格埂式水泥稳定碎石层，水泥含量5%，碎石级配符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）附录D中表D.1要求。具体布置详见图1格埂式水泥碎石稳定层平面布置图及图2格埂式水泥碎石稳定层剖面布置图。水泥稳定碎石层养护完成后，在现状地面上铺设800mm厚砂石垫层，砂石垫层分层压实，压实系数0.94。
（2）补桩桩基（预应力混凝土空心方桩）施工
针对现场III类和IV类桩采用与原桩同规格预应力混凝土空心方桩进行补桩，补桩桩长25m，根据桩基检测资料，共需补桩127根，具体详见图3补桩桩位平面图。为避免补桩施工过程对现有桩基造成二次破坏，桩基施工宜采用D35或以下锤击桩机械等施工荷载较小的锤击桩机械进行压桩，减小施工荷载，同时应根据补桩桩位合理安排施工顺序，尤其是注意不得对已有桩基造成重复碾压，减少施工对桩基的影响。
（3）桩基施工完毕后进行砂石垫层挖除外运。
3.2钻孔灌注桩补桩方案
（1）砂垫层施工
先行施工底板施工完成后，在待处理桩基范围内铺设600mm厚砂石垫层，砂石垫层应分层压实，压实系数不小于0.94。
（2）钻孔灌注桩施工
针对现场III类和IV类桩采用直径800钻孔灌注桩补桩，补桩桩长约25m，单桩承载力特征值约1100KN，共需补桩约109根。
（3）桩基施工完毕后进行砂石垫层挖除外运。 3.3补桩方案对比
预应力混凝土空心方桩、钻孔灌注桩均为施工工艺成熟、成桩质量可靠的桩型，针对此项目具体情况，两种方案对比分析结果如表1所示：
经过以上比较，综合考虑两种方案在结构安全、造价、工期等方面的优缺点，推荐采用预应力混凝土空心方桩进行补桩的方案。
4、事故分析及注意事项
根据检测结果及施工现场实际情况分析，该工程出现大面积基桩断裂破坏及基桩偏位的主要原因是施工单位组织基坑开挖施工中，未严格按施工规范标准要求组织基坑开挖及土方外运施工，基坑开挖施工未分层，部分土挖除后在桩顶堆土过厚，施工路线不合理且挖土重型车辆桩顶来回碾压等原因，导致第3层淤泥质粉质粘土层土体滑动，桩基承受过大水平力，出现断桩桩现象。
补桩施工中，施工单位制定施工方案时应根据补桩桩位合理制定施工顺序、施工路线，减少施工对桩基的影响。桩基范围内禁止大型机械进入，避免因施工荷载较大对桩基产生二次破坏；水泥稳定碎石层，砂垫层、土方施工等建议采用人工或轻型机械施工；管廊一底板施工时同时施工上翻壁板；所有底板浇筑完成后禁止机械进入；补桩范围内应设置袋装砂井或者塑料排水带，袋装砂井直径70mm，间距1.5m，深度10m，塑料排水带的间距、深度与袋装砂井相同；桩基施工时，当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。
结论：
补桩施工完毕后对处理范围内基桩进行桩基承载力及桩身完整性检测，未发现III类及IV类桩，承载力亦满足要求。同时看到该地区位于东部沿海软土地区，淤泥质土层较厚，在类似地区进行基坑开挖施工，如施工单位不严格按照施工规范合理组织施工，极易引起软土发生滑移，造成桩位偏移、倾斜甚至断裂事故，影响结构安全，造成工程浪费。因此桩基及土方开挖前一定要按照有关规范合理制定施工组织方案并在施工中严格执行，基坑开挖时应特别注意以下几点：
（1）挖土宜分层、分区对称均匀开挖，且软土时桩周土体高差不宜大于0.5m。
（2）做好基坑支护措施，确保基坑支护结构或基坑边坡土层的稳定。
（3） 基坑挖土及其它重物不得堆载在基坑顶部边缘地带，避免重型施工机械来回碾压。
（4）嚴禁在同一基坑范围内的施工现场边沉桩边开挖基坑。
（5）饱和粘性土、粉土地区，应在打桩全部结束15d后进行基坑开挖。
（6）机械开挖时应小心操作，不得碰及桩身，挖到距离桩顶标高0.5m以上，宜改用人工挖除桩顶余土，防止破坏桩基，以保证桩的质量安全。
参考文献：
[1]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].
[2]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].
[3]JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].
作者简介：
陈令才（1986-），男，工程师。
【关键词】桩基事故；补桩；基坑开挖
1、工程概况
某水厂深度处理组合池，平面尺寸约100mx50m，主要由活性炭滤池、管廊一、管廊二、后臭氧接触池、中间提升泵房、变电所等部分组成。其中活性炭滤池基础埋深约3.6m，管廊一及管廊二基础埋深约4.4m，后臭氧接触池基础埋深约3.6m，中间提升泵房基础埋深约6.7m，变电所基础埋置约2m。活性炭滤池、中间提升泵房、后臭氧接触池采用桩筏基础，中间管廊及变电所采用柱下承台桩基础，设计桩型采用KFZ-A400（240）先张法预应力混凝土空心方桩，桩长23m～26m，设计单桩竖向承载力特征值不小于800kN。
桩基施工完毕后对预应力桩进行检测，检测发现III、IV类桩数137根，I、II类桩数441根（I、II类桩桩位偏差数为122根），其中III、IV类桩主要分布在除中间提升泵房和变电所外部位。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）要求，III类桩为桩身有明显缺陷影响桩基承载力，IV类桩为桩有严重缺陷，必须对桩基础进行加固处理。
2、地质资料
根据地质勘探资料描述，该厂区土层共分8个土层，具体描述如下：
第1层杂填土：主要成份为粉质粘土，色杂，稍湿，松散，含大量碎砖及大块混凝土等建筑垃圾，土质不均匀。场区普遍分布，约0.8m厚。
第2层粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑～软塑，含铁锰质浸染斑点，切面稍有光泽，无摇震反应，中等干强度，中等韧性，土质较均匀。场区普遍分布，约0.9m厚。
第3层淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，切面稍有光泽，无摇震反应，中等干强度，中等韧性，局部夹少量粉土团块，土质较均匀。场区普遍分布，厚约13m。
第4层粉砂：灰黄色，饱和，中密，矿物组成以石英为主，含云母碎片，颗粒级配不良，粘粒含量低，土质欠均匀。场区普遍分布，厚约2m。
第5层砂质粉土：灰色，湿，稍～中密，无光泽反应，搖震反应迅速，低干强度，低韧性，局部夹粉砂团块，土质不均匀。场区普遍分布，厚约4m。
第7层粘质粉土：灰色，湿，稍密，无光泽反应，摇震反应中等，低干强度，低韧性，局部夹粉砂薄层（单层厚3～10cm），土质不均匀。场区普遍分布，厚约5.4m。
第8层粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑，切面稍有光泽，无摇震反应，高干强度，高韧性，局部夹粉土团块，土质较均匀。场区普遍分布。该层未穿透，一般超过10m厚。
由以上描述可知，该厂区场区存在较厚软弱土层淤泥质粉质粘土，深度处理组合池底板位于第3层淤泥质粉质粘土层，基桩需穿越约13m厚软弱土层，桩端持力层为8层粉质粘土，该层土桩端阻力极限值为2200kpa。
3、桩基处理方案
考虑现场各区域桩基损坏情况、施工条件、补桩质量、施工进度要求等多方面因素，并结合工程地质勘探资料确定合理的方案以保证桩基础结构安全。
根据桩基检测结果，中间提升泵房及管廊部分无III、IV类桩，桩基质量相对较好，具备底板施工条件，该部分区格可先期进行底板浇筑。活性炭滤池及后臭氧接触池部分区格中仅有1～3根III类或IV类桩，通过计算，现有桩基满足承载力要求，对此类情况，不进行补桩，可通过增加底板刚度加强基础安全，具体为增加活性炭滤池及后臭氧接触池底板厚度及其配筋，施工时按修改后底板结构图先行底板浇筑。
针对活性炭滤池及后臭氧接触池等存在大面积III类和IV类损坏基桩区域拟采用补桩，根据建筑桩基规范要求，结合现场情况结合现场实际情况，补桩桩型可选用预制空心方桩、钻孔灌注桩两种方案。两种方案介绍如下：
3.1预应力空心方桩补桩方案
预应力混凝土空心方桩方案描述如下：
（1）拟进行补桩区格进行表层硬化处理
中间提升泵房及管廊等先行施工底板部分完成施工后，在待处理桩基范围内桩间开挖施工800 mm（宽） x 800 mm（深）格埂式水泥稳定碎石层，水泥含量5%，碎石级配符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）附录D中表D.1要求。具体布置详见图1格埂式水泥碎石稳定层平面布置图及图2格埂式水泥碎石稳定层剖面布置图。水泥稳定碎石层养护完成后，在现状地面上铺设800mm厚砂石垫层，砂石垫层分层压实，压实系数0.94。
（2）补桩桩基（预应力混凝土空心方桩）施工
针对现场III类和IV类桩采用与原桩同规格预应力混凝土空心方桩进行补桩，补桩桩长25m，根据桩基检测资料，共需补桩127根，具体详见图3补桩桩位平面图。为避免补桩施工过程对现有桩基造成二次破坏，桩基施工宜采用D35或以下锤击桩机械等施工荷载较小的锤击桩机械进行压桩，减小施工荷载，同时应根据补桩桩位合理安排施工顺序，尤其是注意不得对已有桩基造成重复碾压，减少施工对桩基的影响。
（3）桩基施工完毕后进行砂石垫层挖除外运。
3.2钻孔灌注桩补桩方案
（1）砂垫层施工
先行施工底板施工完成后，在待处理桩基范围内铺设600mm厚砂石垫层，砂石垫层应分层压实，压实系数不小于0.94。
（2）钻孔灌注桩施工
针对现场III类和IV类桩采用直径800钻孔灌注桩补桩，补桩桩长约25m，单桩承载力特征值约1100KN，共需补桩约109根。
（3）桩基施工完毕后进行砂石垫层挖除外运。 3.3补桩方案对比
预应力混凝土空心方桩、钻孔灌注桩均为施工工艺成熟、成桩质量可靠的桩型，针对此项目具体情况，两种方案对比分析结果如表1所示：
经过以上比较，综合考虑两种方案在结构安全、造价、工期等方面的优缺点，推荐采用预应力混凝土空心方桩进行补桩的方案。
4、事故分析及注意事项
根据检测结果及施工现场实际情况分析，该工程出现大面积基桩断裂破坏及基桩偏位的主要原因是施工单位组织基坑开挖施工中，未严格按施工规范标准要求组织基坑开挖及土方外运施工，基坑开挖施工未分层，部分土挖除后在桩顶堆土过厚，施工路线不合理且挖土重型车辆桩顶来回碾压等原因，导致第3层淤泥质粉质粘土层土体滑动，桩基承受过大水平力，出现断桩桩现象。
补桩施工中，施工单位制定施工方案时应根据补桩桩位合理制定施工顺序、施工路线，减少施工对桩基的影响。桩基范围内禁止大型机械进入，避免因施工荷载较大对桩基产生二次破坏；水泥稳定碎石层，砂垫层、土方施工等建议采用人工或轻型机械施工；管廊一底板施工时同时施工上翻壁板；所有底板浇筑完成后禁止机械进入；补桩范围内应设置袋装砂井或者塑料排水带，袋装砂井直径70mm，间距1.5m，深度10m，塑料排水带的间距、深度与袋装砂井相同；桩基施工时，当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。
结论：
补桩施工完毕后对处理范围内基桩进行桩基承载力及桩身完整性检测，未发现III类及IV类桩，承载力亦满足要求。同时看到该地区位于东部沿海软土地区，淤泥质土层较厚，在类似地区进行基坑开挖施工，如施工单位不严格按照施工规范合理组织施工，极易引起软土发生滑移，造成桩位偏移、倾斜甚至断裂事故，影响结构安全，造成工程浪费。因此桩基及土方开挖前一定要按照有关规范合理制定施工组织方案并在施工中严格执行，基坑开挖时应特别注意以下几点：
（1）挖土宜分层、分区对称均匀开挖，且软土时桩周土体高差不宜大于0.5m。
（2）做好基坑支护措施，确保基坑支护结构或基坑边坡土层的稳定。
（3） 基坑挖土及其它重物不得堆载在基坑顶部边缘地带，避免重型施工机械来回碾压。
（4）嚴禁在同一基坑范围内的施工现场边沉桩边开挖基坑。
（5）饱和粘性土、粉土地区，应在打桩全部结束15d后进行基坑开挖。
（6）机械开挖时应小心操作，不得碰及桩身，挖到距离桩顶标高0.5m以上，宜改用人工挖除桩顶余土，防止破坏桩基，以保证桩的质量安全。
参考文献：
[1]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].
[2]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].
[3]JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].
作者简介：
陈令才（1986-），男，工程师。