黃岳文

(廣州市水務(wù)工程建設(shè)管理中心,廣州 510640)

0 前 言

由于樁基礎(chǔ)具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小且均勻等優(yōu)點(diǎn)，而且可以減輕上部結(jié)構(gòu)重量，工程量小，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較多，甚至有專門(mén)的樁基設(shè)計(jì)規(guī)范，樁基礎(chǔ)因此已成為在土質(zhì)不良地區(qū)修建各種建筑物普遍采用的基礎(chǔ)形式。但由于水工結(jié)構(gòu)受荷情況比較復(fù)雜，不僅有垂直荷載，還有水平荷載，且各種荷載的大小和分布也不盡相同；而且水工結(jié)構(gòu)地基中的滲流作用以及水位的變化，對(duì)地基的穩(wěn)定性有著很大影響。因此，樁基礎(chǔ)在水工應(yīng)用上容易因考慮不周而出現(xiàn)各種問(wèn)題，甚至出現(xiàn)工程事故。

樁基礎(chǔ)的型式較多，有鋼筋混凝土預(yù)制樁、鉆(沖)孔灌注樁、沉管灌注樁、鋼管打入樁等。水利水電工程中采用的樁基礎(chǔ)，主要是鋼筋混凝土預(yù)制樁和鉆孔灌注樁2種。本文結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水工樁基礎(chǔ)應(yīng)用的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行討論，并分別給出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

1 工程地質(zhì)條件對(duì)樁基礎(chǔ)的影響

1.1 不宜或慎用預(yù)制樁基礎(chǔ)的地質(zhì)條件

預(yù)制樁具有規(guī)格眾多、施工速度快、工期短、成樁質(zhì)量可靠、監(jiān)理檢測(cè)方便、適用于水下施工等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。其中預(yù)應(yīng)力混凝土管樁還具有樁身強(qiáng)度高(≥C60)，綜合單位承載力造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更為廣泛。但對(duì)以下地質(zhì)條件不宜或慎用預(yù)制樁：① 含孤石或障礙物較多且不易清除的土層，或含有不適宜作樁端持力層且樁難以貫穿的堅(jiān)硬夾層；② 堅(jiān)硬巖面上無(wú)適合作樁端持力層的土層。

巖面上無(wú)適合作樁端持力層的土層多見(jiàn)于石灰?guī)r地區(qū)，大多數(shù)基巖表面是新鮮巖面，且存在溶洞、溶溝；若基巖上覆土層較松軟，打樁過(guò)程中樁一接觸巖面就容易出現(xiàn)樁身斷裂或樁尖滑動(dòng)，有時(shí)甚至發(fā)生掉樁現(xiàn)象(樁掉進(jìn)溶洞中)，危及施工安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石灰?guī)r地區(qū)打樁，樁的破損率高達(dá)40%～60%[1]，成樁傾斜率大大超過(guò)規(guī)范允許值，而且單樁承載力較低。有些地區(qū)，基巖雖然不是石灰?guī)r，但基巖中強(qiáng)風(fēng)化巖層很薄，甚至缺少?gòu)?qiáng)風(fēng)化巖層，且上覆土層較松軟，這種地質(zhì)條件俗稱“上軟下硬、軟硬突變”。在這樣的場(chǎng)地打樁，很快穿越覆蓋層接觸到堅(jiān)硬巖層，此時(shí)樁身反彈特別厲害，容易出現(xiàn)樁頭打碎、樁身斷裂或歪樁(樁偏斜)的情況。當(dāng)一根樁的樁尖附近的混凝土先破碎后，其上的樁身混凝土隨著柴油錘的沖擊而連續(xù)不斷地破壞，表面看來(lái)，錘擊一下樁身向下貫入一點(diǎn)，實(shí)際上這些錘擊能量都用于破壞底部樁身混凝土并將碎塊擠向四周土層，打樁入土僅僅是個(gè)假象而已。此種情況下的單樁承載力靜載試驗(yàn)往往也能滿足設(shè)計(jì)要求，但由于樁身已受破損，給工程留下隱患。對(duì)于此種地質(zhì)條件，改用靜壓樁施工情況會(huì)好些，同時(shí)采用工字鋼多齒型樁尖可增強(qiáng)樁尖的嵌巖能力，減少樁的破損率。但即使沉樁順利，由于樁嵌入持力層的深度有限，樁承受水平荷載的能力小，容易發(fā)生滑動(dòng)破壞。如某樁基岸墻，附近施工棄土堆載離墻約8 m，堆土高約3 m，岸墻就發(fā)生滑移。事后分析認(rèn)為，地基地質(zhì)條件差，淤泥層下為基巖，樁基嵌入基巖深度不足，淤泥層在堆載作用下擠壓樁基，最后帶動(dòng)樁基和墻一起滑移。

對(duì)以上不宜采用預(yù)制樁的地質(zhì)條件可考慮采用灌注樁。灌注樁對(duì)地質(zhì)條件的適用性較好，特別是對(duì)于巖溶地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)，規(guī)范[2]規(guī)定宜采用鉆、沖孔樁。但鉆(沖)孔灌注樁樁身質(zhì)量不易控制，在飽和軟土層較厚情況下容易出現(xiàn)斷樁、縮頸、露筋和夾泥等現(xiàn)象，對(duì)此，施工時(shí)可采用鋼護(hù)筒保證成樁質(zhì)量。

1.2 在特殊條件下樁身承載力可能出現(xiàn)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而降低的情況

通常樁承載力會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而提高，但在樁周土層產(chǎn)生的沉降超過(guò)樁的沉降引起樁側(cè)負(fù)摩阻力時(shí)，樁身承載力將降低。以下情況將產(chǎn)生樁側(cè)負(fù)摩阻力：① 當(dāng)樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土層進(jìn)入相對(duì)較硬土層時(shí)，樁周土在自重作用下固結(jié)沉降或浸水導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低而固結(jié)(濕陷)；② 當(dāng)樁周存在軟弱土層，臨近樁側(cè)地面承受局部較大的長(zhǎng)期荷載，或地面大面積堆載(包括填土)時(shí)，將導(dǎo)致樁周土固結(jié)沉降；③ 由于降低地下水位，導(dǎo)致樁周土中有效應(yīng)力增大而固結(jié)沉降。對(duì)于出現(xiàn)負(fù)摩阻力的樁基設(shè)計(jì)，規(guī)范[2]有所規(guī)定，但規(guī)范[2]沒(méi)有指出樁端持力層浸水軟化導(dǎo)致樁身承載力降低的情況。

遇水容易軟化的基巖有泥巖、黏土質(zhì)膠結(jié)粉砂巖和砂巖。泥巖中的礦物顆粒在水的作用下，顆粒間的粘結(jié)將逐漸破壞，使水分進(jìn)入層狀顆粒之間，從而在巖石內(nèi)部產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力以及大量的微孔隙，這些微孔隙的出現(xiàn)及其吸附效應(yīng)的影響，進(jìn)一步破壞了巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系，使泥巖在宏觀上產(chǎn)生軟化崩解的現(xiàn)象。黏土質(zhì)膠結(jié)粉砂巖處于水飽和狀態(tài)時(shí)的孔隙體積和孔隙表面積均將大幅增加，大孔徑孔隙的增加和巖石致密度的下降是其遇水崩解軟化的主要原因。風(fēng)化后的砂巖遇水崩解，顆粒間的粘結(jié)被破壞而生成砂土。

王離[1]介紹了在泥巖地區(qū)管樁樁身承載力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而降低的典型案例：20世紀(jì)90年代，廣州海珠區(qū)有幾個(gè)工程的管樁基礎(chǔ)不論是錘擊樁還是靜壓樁都出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)管樁打入(或壓入)強(qiáng)風(fēng)化泥巖收錘(或終壓)后，起初進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)檢查一般都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但同一根樁過(guò)了一二個(gè)月再進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，其單樁承載力就會(huì)出現(xiàn)不合格情況，若進(jìn)行復(fù)打或復(fù)壓，該樁還可以繼續(xù)下沉，下沉量少者幾十厘米，多者幾米(最大下沉量達(dá)到3.7 m)。究其原因，主要是管樁內(nèi)的積水慢慢流向樁尖外，或管樁外部的水慢慢流入管樁內(nèi)，將樁尖附近強(qiáng)風(fēng)化泥巖浸水軟化。常用處理方法是在管樁內(nèi)底部灌混凝土進(jìn)行封底，但當(dāng)樁身較短或者樁身外面止水線路較短，地下水仍可順著樁身外壁下滲，軟化樁尖附近土體。因此，不少工程采用復(fù)打(或復(fù)壓)來(lái)處理這一問(wèn)題，通過(guò)復(fù)打(或復(fù)壓)后樁尖進(jìn)入深一層的強(qiáng)風(fēng)化泥巖。一般情況下，下部泥巖由于體積不易膨脹而不再繼續(xù)軟化，但一些短樁復(fù)打(或復(fù)壓)后樁尖處的強(qiáng)風(fēng)化泥巖還會(huì)繼續(xù)軟化。因此，對(duì)于持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖的預(yù)制樁工程，設(shè)計(jì)承載力的選取應(yīng)適當(dāng)減少，并對(duì)施工提出復(fù)打(或復(fù)壓)、灌混凝土封底等措施進(jìn)行綜合治理。

2 軟土地區(qū)樁基側(cè)向受荷問(wèn)題

2.1 水平荷載對(duì)樁的影響

(1) 樁的水平承載力和位移計(jì)算誤差較大

影響單樁水平承載力和位移的因素包括樁身截面抗彎剛度、材料強(qiáng)度、樁側(cè)土質(zhì)條件、樁的入土深度、樁頂約束條件等。樁的水平承載力計(jì)算遠(yuǎn)比其垂直承載力要復(fù)雜。如對(duì)于低配筋率的灌注樁，通常是樁身先出現(xiàn)裂縫，隨后斷裂破壞；此時(shí)，單樁水平承載力由樁身強(qiáng)度控制。對(duì)于抗彎性能強(qiáng)的樁，如高配筋率的混凝土預(yù)制樁和鋼樁，樁身雖未斷裂，但由于樁側(cè)土體塑性隆起或樁頂水平位移超過(guò)使用允許值，也認(rèn)為樁的水平承載力達(dá)到極限狀態(tài)；此時(shí)，單樁水平承載力由位移控制。水工上一般要求受力狀態(tài)下樁頂允許水平位移的限制條件為：灌注樁不宜超過(guò)5 mm，預(yù)制樁不宜超過(guò)10 mm。有關(guān)這方面的計(jì)算公式，在工程中實(shí)用的是彈性地基反力法，這一類方法是考慮了樁與基土彈性變形的影響。假定基土是彈性介質(zhì)，在外力作用下樁的變形與基土反力成正比。該比例系數(shù)(即橫向基床系數(shù))是否為常量，有不同看法，因而就有各種不同的計(jì)算方法。即通常簡(jiǎn)稱為“常數(shù)法”、“k法”和“m法”等。這些方法的主要差別在于對(duì)橫向基床系數(shù)沿樁身深度的分布規(guī)律所作的假定不同。

規(guī)范[2]規(guī)定：對(duì)于受水平荷載較大的設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的建筑樁基，單樁水平承載力特征值應(yīng)通過(guò)單樁水平靜載試驗(yàn)確定。當(dāng)缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，根據(jù)由樁身強(qiáng)度控制和樁頂水平位移控制2種情況，規(guī)范分別給出相應(yīng)的估算公式。由估算公式可知，單樁水平承載力特征值受樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m的影響，但是，由樁身強(qiáng)度控制情況下受影響較小，呈m1/5的關(guān)系；樁頂水平位移控制情況下受影響較大，呈m3/5的關(guān)系。規(guī)范[2]也推薦按m法計(jì)算樁的變位(位移和轉(zhuǎn)角)和樁身內(nèi)力，但m值對(duì)于同一根樁并非定值，與荷載呈非線性關(guān)系。低荷載水平下，m值較高；隨荷載增加，樁側(cè)土的塑性區(qū)逐漸擴(kuò)展而降低。因此，m取值與實(shí)際荷載、位移相適應(yīng)程度直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確程度。

(2) 樁頂水平荷載確定比較保守，但對(duì)樁側(cè)土壓力往往考慮不足

水工結(jié)構(gòu)受到的水平荷載實(shí)際上并不完全由樁基礎(chǔ)承擔(dān)，如水閘的水平荷載，可由樁、樁間土(樁間土分擔(dān)上部荷載情況下)、下游護(hù)坦、側(cè)墻摩阻力分擔(dān)。水閘下游側(cè)一般均有混凝土護(hù)坦，混凝土護(hù)坦緊貼水閘樁基底板。當(dāng)水閘承受水平推力時(shí)，護(hù)坦有一定的頂推力，頂推力與其有效重量成正比；閘室兩側(cè)、承臺(tái)與地基之間也有一定的摩阻力。假設(shè)水平荷載全由基樁承擔(dān)，這與實(shí)測(cè)資料也不相符。根據(jù)某水閘工程實(shí)測(cè)，基樁只承受總水平荷載的32%，承臺(tái)底部的摩阻力以及下游混凝土護(hù)坦的頂推力分別承擔(dān)總水平荷載的22%和46%[3]。

雖然水工結(jié)構(gòu)的水平荷載并不完全由樁基礎(chǔ)承擔(dān)，但規(guī)范[4-5]要求樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)“樁的根數(shù)和尺寸宜按承擔(dān)底板底面以上的全部荷載確定”。如此設(shè)計(jì)的樁基承載力應(yīng)該是有比較大的安全系數(shù)，計(jì)算出的水平位移一般比較小。但實(shí)際上在施工過(guò)程出現(xiàn)樁基破壞的工程事故不少，而軟土地區(qū)采用樁基礎(chǔ)的水工擋土墻完工后往往會(huì)產(chǎn)生比容許值大得多的水平(側(cè)向)位移，甚至影響工程安全。這主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)對(duì)軟土在填土荷載作用下或因開(kāi)挖面高差太大產(chǎn)生側(cè)向變形(側(cè)移)對(duì)基樁的側(cè)壓力考慮不足引起的。

2.2 軟土側(cè)向土壓力對(duì)樁基的影響

軟土由于側(cè)移而產(chǎn)生側(cè)壓力，使樁受力側(cè)移，這種受力樁稱為被動(dòng)樁，這是由于原本使樁用于抵抗側(cè)壓力的土體產(chǎn)生側(cè)移帶動(dòng)樁側(cè)移，有別于通常土體不動(dòng)，樁頂受水平力的主動(dòng)樁。被動(dòng)樁的受力分析更復(fù)雜，要用迭代法考慮樁的位移協(xié)調(diào)而求得。軟土的側(cè)壓力由于規(guī)范沒(méi)有明確的設(shè)計(jì)和計(jì)算要求，往往不太為人所重視而容易發(fā)生事故。

鋼筋混凝土預(yù)制樁的單樁垂直向承載力比較大，而受彎承載力較差。以?500 mm管樁為例，其單樁垂直向承載力設(shè)計(jì)值可達(dá)1 500～3 000 kN，而其抗裂彎矩及極限彎矩最小值根據(jù)國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB13476-2009《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》：A型樁分別為103 kN·m和155 kN·m，AB型樁分別為125 kN·m和210 kN·m，B型樁分別為147 kN·m和265 kN·m，C型樁分別為180 kN·m和360 kN·m?？梢?jiàn)預(yù)制樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)主要是用于承受垂直荷載，而其受彎承載力經(jīng)常被忽視。特別是在軟土地區(qū)，由于軟土的側(cè)壓力系數(shù)很大，因開(kāi)挖或回填土對(duì)樁產(chǎn)生的側(cè)壓力很大，容易出現(xiàn)樁受側(cè)向力彎曲破壞的情況。2003年，廣州海珠區(qū)某河涌管樁基礎(chǔ)岸墻(設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖1)，在墻后回填土過(guò)程(填土高3 m)，發(fā)生向河一側(cè)的偏移，最大墻頂偏移量達(dá)45 cm。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該堤段地質(zhì)條件較差，墻底板下10 m左右為淤泥和淤泥質(zhì)沙土，偏移量最大的2塊(12 m一分縫)擋墻在基坑開(kāi)挖時(shí)就發(fā)生過(guò)把樁擠斷(見(jiàn)圖2)重新補(bǔ)樁的情況[6]。最后的處理方案是把擋墻截除，改直墻護(hù)岸為入水步階。陳峰和王為人[7]也介紹了某泵閘樞紐工程擋土墻預(yù)制樁基礎(chǔ)在開(kāi)挖過(guò)程和墻后回填土壓力很小的情況下基樁或擋墻發(fā)生較大位移，其中實(shí)測(cè)最大基樁偏移2.8 m。

圖1 樁基岸墻設(shè)計(jì)斷面 單位：高程，m；其它，cm

圖2 開(kāi)挖引起岸墻基樁傾斜破壞圖

涵閘樁基在兩側(cè)填土?xí)r，填土下軟土?xí)?duì)涵閘樁基產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，也可能使樁基受彎折斷。1985年10月，4孔總寬16 m的廣東北江大堤劉寨水閘在舊閘上游約70 m處重建，采用?480 mm錘擊沉管灌注樁基礎(chǔ)，建基面以下分別為4 m厚淤泥質(zhì)壤土、5 m厚淤泥質(zhì)中細(xì)砂、6 m厚淤泥質(zhì)壤土、砂卵石層和全風(fēng)化砂巖，樁支承于砂卵石層。1986年3月中旬新堤填土高約15 m(離設(shè)計(jì)堤頂高程尚差1.2 m)時(shí)，發(fā)現(xiàn)箱涵結(jié)構(gòu)縫錯(cuò)動(dòng)和基礎(chǔ)不均勻沉降，各節(jié)箱涵出現(xiàn)橫向和縱向裂縫[3]。分析認(rèn)為，在兩側(cè)近15 m的填土荷載作用下，擠壓地基軟土產(chǎn)生的側(cè)向壓力將基樁擠斷，造成水閘沉降事故[8]。

可見(jiàn)樁基能解決豎向荷載要求，但側(cè)向受力較差，因此水工結(jié)構(gòu)使用樁基礎(chǔ)應(yīng)充分考慮側(cè)壓力可能帶來(lái)的不利影響，并采取相應(yīng)措施加以預(yù)防。

2.3 減小軟土側(cè)向土壓力對(duì)樁基不利影響的措施

減小軟土側(cè)向土壓力對(duì)樁基不利影響的措施主要是從兩方面考慮：① 加強(qiáng)樁抵抗側(cè)向力的能力。采用具有較強(qiáng)抗水平力的樁基，如大直徑鉆孔灌注樁；通過(guò)設(shè)置斜樁承受上部結(jié)構(gòu)水平荷載，此時(shí)要考慮斜樁存在施工難度較大的問(wèn)題。② 減小軟土側(cè)向土壓力。如控制開(kāi)挖臨空面的高差，或控制填土高度，也可回填粉煤灰或EPS等輕型材料，或在填土下采用復(fù)合地基，以減少軟土側(cè)壓力；或采用格構(gòu)式攪拌樁對(duì)工程樁進(jìn)行保護(hù)。

何國(guó)柱[9]介紹一個(gè)處理樁基翼墻滑動(dòng)的工程案例。沙坪水閘左岸翼墻管樁基礎(chǔ)在開(kāi)挖過(guò)程發(fā)生傾斜破壞和在墻后回填過(guò)程擋墻發(fā)生位移，為此采用以下工程措施:① 將墻底板底高程抬高1 m，在墻前趾設(shè)置1 m深齒墻；② 墻后填土標(biāo)高降低1 m；③ 在不影響行洪斷面前提下，在墻外側(cè)增加干砌石反壓平臺(tái)；④ 在墻內(nèi)側(cè)底板外施打木樁，將填土荷載通過(guò)木樁盡可能傳至深處，以減少作用于樁基的軟土側(cè)壓力。通過(guò)以上工程措施處理后，工程多年來(lái)運(yùn)行良好。

3 施工對(duì)樁基的影響

3.1 擠土樁施工引起的擠土效應(yīng)和應(yīng)對(duì)措施

軟土地區(qū)擠土樁在其施工過(guò)程中會(huì)對(duì)樁周土體產(chǎn)生很大的擠壓擾動(dòng)，并傳遞給附近已有的樁體，當(dāng)擠壓力足夠大時(shí)將使得已有的樁產(chǎn)生彎曲(表現(xiàn)為樁頂位移)，在樁身內(nèi)部產(chǎn)生附加彎矩，甚至產(chǎn)生破壞，如沉管灌注樁發(fā)生斷樁、縮徑，預(yù)制樁發(fā)生接頭被拉斷、樁體側(cè)移或折斷。同時(shí)樁基施工過(guò)程中樁周土受到擠壓引起孔隙水壓力升高，產(chǎn)生較大的超孔隙水壓力(有時(shí)壓力可達(dá)到上覆土層壓力的3～4倍)。樁間距越小，擠土體積越大，擠壓擾動(dòng)程度越大。而沉樁對(duì)土的擠壓擾動(dòng)及引起的超孔隙水壓力都大大弱化樁周土的力學(xué)性狀，當(dāng)樁周土對(duì)樁身的摩擦力小于超孔隙水壓力與擠土效應(yīng)引起的上浮力時(shí)將產(chǎn)生浮樁現(xiàn)象，導(dǎo)致后期沉降增大的負(fù)面效應(yīng)。此外，當(dāng)對(duì)基坑采用封閉圍護(hù)時(shí)，一般不宜先施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)后沉樁，否則可能會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：① 沉樁施工將擠壓圍護(hù)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從而降低甚至破壞基坑開(kāi)挖后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的擋土止水效果；② 會(huì)使得基坑土體內(nèi)沉樁時(shí)產(chǎn)生的超孔隙水壓力陡增且難以消除，更容易引起浮樁現(xiàn)象，而且日后基坑開(kāi)挖時(shí)先挖部分的土坑將成為超孔隙水壓力釋放的方向，容易導(dǎo)致四周土體產(chǎn)生往該處的流變，從而引起基樁傾斜。

圖3 2個(gè)泵站基坑開(kāi)挖的對(duì)比圖

為了減少沉樁擠土的不良影響，可采取以下措施：① 設(shè)計(jì)上在滿足承載力要求前提下合理布樁，盡量采用較大的樁間距。② 預(yù)鉆孔沉樁可有效減少擠土量，對(duì)管樁還可采用開(kāi)口型樁尖以減少擠土量，從而減輕擠土效應(yīng)的程度。③ 設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水壓力，減少擠土現(xiàn)象。④ 合理安排沉樁順序。一般可采用由中央向四周推進(jìn)的打樁順序，或者由近到遠(yuǎn)的打樁順序。這是因?yàn)橄却蛉氲臉毒哂幸欢ǖ恼诤熥饔?，使擠土的方向有所改變，從而起到一定的保護(hù)作用。⑤ 控制沉樁速率。沉樁速率越大，孔隙水壓力的累積越快，土的擾動(dòng)就越嚴(yán)重。⑥ 在施工過(guò)程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)調(diào)整沉樁流程和沉樁速率。

3.2 通過(guò)合理的施工組織減小開(kāi)挖施工對(duì)樁基的不利影響

在軟土層厚的樁基礎(chǔ)工程中開(kāi)挖基坑，應(yīng)有合理的施工方案和施工程序，否則，有可能“前功盡棄”。有些施工人員對(duì)此認(rèn)識(shí)不足，土方開(kāi)挖時(shí)貪快圖方便，如挖掘機(jī)在一個(gè)地方挖得過(guò)深，就會(huì)產(chǎn)生坑邊的軟土連同樁體往坑中心移動(dòng)，往往引起樁身傾斜斷裂。王離[1]介紹了一個(gè)開(kāi)挖導(dǎo)致斷樁的案例。深圳某立交橋橋墩基礎(chǔ)，采用?500 mm壁厚125 mm管樁，布樁是2排，每排4根的8樁承臺(tái)，樁最小間距為1.5 m，工程地質(zhì)從上到下為：2 m的耕植土，5 m的淤泥，以下是N=50～60的強(qiáng)風(fēng)化巖層，管樁頂部基本平地面，樁尖入強(qiáng)風(fēng)化巖2 m左右，樁長(zhǎng)約9 m。承臺(tái)基坑開(kāi)挖時(shí)，用挖土機(jī)挖了2 m左右，管樁就折斷，斷口在淤泥與強(qiáng)風(fēng)化巖的交界處。業(yè)主說(shuō)管樁廠的管樁質(zhì)量有問(wèn)題，管樁廠的工程師經(jīng)計(jì)算，認(rèn)為是淤泥上部2 m土體推力引起軟硬交界處的附加彎矩大于管樁極限彎矩所引起的。后來(lái)將其他承臺(tái)8根管樁頂部用角鋼聯(lián)成一個(gè)整體，再進(jìn)行挖土，就沒(méi)有出現(xiàn)管樁樁身斷裂的問(wèn)題。

不同的施工工藝對(duì)軟土擾動(dòng)效果影響很大，靈敏度高的土體對(duì)擾動(dòng)敏感性強(qiáng)，土體擾動(dòng)后的強(qiáng)度損失大，完全擾動(dòng)后的強(qiáng)度值為土體的殘余強(qiáng)度。廣州南沙區(qū)2個(gè)泵站不同的基坑開(kāi)挖方式造成完全不一樣的后果(見(jiàn)圖3)。蕉西泵站采用?500 mmAB型管樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)要求在管樁施工前先按樁距1.1 m打水泥攪拌樁，這樣確實(shí)大大減少了打樁的擠土效應(yīng)，打樁施工過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)浮樁和樁頂偏移等不良現(xiàn)象。但在基坑開(kāi)挖時(shí)，大型勾機(jī)(1 m3勾機(jī)，自重22 t，2條履帶各寬0.60 m、長(zhǎng)3.15 m)來(lái)回走動(dòng)對(duì)淤泥產(chǎn)生很大擾動(dòng)，而且集中開(kāi)挖造成過(guò)大高差使得淤泥都往開(kāi)挖坑流動(dòng)，造成攪拌樁折斷，四周管樁都向開(kāi)挖坑偏移，對(duì)112根管樁進(jìn)行測(cè)斜，樁頂偏移大于2 m的有12根樁，大于1.5 m的有34根樁，大于1.0 m的有62根樁，大于0.5 m的有98根樁，大部分管樁已被破壞，必須重新補(bǔ)樁。其實(shí)，采用正確的施工工藝是完全可以避免出現(xiàn)基坑開(kāi)挖引起樁側(cè)移及破壞的情況。在同一地區(qū)的蕉東泵站采用與蕉西泵站一樣布置的管樁基礎(chǔ)，基坑開(kāi)挖時(shí)分層開(kāi)挖，采用小型勾機(jī)，下墊2塊1.6 m×3.6 m鋼板，以幾臺(tái)小型勾機(jī)接力的方式往外運(yùn)土，盡量減少對(duì)樁周土的擾動(dòng)，減小管樁的側(cè)向荷載，整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程順利，所有管樁沒(méi)有發(fā)生破壞及過(guò)大的樁頂位移，所有管樁的傾斜度都滿足設(shè)計(jì)要求。

在軟土地區(qū)由于基坑開(kāi)挖得不均衡，導(dǎo)致土體蠕變滑移將基樁推歪推斷的工程事故屢見(jiàn)不鮮，因此規(guī)范[2]規(guī)定：先成樁后開(kāi)挖基坑時(shí)，必須合理安排基坑挖土順序和控制分層開(kāi)挖的深度，防止土體側(cè)移對(duì)樁的影響。經(jīng)驗(yàn)告訴我們：挖土應(yīng)分層均勻進(jìn)行且每根樁樁周土體高差不宜大于1 m。當(dāng)基坑深度范圍內(nèi)有較厚的淤泥等軟弱土層時(shí)，應(yīng)避免施工機(jī)械來(lái)回走動(dòng)降低軟土強(qiáng)度，軟土部分宜采用人工開(kāi)挖。必要時(shí)，樁與樁之間可進(jìn)行剛性連接，形成一個(gè)不易變形的空間結(jié)構(gòu)。

4 樁基結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)底板脫空現(xiàn)象

4.1 地基土固結(jié)沉降導(dǎo)致樁基底板脫空

理論上軟土樁基施工會(huì)引起超孔隙水壓力。當(dāng)超孔隙水壓力消散，土層將產(chǎn)生再固結(jié)，有效應(yīng)力增加，并產(chǎn)生新的地面沉降，容易出現(xiàn)樁基底板脫空產(chǎn)生滲流破壞等工程事故。在實(shí)踐中，樁基承臺(tái)底面與地基土確實(shí)存在脫離的現(xiàn)象，上海某工程實(shí)測(cè)，因樁周有負(fù)摩擦力，基礎(chǔ)底板與地基土壤之間的接觸壓力隨時(shí)間的推移而逐漸減小，3年之內(nèi)由最初的3.0 t/m2降低到零，上部荷載最終全部由樁承擔(dān)[3]。李向陽(yáng)[10]介紹了珠三角某擋潮閘管涌事故，水閘和翼墻均采用?500 mm管樁基礎(chǔ)，樁底入風(fēng)化巖1 m。根據(jù)水閘管涌出現(xiàn)的位置可估計(jì)水閘底板及翼墻與地基土層間出現(xiàn)淘空區(qū),并形成連通的集中滲漏通道。探地雷達(dá)檢測(cè)也揭示閘底板和翼墻與基礎(chǔ)接觸面均出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。虞中悅[11]在分析上海市區(qū)黃浦江防汛墻滲漏原因時(shí)認(rèn)為，樁基承臺(tái)駁岸作為黃浦江防汛墻最主要結(jié)構(gòu)形式之一，建成后滲漏水問(wèn)題是其主要通病，因?yàn)闃痘信_(tái)底板下水平滲徑作用不可靠。若底板下是回填土，土體沉降后底板與基土脫開(kāi)，起不到防滲作用。因此設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮主要依靠底板或?qū)Я阂陨匣靥铕ね梁穸葋?lái)保障防滲。

理論上采用摩擦樁地基使樁間軟土始終處于受壓狀態(tài)，可防止樁基底板與固結(jié)后的軟土脫開(kāi)形成滲漏通道。但實(shí)踐上設(shè)計(jì)人員即使按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往也由于考慮不周等原因而導(dǎo)致出現(xiàn)底板脫空現(xiàn)象。蔣志波等[12]介紹一個(gè)按端承摩擦樁(管樁)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的水閘底板出現(xiàn)脫空現(xiàn)象的案例，分析認(rèn)為主要是樁基設(shè)計(jì)過(guò)于保守，導(dǎo)致上部荷載全部由樁基承擔(dān)，樁間土再固結(jié)產(chǎn)生的沉降大于樁基受荷后產(chǎn)生的沉降，導(dǎo)致底板脫空。

規(guī)范對(duì)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求過(guò)于保守，難以保證樁間軟土始終處于受壓狀態(tài)。如《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]8.4.10對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有如下規(guī)定：“1 水閘樁基礎(chǔ)宜采用摩擦型樁。2 樁的根數(shù)和尺寸宜按承擔(dān)底板底面以上的全部荷載確定。對(duì)于摩擦樁，經(jīng)論證后可適當(dāng)考慮樁間土承擔(dān)部分荷載?！薄端跬翂υO(shè)計(jì)規(guī)范》[5]對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也有類似規(guī)定。據(jù)此設(shè)計(jì)的樁基礎(chǔ)擋土墻底板與地基土的接觸面上容易出現(xiàn)“脫空”現(xiàn)象，因此規(guī)范[4]規(guī)定：“當(dāng)防滲段底板下采用剛性樁基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)采取防止底板底面接觸沖刷的措施?！?/p>

4.2 邊荷載作用下導(dǎo)致樁基底板脫空

樁基水閘除了地基土固結(jié)沉降可能導(dǎo)致底板脫空外，在水閘兩側(cè)回填土邊荷載作用下，下部軟土層將發(fā)生較大沉降，帶動(dòng)臨近底板基土一起下沉，將會(huì)引起閘室邊墩基底軟土層沉降與閘底板脫空，在閘底形成集中滲漏通道，給水閘留下安全隱患。例如佛山市樵桑聯(lián)圍的丹灶鎮(zhèn)荷村水閘采用的是預(yù)制管樁，在廣東省“1998.6”洪水期間，水閘屹立未倒，但由于水閘兩側(cè)及基底發(fā)生管涌，導(dǎo)致水閘兩側(cè)堤防潰堤[13]，決口總長(zhǎng)93 m，造成153 km2面積受淹，直接經(jīng)濟(jì)損失23.1億元[14]。再如廣東省“2005.6”洪水期間，江門(mén)市兩座同樣采用管樁基礎(chǔ)的小型水閘，由于閘室底板脫空而形成集中滲漏通道出現(xiàn)管涌險(xiǎn)情，因發(fā)現(xiàn)及時(shí)和搶險(xiǎn)措施有效，才沒(méi)有造成大的損失[13]。

4.3 防止樁基底板脫空產(chǎn)生滲透破壞的措施

為防止樁基底板與固結(jié)后的軟土脫開(kāi)形成滲漏通道，可采取以下工程措施：① 當(dāng)剛性樁下部位于持力硬土層，上部與底板相接時(shí)，應(yīng)設(shè)置完整的防滲帷幕；② 采用復(fù)合地基結(jié)構(gòu)，使樁間軟土始終處于受壓狀態(tài)。如剛性樁下部位于持力土層，上部不與底板相接，通過(guò)設(shè)置厚約1 m的黏土褥墊層，樁頂插入褥墊層內(nèi)30～50 cm，起流動(dòng)補(bǔ)償作用，調(diào)整基底應(yīng)力。

珠三角地區(qū)的樁基水閘為了防止底板脫空形成滲漏通道，常用的配套措施有：① 在閘室基底四周設(shè)鋼板樁或連排水泥攪拌樁等進(jìn)行圍封；② 閘底板預(yù)留灌漿孔定期灌漿；③ 閘室兩側(cè)連接堤地基進(jìn)行復(fù)合地基加固(多采用水泥攪拌樁)以提高堤基承載力，減小沉降。在廣東省目前已建成運(yùn)行的樁基水閘中，配套采用了上述配合措施的水閘到目前為止均沒(méi)有出現(xiàn)安全問(wèn)題。

5 樁基岸墻埋深不足可能引發(fā)的問(wèn)題

樁基岸墻抬高底板高程，可減少開(kāi)挖工程量，增加開(kāi)挖安全度，完建后墻后填土側(cè)壓力也隨之減小，但如果設(shè)計(jì)考慮不周，有可能引發(fā)新的問(wèn)題。

5.1 基礎(chǔ)沖刷淘空

對(duì)于松散砂土地基，打預(yù)制樁往往效果比較好，但對(duì)于岸墻，如果埋深不足則可能因墻前沖刷淘空基礎(chǔ)而導(dǎo)致事故。何開(kāi)勝和王國(guó)群[15]介紹了長(zhǎng)江下游某港口新建樁基防汛墻在高潮位時(shí)發(fā)生底板淘空、堤身管涌的工程事故。如圖4所示，防汛墻修建于斜坡上，底板寬3.5 m，基礎(chǔ)為2排300 mm×300 mm方樁，樁長(zhǎng)8 m。墻底板下為天然土層，依次為：2.2 m厚粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂、23 m厚粉細(xì)砂，底板以上為素填土。防汛墻沒(méi)有埋深，只靠墻前塊石護(hù)坡作為抗沖刷防護(hù)。工程于2005年5月10日施工完畢，同年8月23日19時(shí)，墻后出現(xiàn)管涌，管涌發(fā)生時(shí)最高潮水位為5.28 m。事后對(duì)發(fā)生管涌處進(jìn)行開(kāi)挖檢查，發(fā)現(xiàn)陸上道路側(cè)防汛墻底板下的砂土已被淘空1.5 m左右，墻前底板下的砂土已被淘空2.0 m左右，同時(shí)有16 m護(hù)坡全部坍塌?？梢?jiàn)，當(dāng)塊石護(hù)坡設(shè)計(jì)不周到或施工質(zhì)量不好時(shí)，護(hù)坡作為抗沖刷防護(hù)不起作用，就容易出現(xiàn)沖刷淘腳，甚至淘空底板導(dǎo)致工程事故。

荔灣涌擋潮閘內(nèi)側(cè)南岸涌邊道路2006年11月3日突然發(fā)生塌陷破壞，出現(xiàn)1個(gè)長(zhǎng)19 m、寬5 m、深約2 m的大坑(見(jiàn)圖5)[16]，但岸墻完好。岸墻為M10砂漿砌塊石擋墻，墻高5.12～5.28 m、埋深0.5 m，采用2排?400 mm管樁基礎(chǔ)，間距1.25 m、樁長(zhǎng)7～10 m，樁頂設(shè)1個(gè)厚0.5 m混凝土底板，地基土為壓縮性較高的淤泥質(zhì)土和松散粉細(xì)砂。在隨后搶險(xiǎn)施工中，圍堰抽干后發(fā)現(xiàn)涌底沖刷嚴(yán)重，堤岸底板下地基土被淘空，淘空寬度2.2～2.8 m、深2.0～3.8 m。

圖4 防汛墻結(jié)構(gòu)與管涌破壞示意圖 單位：高程，m；其它，mm

圖5 樁基岸墻底板淘空導(dǎo)致墻后塌陷圖

5.2 軟土從樁基底板下擠出

飽和軟土地基上的樁基擋土墻，當(dāng)埋深較淺墻前又缺少足夠壓載時(shí)，可能出現(xiàn)地基軟土穿過(guò)底板擠出現(xiàn)象。在珠三角堤防達(dá)標(biāo)加固設(shè)計(jì)中，由于舊堤臨水側(cè)多為直立式漿砌石擋墻，地基土多為飽和軟土，堤防穩(wěn)定性較差，直接加固堤身容易出現(xiàn)整體滑動(dòng)，一般多在堤前新做1個(gè)壓腳平臺(tái)。對(duì)于城鎮(zhèn)附近的堤防達(dá)標(biāo)加固，二級(jí)平臺(tái)常設(shè)計(jì)為景觀親水平臺(tái)，不進(jìn)行基礎(chǔ)處理時(shí)，沉降比較大，常導(dǎo)致混凝土護(hù)面折斷開(kāi)裂。對(duì)于采用預(yù)制樁基礎(chǔ)方案的二級(jí)平臺(tái)，除了出現(xiàn)施工擾動(dòng)導(dǎo)致舊堤滑動(dòng)破壞的情況，還出現(xiàn)過(guò)樁基平臺(tái)建好后舊堤加高時(shí)堤前隆起原有擋墻下沉后傾的破壞情況(見(jiàn)圖6)。這是因?yàn)闃痘拇嬖趯?dǎo)致平臺(tái)無(wú)法對(duì)舊堤起到壓腳作用，對(duì)整體穩(wěn)定作用不大。而采用木樁基礎(chǔ)的一般效果都比較好。

5.3 防止樁基岸墻產(chǎn)生沖刷或擠出破壞的措施

為防止樁基岸墻產(chǎn)生沖刷破壞可通過(guò)在墻趾處設(shè)置齒墻以保證基礎(chǔ)抗沖埋深和增加有效滲徑；或?qū)η巴吝M(jìn)行抗沖防護(hù)。如果條件允許，在墻前設(shè)置反壓平臺(tái)，既可保護(hù)墻基避免沖刷破壞，還能有效減少作用于樁基的軟土側(cè)壓力，增加整體穩(wěn)定安全系數(shù)。前面介紹的荔灣涌樁基礎(chǔ)岸墻底板淘空事故，搶險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)在做好水閘防沖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，為了彌補(bǔ)擋土墻埋深不足的缺陷，在堤岸墻趾位置埋插1.5 m長(zhǎng)預(yù)制鋼筋混凝土板(比原底板深1 m)，增做高0.5 m、頂寬0.7 m、坡高寬比為1∶2的漿砌石護(hù)腳，以保護(hù)堤岸[16]。加固10年來(lái)工程一直運(yùn)行良好。

為防止樁基岸墻產(chǎn)生擠出破壞，可采用使樁間軟土始終處于受壓狀態(tài)的摩擦樁基礎(chǔ)，或在墻前設(shè)置壓腳平臺(tái)。

6 關(guān)于施工支護(hù)與永久結(jié)構(gòu)結(jié)合問(wèn)題

在傳統(tǒng)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中支護(hù)結(jié)構(gòu)只是作為臨時(shí)工程，構(gòu)筑物竣工后便不再考慮它的作用及對(duì)構(gòu)筑物變形和穩(wěn)定性的影響。但擋土墻本身就是擋土結(jié)構(gòu)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與永久結(jié)構(gòu)統(tǒng)一考慮設(shè)計(jì)已有成熟的方案，如：用于陡立邊坡防護(hù)的錨桿式擋土墻、用于城市河道岸墻用地受限制征拆費(fèi)用高的排樁(灌注樁)擋土墻和板樁式擋土墻。

對(duì)于樁墻合一的水工擋土墻應(yīng)用于擋水防洪情況下應(yīng)謹(jǐn)慎。其中無(wú)錨碇的板樁式擋土墻在水平力作用下變位較大，一般僅在擋土高度不大的情況下采用。2005年8月29日，卡特里娜颶風(fēng)襲擊下新奧爾良防洪堤潰決，同T型防洪墻相比，Ⅰ型防洪墻(基礎(chǔ)為鋼板樁連續(xù)墻，上部為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻)雖然在造價(jià)上比較節(jié)省，但在受力上近似于懸臂桿，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遠(yuǎn)比T型墻差，倒塌的防洪墻基本都是Ⅰ型墻[17]。模型試驗(yàn)表明隨著水位上升，在Ⅰ型墻前會(huì)出現(xiàn)裂縫，裂縫中將會(huì)充水，從而進(jìn)一步加大Ⅰ型墻所受的側(cè)壓力直至裂縫發(fā)展至鋼板樁底，增大的側(cè)壓力可能把Ⅰ型墻及墻后土堤推倒，同時(shí)也縮短滲徑，容易引發(fā)滲透破壞。虞中悅[11]分析作為上海市區(qū)黃浦江防汛墻主要結(jié)構(gòu)形式之一的鋼筋混凝土錨碇板樁式駁岸，建成后出現(xiàn)滲漏水通病的原因，認(rèn)為是由于板樁接縫經(jīng)處理后極大多數(shù)仍存在不同寬窄的縫隙(不管是榫接還是塑料袋裝水泥砂漿灌縫)，導(dǎo)致板樁式駁岸出現(xiàn)漏水、冒水現(xiàn)象，時(shí)間一長(zhǎng)，漏水、冒水隨基礎(chǔ)土體的流失而愈來(lái)愈嚴(yán)重，個(gè)別嚴(yán)重者甚至造成管涌。

對(duì)于城區(qū)用地緊張的水工結(jié)構(gòu)，如水閘泵站，常采用灌注樁進(jìn)行支護(hù)，此種情況如果考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與邊墩(邊墻)永久結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是很明顯的：① 可減少地基處理費(fèi)用；② 對(duì)于寬度不大的泵站，可直接利用支護(hù)樁抗浮；③ 減少邊墩(邊墻)的鋼筋混凝土方量；④ 縮短施工工期；⑤ 減少工程臨時(shí)占地，增加被保護(hù)對(duì)象的安全度。

7 結(jié) 語(yǔ)

(1) 對(duì)以下地質(zhì)條件不宜或慎用預(yù)制樁，可考慮采用鉆(沖)孔灌注樁：含孤石或障礙物較多且不易清除的土層，或含有不適宜作樁端持力層且樁又難以貫穿的堅(jiān)硬夾層；堅(jiān)硬巖面上無(wú)適合作樁端持力層的土層。但鉆(沖)孔灌注樁樁身質(zhì)量不易控制，容易出現(xiàn)斷樁、縮頸、露筋和夾泥等現(xiàn)象，施工時(shí)應(yīng)采取必要措施保證成樁質(zhì)量。此外，設(shè)計(jì)應(yīng)注意可能出現(xiàn)負(fù)摩阻力或樁端持力層浸水軟化導(dǎo)致樁身承載力降低的情況。

(2) 樁的垂直向承載力比較大，而受彎承載力往往較差；對(duì)樁基安全影響很大的軟土側(cè)向土壓力往往又不太為人所重視，因而容易發(fā)生樁受彎折斷事故。為避免因軟土側(cè)向土壓力對(duì)樁的破壞，應(yīng)采用具有較強(qiáng)抗水平力的樁，控制基面以上荷載或在填土下采用復(fù)合地基等措施以減少軟土側(cè)壓力。

(3) 可通過(guò)采取合適的施工工藝和必要的技術(shù)措施，合理安排施工順序，防止施工對(duì)樁基的不利影響。但施工引起的超孔隙水壓力消散時(shí)間較長(zhǎng)，容易引起底板脫空現(xiàn)象；此外，在邊荷載作用下也容易出現(xiàn)底板脫空現(xiàn)象。必須采取措施防止底板脫空形成滲漏通道，如：設(shè)置完整的防滲帷幕或在樁與底板間設(shè)置黏土褥墊層或?qū)Φ装逅闹苓M(jìn)行圍封隔離等。

(4) 樁基礎(chǔ)岸墻可能因底板埋深不足而引起基礎(chǔ)底土沖刷淘空或地基軟土從底板下擠出等問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)在墻趾處設(shè)置齒墻以保證基礎(chǔ)抗沖埋深和增加有效滲徑；而在墻前設(shè)置反壓平臺(tái)，可有效減少作用于樁基的軟土側(cè)壓力，增加整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

(5) 對(duì)于樁墻合一的水工擋土墻應(yīng)用于擋水防洪情況下應(yīng)謹(jǐn)慎。工程經(jīng)驗(yàn)表明，樁墻合一的防洪墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)事故。但對(duì)于水閘泵站等水工建筑物，當(dāng)需要進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)與邊墩(邊墻)永久結(jié)構(gòu)統(tǒng)一考慮，可節(jié)約工程投資，縮短施工工期，減少工程臨時(shí)占地，增加被保護(hù)對(duì)象的安全度。