南京某商城正常使用下主楼病害工程桩的加固

    位于南京市热河南路东侧的某商城，其设计总建筑面积85000m2，地上30层，地下2层，1997年建成7层以下部分并投入使用，上部因诸多问题而停工。计划1999年进行7层以上的建设。 
    该工程桩基础采用钢筋混凝土钻孔灌注端承桩，桩基础施工完毕后，部分工程桩存在重大质量隐患，因此，根据设计院和质监站的要求，在主体施工前必须进行彻底处理。 
    该工程底层为商场现已投入使用，地下室的层高3.4m，给桩基处理的设计和施工提出了许多特殊要求，施工过程中也解决了大量棘手的实际问题。整个加固处理历时一年多，现就此做一论述，供业内同行在处理类似病害工程中借鉴。 
    1．事故的成因 
    1996年，该工程开始施工，地下室基坑支护采用深层水泥搅拌桩挡土，在地下负二层土方开挖后，由于坑中坑没有支护设施，主楼和裙楼交界处的土体局部失稳、坍塌，土体发生大面积的滑动，挤土效应导致主楼的部分工程桩出现偏位倾斜。 
    根据当时施工监理的桩位现场记录，受到影响的有29根工程桩，最大的桩位偏移达2.3mm，随后经过低应变检测，发现有多根桩桩身出现断裂，断裂的位置为距离桩顶约10m处。施工单位及建设单位未向质监站和设计院通报，擅自进行了草率、仓促的处理，并继续进行了7层以下的施工。 
    2．病害工程桩的判定 
    为确保处理工作的科学、准确、经济，必须对有问题的工程桩进行质量判定。 
    1999年，通过原始资料分析，经南京市多位专家论证，认为可能影响工程质量的工程桩涉及到现有的6个承台，其中最为严重的主裙楼相接处主楼3根框架柱下共9根桩，直径φ1.2m，决定判定工作从该桩入手。 
    判定工作的范围为：桩身的完整性、垂直度和桩身混凝土的抗压强度。 
    桩身的完整性、垂直度的测试是采用钻孔取芯、超声波检测和CT扫描的方法同时进行的，其方法如下： 
    在原桩位的中心垂直钻孔（ZK1），以此为圆心，在半径0.8m的圆周上设置东西南北向的4个垂直钻孔（AK2-5），全部5个孔垂直钻进深度为16m，孔位全部取芯，作混凝土完整性的初频判断和单轴抗压强度试验。以ZK1为轴，分ZK1/ZK2-5四个面，用非金属超声波探测仪检测桩身在0°~45°范围内进行扫描，步长0.2m，同时用CT扫描仪进行桩身立体成像，根据扫描成果计算桩体的倾斜方向和角度，同时判定桩身的缺陷，如桩的断裂、夹泥等情况。 
    结论：桩顶以下6m~8m左右的桩身混凝土存在严重断裂和夹泥，其他区域有中度松散和空洞的现象，7m~14m段的桩身向东南方向倾斜，东倾4%，南倾2.5%，与检测前专家的预测和计算结果基本吻合，其他部分混凝土抗压强度合格。 
    根据有关规定，判定该工程桩不合格，简称为“病害桩”。根据专家小组的意见，对其他5个承台下的有关工程桩也进行钻芯取样，结果混凝土的物理指标基本同上。结合前期的低应边测试，经过多次严密地计算，一直认为这部分桩均属于严重不合格桩，承载力远远不能达到原设计的要求，都必须进行加固处理。 
    3．桩加固方案的确定和实施 
    对所有因采用钻芯取样产生的检测孔的工程桩以及部分桩身存在的轻微缺陷，统一采用压力注浆补强，每根桩补4只孔，高压清浆后加插直径φ80mm、厚10mm的钢管分3至4次注浆。 
    通过对现有的地下室地板梁结构刚度的分析计算，认为回固处理工作的重点还是应放在对病害工程桩和承台的处理上，这是本次加固工作的一个重要环节。处理前比较了两种加固方案： 
    方案一是锚杆静压钢管桩部分托换方案。 
    利用建筑物的结构自重和桩基础的负磨擦作为反力，通过后补在基础上的锚杆螺栓的连接，穿过底板开凿的孔洞将钢管桩压入地基土体中，直到钢管桩达到设计长度或设计承载力值时为止，设计长度为设计压力值是通过在建筑物外的试桩后折算而来。压桩完成后，对基础进行封桩处理。 
    钢管桩直径为φ508mm、壁厚为18mm，内灌微膨胀混凝土。 
    目前，7层以下部分建成已经4年，沉降已经稳定，建筑物基本处于正常状态，故认为病害桩尚具有一定的承载力（在此期间未发生地震），通过进一步的压力注浆进行桩身修复，可以承担7层以上的结构荷载，仍可以继续让其发挥作用。另外，通过在原桩位附近重新补的钢管桩可以承担7层以上的荷载和7层以下的部分荷载。 
    方案二是钢筋混凝土钻孔灌注桩全托换方案。 
    考虑到目前检测手段和计算理论所限，注浆修复后的受损桩的残余承载力难以准确量定，新旧荷载在承台处存在共同作用，受力分析比较复杂，提出采用钢筋混凝土钻孔灌注桩全托换的方案，设定以后受损桩不参加工作，上部荷载完全由新成桩来承担，旧桩的残余承载力只作为安全储备。新桩桩径分别为φ0.8m、φ1.2m，混凝土强度标号为C35，桩的承载力和数量通过试桩结果经计算提出。 
    方案比较：方案一具有经济、施工周期短的优点，但是缺点是方案的经验成份较高，新旧桩在上部荷载的传递分配上不够直观，旧桩的承载力的准确数值不明确，而且新旧混凝土的应变差异会使受力结构的受力分析非常复杂。方案二的优点是荷载传递路径清晰，桩基础无隐患，加固的过程比较科学，可靠性大大提高。缺点是工期长、投资大，而且钻孔桩施工机具由于受层高的限制需要改造。 
    考虑到建设工程的百年大计和人民的生命安全，专家小组最后慎重选定方案二作为本工程的加固处理方案。 
    有用第二方案，与钢管桩相比，钻孔灌注桩的单桩承载力大大提高，桩的总数量也有所减少，施工难度相对减小，共成桩38根，施工过程中加强了对桩的施工质量的监理，加强了桩入岩深度的控制。