第３４卷第２期 佳木斯大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．２ ２０１６年０３月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｍｕｓｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｍａｒ． ２０１６ 文章编号：１００８—１４０２（２０１６）０２—０２００一ｏ４ 某堆场龙门吊轨道沉降原因分析① 徐敬伟，常永峰，刘祖华 （同济大学土木工程学院，上海２０００９２） 摘要：ＰＨＣ预制管桩近年来得到广泛应用，相关的工程事故也不断出现，其中桩基沉降的危 害尤其严重．针对某堆场的龙门吊轨道的沉降事故，复查了该工程的设计与施工组织情况，并对 轨道梁进行了三个多月的定期、定点观测．对比分析观测结果并结合工程特点，采用电阻率法检 测桩长并进行承载力的复核，最终确定轨道梁沉降的根本原因为短桩．希望能为类似的工程事故 检测与处理提供参考． 关键词：轨道梁沉降；沉降观测；桩长检测；电阻率法 中图分类号：ＴＵ４７３．１ 文献标识码：Ａ Ｏ 引 言 市，属亚热带海洋性季风气候区，多雨多强台风是 本地区气候的主要特点，往往对对工程建设带来不 高强预应力管桩（ＰＨＣ管桩）具有桩身混凝土 利的影响． 强度高，穿透力强，施工速度快等优点．它不仅适用 根据野外揭露岩芯特征、原位测试及室内土工 于一般性土层，也可以打人密实的砂层和强风化岩 试验成果，按地基土的土性特征、成因时代、埋藏分 层；同时由于施工过程中的竖向挤压和侧向挤密作 布条件及其物理、力学性质，将场地勘探深度以及 用，桩端承载力和桩侧摩阻力与灌注桩相比有很大 地基土划分为９个层次，见下表： 提高．另外，ＰＨＣ管桩适用工厂化生产，质量易于 控制和检查，相应的沉桩质量比灌注桩更有保证 ２．２工程设计 （特别是软土地基，沉管灌注桩因施工工艺容易产 该工程为一预制厂重载堆场，工程平面布置图 生断桩）．目前已在全国范围内迅速展开应用，并 见图１．长宽为１３０ Ｘ４２ｍ，机械设备为一台３５ｔ轨 在诸多型式的摩擦桩型桩基中应用较为广泛 ］． 道式龙门吊，跨距３６ｍ；南侧有一火车轨道，北侧为 但是，普遍应用的情况下也避免不了各种各样的工 另一重载堆场，与该工程相隔一条１５ｍ宽的汽车 程事故，相对而言，由施工质量造成的基础沉降在 通道． 各种事故中的发生率和危害最为严重．如何准确的 确定问题的原因，有针对性的进行处理与修复，对 ＰＨＣ管桩工程来说有更高的要求． 本文以某堆场龙门吊轨道梁沉降的分析研究 为例，通过常规观测、电阻率法检测桩长、分析计算 等确定沉降原因，为后续的事故处理和修复指明方 汽车通道 向，并为类似的工程事故处理提供参考． １ 工程概况 １．１地质条件 图１平面布置图 该工程位于我国南方某快速发展中的沿海城 ① 收稿日期：２０１５—１２—０７ 作者简介：徐敬伟（１９９０一），男，山东菏泽人，同济大学硕士研究生 ～、 一 Ｆ第２期 徐敬伟，等：某堆场龙门吊轨道沉降原因分析 ２０ｌ ￡一 蟑 ｌ ｌ ， 龙门吊轨道梁的结构设计为两条东西走向的 长１２０ｍ，高１．７ｍ，翼缘宽０．９ｍ的工字型混凝土 梁，由４×２９．９９ｍ四段连接而成，接头处有２０Ｉｎｍ 变形缝；梁下桩基础采用ｑ）６００预应力ＰＨＣ管桩， 力模式属摩擦端承桩；设计要求桩尖进入砾卵石层 １ｍ以上，极限承载能力不低于２２００ｋＮ． 矗¨ 孵 根据结构设计方案，对堆场区域的地基进行了 夯实处理，并在土基上做了２００ｍｍ厚的级配碎石 壁厚１００ｒａｍ，共１２０根；单根桩长５２ｍ，分４节，３ 节长１４ｍ，１节长１０ｍ，其中１０ｍ的一节桩基施工 时位于最上方；桩端接头处采用法兰板连接，其受 垫层、３００ｍｍ厚二灰碎石基层、５０ｍｍ厚垫砂层以 及１２０ｍｍ厚Ｄ型高强度混凝土连锁块． 表１ 场地地基土勘探结果 南北轨道平均标高差值为３ｃｍ，见图２．同时，梁顶 轨道凹槽二次现浇部分有一处存在大于１ ｍｍ的明 显裂缝，呈贯通状．另有一处两轨道梁施工连接处 发生明显上下错位，约１～２ｃｍ．堆场内也发生了大 面积开裂和沉降，最大沉降点位于两轨道相距的中 间位置，沉降值在３０ｅｍ以上，且堆场面层与南侧 轨道梁之间也形成了一个２～１０ｃｍ宽的缝隙． 图２初始沉降趋势图 …一帮 莰蕊测 第７淑观测 ————－一第 勰躐涮 例４北侧轨遭梁沉降趋势图 为进一步确定沉降原因，针对轨道梁展开了为 期三个多月的沉降观测（３月１９日～７月２日）． 图３ 南侧轨道柒沉降趋势图 观测过程中，堆场处于重载堆载状态（正常使用极 限状态），沿轨道梁每隔１２ｍ设置一个测点．观测 时间间隔为１５天左右。为保证观测值的准确性和 ３沉降特征与观测 该工程竣工交付使用３个月后，即发现龙门吊 轨道梁发生了明显的不均匀沉降．现场测量结果显 沉降规律特征的正确反映，避免由于轨道自身在使 用过程中的变形引起的误差，测量点布置在在轨道 梁顶预埋螺栓处． 示，北侧轨道轨顶最高点与最低点水平高差为 ６ｃｍ，南侧轨道轨顶最高点与最低点差值为４ｃｍ， ２０２ 佳木斯大学学报（自然科学版） ２０１６年 从根据标高观测数据绘出的沉降趋势曲线图 ３、４可以看出：在整个观测过程中（３月１９日～７ 有必要对桩基施工质量进行进一步的检测 月２日），北侧轨道累计平均沉降约３ｅｍ，最大沉降 处累计约８ｅｍ；南侧轨道累计平均沉降约４ｅｒａ，最 大沉降处累计约６ｃｍ，并且沉降明显处都集中在梁 跨中同一段区域内，严重超出了规范允许沉降值． 同时，结合图５的沉降趋势线，明显看出轨道梁的 沉降逐渐趋于稳定． ４桩长检测 ４．１ 检测方法 现如今国内检测桩长的方法通常有桩内钻芯 法、桩内埋管超声波法和低应变法，都可以得到有 效的桩身长度．但是针对本工程而言，三种方法都 有致命的应用缺陷：桩内钻苡法仅适用于大直径且 长径比较小的灌注桩（因钻孔可能偏出桩外而无 果）；桩内埋管超声波法需要在桩内预先埋没管 子，工程条件不具备；低应变法只能用于估量较短 的混凝土桩和钢桩的桩长，而且由于管桩存在法兰 板接头，形成阻抗界面，使弹性波不易传播到桩底， 在得不到准确的桩底反射信号的情况下，ｄ王难于测 定预应力管桩桩身弹性波波速和准确的桩长．基于 以上分析，综合考虑工程需要后，决定采用电阻率 图５ 南北轨道沉降标准值变化趋势 法进行桩长检测． 根据堆场的地质勘察报告，该地区地下有巨厚 的软弱土层，大部分为黏土、淤泥、粉质黏土等，属 于承载能力较差的软土地基．软土地基具有高压缩 性和高饱和性，承载力常为５０～８０ｋＰａ（５～８ｔ／ ｎｌ ）；加上该地区温暖湿润，全年降水充沛，土体含 水量一直处于较高水平；在一般的荷载作用下，漫 测量 电极 长的土体固结过程也会伴随一定程度的沉降 ． 但是，在堆场面层的设计和施工中，考虑到在建造 前就经过了较长时间的货物堆存使用，没有对软土 地基进行处理，而是直接对堆场面层进行了简单的 硬化处理． 作为重载堆场，在均布荷载约为ｌＯｔ、集中荷载 约为３５ｔ的作用下，薄弱的面层势必会开裂破坏， 从而失去承载能力，不能分散和传递外部荷载．堆 场上部堆存荷载就直接作用到了巨厚软土地基上． 图６现场检测不意图 电阻率法原理基于岩石介质的导电性差异，通 过观测和研究人工建立的大地中稳定电流场的分 在明显增大的外部荷载作用下，土体排水固结过程 中堆场整体出现大量沉降．实际观测结果也显示， 轨道梁和堆场面层之间的最大沉降高差达到６０ｅｒａ 以上，从而导致地基土与轨道梁桩基之间产生了相 对位移，桩基周围产生向下的摩擦力，即负摩阻力 （下拉荷载）． 布规律来探测地下地层结构，在桩基检测领域，无 沦何种基桩类型，其桩身材质的电阻率一般与土层 的电阻率存在明显的差异，通过检测原位土层孔内 视电阻率与桩侧孔内（或管桩中间）视电阻率差 异，可以确定各类桩的施工桩长或既有建筑物的桩 基础埋深． 分析表明：不良的地质情况和不充分的堆场地 基硬化处理导致桩周产生负摩阻力，是轨道沉降的 电阻率法检测方法有两种：单孔电阻率法和对 比电阻率法．单孔电阻率测量桩长适用于简单地 层，对比电阻率法测量桩长适用于复杂地层．根据 本｜ｌ 程的实际情况，决定采用第二种检测方法，现 可能原因．但是，作为摩擦端承桩，即便是负摩阻力 作用下，轨道梁也不可能发生如此明显的沉降．总 的来说，还是不能直接确定造成沉降的根本原因， 第２期 场检测示意见图６． 徐敬伟，等：某堆场龙门吊轨道沉降原因分析 ２０３ Ａ＝７ｒ ／４＝３．１４×０．６ ×４＝０．２８２６ｍ２． 检测时在贴近桩身侧（或管桩中间）钻孔，深 度应超过桩长３ｍ左右，将测量探头放人钻孔中， 在４５ｍ桩长下，桩端位置位于５—１层， 根据地勘报告中的土体参数，查阅规范《港口工程 桩基规范》（ＪＴＳ １６７—４—２０１２）表４．２．４—２得到， 经验中极限桩端阻力标准值建议为２３００～ 每隔０．２ｍ测量一次桩身侧电阻率，绘制电阻率一 深度曲线；在距桩身一定距离（约１～２ｍ）另钻一 孔，深度同前孔，用以测量地层的视电阻率，绘制电 ２４５０ｋＰａ；此处取２４５０ｋＰａ． 阻率一深度曲线．在桩侧（或桩中）孔中测得的视 计算得到单桩轴向承载力标准值： 电阻率由于受到混凝土桩身高阻体的影响，其电阻 Ｑｋ＝Ｕ∑ ＋ｑＲ Ａ＝１．８８４×（２２×１．１０ 率值将大于在远离桩身的地层孔．通过对比分析两 ＋９×９．２０＋１２×１０，４０＋１５×９．６０＋２０ 孔所检测的电阻率一深度曲线来判定桩的长度． ×９．２０＋４０×０．５）＋２４５０×０．２８２６ ４．２检测成果分析 ＝１７８４．７１ｋＮ． 和设计中的标准值２２００ｋＮ相比，实际计算承 主要的检测结果见表２． 载力降低约１８．９％． 表２桩长检测结果汇总 ５ 结 论 首先，检测结果表明，桩基施工质量中存在偷工 减料的行为，短桩是造成轨道辆沉降的主要原因． 其次，堆场设计施工中未对软土地基进行土体 处理，片面的认为土体固结已经完成；导致重压下 的桩周土体下陷，产生负摩阻力，是轨道梁沉降的 结果表明，沉降明显部位的桩施工质量存在问 重要原因． 题，施工单位存在偷工减料行为，部分桩位打桩时 后期的修复方案中，除了考虑短桩的缺陷，还 少打了一节１０ｍ的桩． 需考虑土体排水固结后的承载力提升因素． ４．３承载能力复核 参考文献： 这里以北侧轨道梁东端的ＺＫ１０钻孔位置地 ［１］郭继武．建筑地基基础［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社， 质情况进行验算． ２０１３． 根据规范《港口工程桩基规范》（ １６７—４— ［２］陈建荣，高飞，郑小勇．建筑工程基桩检测技术问答［Ｍ］． ２０１２）４．２．２式和４．２．４—１式 ］，结合地质勘探报 上海：上海科学技术出版社，２０１１． ［３］罗骐先，王五平．桩基工程检测手册［Ｍ］．北京：人民交通 告，计算在现有桩长４５ｍ的条件下的单桩轴向承 出版社，２０１０． 载力标准值： ［４］ 中华人民共和国交通运输部．ＪＴＳ １６７—４—２０１２，港口工程 Ｑ ＝ ∑ ＋ｑＲ Ａ 桩基规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１２． 其中：Ｕ＝￣ｒｄ＝３．１４ ｘ ０．６＝１．８８４ｍ Ｔｈｅ ＣａｕｓｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｔｈｅ Ｃｒａｎｅ Ｔｒａｃｋ ＳｅｔｔｌｅｍｅｎｔＡｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ ａＹａｒｄ 、ＸＵ Ｊｉｎｇ—ｗｅｉ，ＣＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ一 ｎｇ，ＬｌＵ Ｚｕ—ｈｕａ （Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｈｉ【ｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ａｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｐｒｅｅａｓｔ ｐｉｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍａｎｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎｃｉｄｅｎｔｓ ａｍｏｎｇ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓ ａｙｅ ｓｅ· ｒｉｏｕｓｌｙ ｈａｒｍｆｕ１．Ａｓ ｔｏ ｔｈｅ ｒａｉｌ ｍｏｕｎｔｅｄ ｇａｎｔｒｙ ｃｒａｎｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｃｃｉｄｅｎｔｏｆａ ｙａｒｄ，ｔｈｅ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｈｔ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｒ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ３ ｍｏｎｔｈｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙ— ｓｉｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅａｎｄ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅｉｓ ｃｈｅｃｋｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｉｓ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｎｅｓｓ ｏｆ ｐｉｌｅｓ．Ｉｔ ｉｓ ｈｏｐｅｆｕｌｌｙ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒａｉｌ ｂｅａｍｓ ｓｅｔｌｔｅｍｅｎｔ；ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｒｅｐａｉ— ｉｒｎｇ
