随着我国沿海地区经济和社会的快速发展, 建设用地、绿化用地等土地资源日益紧张, 利用滨海地区分布广泛的滩涂, 采用堆填或吹填造陆的方法, 可有效解决土地资源紧张的状况, 促进本地经济社会的持续健康发展。围海造陆的迅速发展, 堆填或吹填场地及其上建筑物的施工技术也得到很大提升, 但在滩涂场地采用堆填施工, 堆填层下卧的软弱层性质差, 具有“三高三低”的基本特性^[1,2], 即高含水率、高孔隙比、高压缩性, 低强度、低渗透性和低固结系数, 是一种典型的欠固结土, 极易发生工后沉降, 对堆填场地上的建 (构) 筑物的安全构成极大威胁。

桩基础作为传统的地基处理方法已广泛应用于土木工程建设中, 可有效改善在堆填场地上进行工程建设中吹填土对建 (构) 筑物的不利影响。由于堆填场地土属欠固结土, 桩基施工后, 堆填层及下卧软弱层仍会发生沉降变形, 导致桩体出现负摩阻力, 引起桩基变形增大、承载力降低和产生不均匀沉降^[3,4,5,6]。

本文以某近海堆填场地上新建建筑为例, 该建筑在竣工时出现严重开裂和沉降, 为查明其开裂沉降原因, 通过现场检测并结合技术资料, 从勘察、设计和施工等角度进行综合分析, 得出桩基沉降原因, 以期为今后在堆填场地上进行工程建设提供技术参考。

该场地地貌单元属海积、冲积平原;场地原为滩涂, 系新围垦区, 地表回填有大量塘渣, 地势总体平坦, 勘探孔孔口高程在2.160～3.250m (黄海高程) , 场地后期回填厚度较大, 竣工后堆填层厚度可达4.5～5.8m, 各岩土层分布情况及其主要物理力学指标如表1所示。

该房屋为四联排别墅, 4层框架结构, ±0.000m相当于黄海高程7.900m, 采用锤击沉桩, 桩位及其编号如图1所示, 采用预应力混凝土管桩, 桩基概况如表2所示。

项目竣工1年后发现四联排别墅局部构件出现开裂, 随后对该别墅进行为期102d的沉降观测, 测点布置如图2所示, 各测点沉降时程曲线如图3所示。

由图3分析可知, 该别墅存在沉降现象, 沉降速率在0.056～0.117mm/d, 沉降尚未稳定;6个沉降观测点中, 位于别墅东南角的4号测点沉降最大, 最大累计沉降量达11.94mm。

采用磁测井法对该别墅的B12、B16、B27号和B34号预制管桩桩长进行检测, 其中B27号桩的深度-磁场垂直分量 (H-Z) 曲线如图4所示, 检测结果如表3所示, 表中标高均为相对标高。

由表3分析可知, 除东南角B27号桩桩长偏差-11.75m外, 其余桩的桩长未出现明显偏差。

采用钻探法对别墅的B12、B16、B27号和B34号桩旁的土层进行复核勘察, 各土层的物理力学主要统计指标如表4所示。

本次复勘所揭示的土层分布及其物理力学性质与原勘察报告基本相符, 复勘揭示的桩端持力层层顶埋深呈东浅西深, 东侧持力层层顶相对标高约-33.770m, 西侧持力层层顶相对标高约-35.250m, 层顶高差为1.48m。

根据原勘察报告和本次复核勘察结果可知, 别墅场地原为滩涂, 存在较厚软弱高压缩性的淤泥质土层, 且后期建筑物内外存在较厚回填土 (4.5～5.8m) , 故桩基设计时应考虑负摩阻力的影响。

根据JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》, 对于摩擦型基桩可取桩身计算中性点以上侧阻力为零, 按下式验算基桩承载力 (R_a只计入中性点以下部分侧阻力值及端阻力值) :

中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值, 可按下式计算:

当地面分布大面积荷载时, '_i滓越p+滓'_ri,

式中, q_siⁿ为第i层土桩侧负摩阻力标准值, 其计算值应小于正摩阻力标注值 (约为表1中阻力特征值的2倍) ;为桩周第i层土负摩阻力系数, 取值与土的类型、成桩方式等有关;为由土自重引起的桩周第i层土平均竖向有效应力;为桩周第i层土平均竖向有效应力;分别为第i层土和其上第e层土的重度, 地下水位以下取浮重度;△Z_e、△Z_i分别为第i层土、第e层土的厚度;p为地面均布荷载。

中性点深度l_n按照桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定, 根据设计施工图和原勘察报告, 并考虑桩侧负摩阻力, 中性点深度按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件确定, 对别墅管桩的单桩竖向抗压承载力进行验算, 验算结果如表5所示。

由表5分析可知, 当考虑桩侧负摩阻力时, 管桩的抗压承载力特征值为原设计值的74%～76%, 管桩的抗压承载力安全储备不足。管桩抗压承载力特征值折减与淤泥质土层厚薄有关, 当淤泥质土层越厚, 其抗压承载力特征值折减越大。当考虑负摩阻力引起基桩的下拉力后, 桩基沉降增大。

综上所述, 该近海堆填场地新建建筑物桩基工程出现较大沉降的主要原因是:设计对场地大面积堆填、高压缩性软弱土层层厚不均和桩端持力层层面起伏较大的复杂工程地质条件考虑不足, 考虑负摩阻力作用后原设计的管桩抗压承载力富余不足, 下拉荷载引起的附加沉降均相对较大。施工时东南角B27号桩桩长偏差-11.75m, 未按设计图纸要求施工, 其抗压承载力严重不足, 加剧沉降, 与该别墅东南角实测沉降均大于其余各测点的不均匀沉降分布规律基本相符。

近海堆填场地堆填层下卧的软弱层性质差, 具有“三高三低”的基本特性, 在工程勘察、设计和施工中应特别重视该类场地的特性。勘察应探明不良地质作用, 设计应充分考虑复杂工程地质条件的不利因素, 施工应严格按图施工, 切不可偷工减料, 酿成事故, 应引以为戒。