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摘要：通过中山市中心粮库基桩施工过程中发生断桩事故的实例,介绍了其治理方案和实施过程,对软弱土地基上施桩提出了合理的有效办法,以此为类似工程提供可借鉴的实用经验。
关键词：软弱土地基；断桩；实例分析
一、工程概况
中山市中心粮库工程是政府投资建设的年储稻谷10万吨仓容的市级储备粮库，位于中山港口镇马大丰工业区内，选址场地属于珠江三角洲冲积平原地貌，小榄水道从场地北缘经过。该工程总投资1.8亿元,分一、二期予以实施。一期工程主要先投资兴建九座储粮仓（24m×60m）、一座1000吨泊位专用码头和其它办公生活配套设施。二期完成余下的十三座储粮仓。
二、工程地基设计要求
该工程地基基础设计等级为丙级，采用锤击预应力混凝土管桩（PC桩），管径500mm,壁厚100mm，桩型AB，用十字型桩尖，暂定桩长为45m，单桩竖向抗压承载力特征值不少于2000KN，用最后三阵每阵贯入度2-3cm为收锤标准。其中储粮仓每座需布桩119根，九座共计1071根，其它配套附属设施布桩221根，一期合计打管桩1292根。
三、断桩事故的发生和事故原因初步分析
动工仪式上试打桩一条，使用50#柴油锤击打，桩入土深度46m，最后贯入度2.5cm/2.5cm/2.3cm。但在正式开工后不久，9台桩机同时连续出现了断桩事故，情况是：1#机施打20条，断2条；2#、3#、5#各施打16条，各断2条；4#、6#机各施打13条，各断1条；7#、8#机各施打11条，各断1条；9#机施打7条，断1条。统计1#-9#机断桩率：最小断桩率7.7%，最大断桩率14.3%，总断桩率10.6%。
针对以上情况，初步分析了引起断桩事故发生的原因，该工程地质条件虽明确为淤泥层较厚的软弱土地基，但淤泥质土层底板标高起伏较大，各地层厚度分布不均匀，而桩队一般按设计图纸要求的桩长配桩，贯入度标准收锤，结果是要求机手既要保证有足够的桩长的同时，又必须要满足收锤的标准，相当于迫使机手尽量把桩往下打，到打不动为止的类似情况，这样做的话，在软弱土地基上打桩，是极易发生断桩事故的。因此，必须根据施工现场实际，综合考虑并调整影响打桩的各项因素。
四、解决方案
（一）计算桩应进入下卧硬层的米数
本工程《岩土工程详细勘察报告》显示了各钻孔分层数据，该统计表如下：
层号 层名 层厚（m） 层顶高程(m） 层顶深度（m）
最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值
1 素填土 0.80 4.20 2.18 1.42 2.47 2.03 0.00 0.00 0.00
2-1 淤泥 12 29.5 18.27 -2.05 1.38 -0.14 0.8 4.20 2.18
2-2 淤泥质土 8.40 26.80 20.09 -30.14 -14.05 -18.41 16.20 32.00 20.44
2-3 圆砾 1.40 9.80 3.62 -43.62 -32.89 -38.49 34.50 45.20 40.52
2-4 砾砂 1.10 12.70 7.34 -45.77 -34.10 -40.45 36.10 47.80 42.51
2-5 卵石 1.10 18.30 4.53 -51.79 -32.54 -46.44 34.20 54.00 48.48
3 强风化砂砾岩 0.40 3.44 1.51 -54.45 -48.53 -51.20 50.50 56.50 53.24
從上表可见,可作桩端持力层的土层应首选在砾砂层或贯穿砾砂层进入卵石层嵌入1-2m作为桩端面,结合中山地区工程地质经验和参考管桩和静压方桩基础设计规程参数值,分别取淤泥质土,圆砾、砾砂、卵石层的桩侧摩阻力特征值（ ）和桩端阻力特征值（ ）如下表：
层号 岩土名称 平均层厚(m) 状态 (kpa)
pa(kpa)
2-2 淤泥质土 20.09 流塑（部分地段底部呈软塑状） 11
2-3 圆砾 3.62 密实 90
2-4 砾砂 7.34 密实 65 5000
2-5 卵石 4.53 密实 120 6000
按持力层为砾砂层考虑，计算进入该层深度L2-4。
通过公式： 其中：Ra代表单桩承载力特征值， 代表桩身周长；AP代表桩身截面积。经过代入后计算所得L2-4=5.03m。
若按持力层为卵石层考虑，计算进入该层深度L2-5为负值，表明如按上表各层平均层厚情况计算，桩无需进入到卵石层作为持力层。
（二）确定配桩方法
由于到达淤泥质土底部时，此时往下打，桩身反弹跳动明显，故可利用这种关系来把握配桩的合理长度。而经以上计算，桩端在淤泥质土底部下约8.65米（圆砾平均层厚3.62m+5.03m） 可作持力点，考虑到可送桩，本工程按8米计。
（三）桩锤的选择
在软弱土地基上打桩,从地面打至淤泥质土层底部所需锤击数很小,关键是如何能让桩体顺利地贯穿淤泥质土下层坚硬的下卧层体,以到达预定的持力层位置。由于圆砾和砾砂层或卵石层属较坚硬质土,打进需较强冲击力，随着沉桩阻力的不断增大，所需的冲击能量也不断增大,桩锤较小,会出现似乎打不动的现象,造成锤击次数增多,使桩机下土体振动不断增大,这样对浸入淤泥30-40m的桩是极为不利的。另外,从桩长角度考虑,桩较长,比一般桩也较重,推动较重的桩身入土也需较多的能量,因此桩锤应考虑选用稍大些为宜。按照过往积累的经验,若在软土较厚的地基上打桩,锤重可取桩重的0.4倍。结合本工程情况：素质土平均层厚2.18m，淤泥平均层厚18.27m，淤泥质土平均层厚20.09m,预设入硬层8m,桩长即为48.54m。桩重即为3.3KN/m×48.54m=160KN,锤重即为0.4×160KN=64KN。本工程最后决定采用60#筒式柴油锤,将原先的50#柴油锤更换。
（四）桩尖的选择
桩尖原设计为十字型桩尖，破穿下卧坚层的能力一般，为使桩尖能顺利进入持力层端，将原设计的桩尖改为尖底十字型桩尖。另外，考虑到圆砾层顶面可能存在陂面的情况，为滑少桩尖与其碰触时的滑动，将桩尖高度由110mm改为150mm。
（五）最后贯入度的计算
结合本工程情况，按使用60#筒式柴油锤（冲击体重量计60kN），落距高度1600mm，桩入土深度48米（计160kN），单桩承载力特征值（2000kN），套用海利打桩公式求每击贯入度。
根据海利公式：
其中：S为每击贯入度；E为收锤时冲击能量，使用柴油锤时，取锤重与落距乘积的1.3倍；为锤击效率系数，取0.9；W为柴油锤冲击体重量；P为桩重量；e为回弹系数，使用筒式柴油锤时，取0.4；C为瞬时弹性变形值，等于桩身和桩端土体弹性压缩量之和（按中山地区经验取12mm）再加上桩帽弹性压缩量（取3mm）。结果求得每击贯入度S=3.43mm。
通过以上计算，拟将原设计的收锤标准最后三阵每阵2～3cm修改为最后一阵3～4cm，下一步并通过试打桩，现场实测验证是否满足设计承载力要求。
5对治理方案的验证
经与设计、监理方研讨，并经建设方同意，选择地质勘察资料中显示的淤泥层厚之间相差较大的三个勘探孔附近的工程桩，通过试打桩三条，以验证方案的可靠性。试打桩均须按方案设定的条件来进行，同时采用高应变动测法配合测试。测试结果分别如下：第一根入土50.7m，拟合法：动测承载力4565kN，桩顶最大位移34.4mm；桩身基本完整，为I类桩。第二根入土37.5m，拟合法：动测承载力4275kN，桩顶最大位移32.2mm；桩身基本完整，为I类桩。第三根入土47.2m，拟合法：动测承载力4386kN，桩顶最大位移33.2mm；桩身基本完整，为I类桩。可以看出验测结果与方案基本吻合。
六、几点措施
试打桩完成后，工程复工，除要求各桩队参照试打桩的各项标准外，为确保后续的打桩能顺利完成，特别注意在以下施工控制方面采取了一些措施：
1．桩身质量是保证打桩工程顺利实施的基本。为保证到达现场的预制桩质量达标，在与管桩构件厂订立购桩合同时，明确每200根批次抽1根采用钻芯法检测桩身混凝土强度等级，将桩的质量控制延伸到供货商。
2．在软土较厚的地基上打桩，控制好入桩的垂直度至关重要。本工程要求每机组使用两台经纬仪在互为90°的方向上进行测量，校正后垂直度偏差不得大于0.5％，打桩过程中随时检查桩身垂直度,并保持桩锤、桩帽和桩身的中心线在同一直线上,当偏差大于0.5%时,找出原因设法纠正。
3．柴油锤运作时，如果进桩顺利的情况下，油门一般只开二档。
七、成桩的验收情况
一期工程在重新打桩后没有再出现断桩情况，加上补桩共成桩1305根，入土深度63643米。经与设计、监理和质检部门商议，确定每储粮仓均采用高应变动测法按5％比例抽检数检测单桩竖向抗压承载力，同时采用低应变动测法按20％比例抽检数检测桩身完整性,并经建设单位同意，在储粮区采用静载荷试验抽检5根作为扩大检测。检测结果分别如下：低应变动测法共检测275根，I类桩260根，II类桩15根；高应变动测法共检测66根（含试打桩3根），动测承载力：最大值5491kN，最小值4012kN，平均值4549kN，全部为I类桩；静载荷试验共检测5根，单桩极限承载力均大于等于4000kN，Q-S曲线均显示平缓，无明显陡降段，S-lgt曲线均呈平缓规则排列，回弹率平均65.5％。
二期打桩工程参考一期的做法，也顺利完成桩基验收，取得了很好的打桩效果。
八、几点体会
1．在上软下硬的软土地基上配桩，最好因应软硬层面的分布情况，以软弱土层下多少米到持力层端米数来配桩；在锤型的选择上，最好选择60#筒式柴油锤；桩尖最好选用加高的尖底十字型封口桩尖，并保证桩尖钢板壁厚。
2．关于预应力混凝土抗压桩收锤标准问题，一般与现场工程地质条件，单桩承载力特征值、采用的桩的规格大小、桩入土深度、桩锤型及落锤高度、桩尖类型、桩端持力层性状以及桩进入的持力层深度有关。因此，在以最后贯入度为收锤标准时，设计图纸最好不要先设范围值，而是通过现场试验来确定。具体到打桩时，贯入度值也不是追求越小越好。以本工程为例，把收锤标准修改到最后一阵满足3～4cm即可收锤，单桩承载力经检测也均满足要求。
3．开工试打桩时，最好加入高应变动测法来配合测试，通过实测数据来验证或修正原设计要求，并為后续施工提供依据。过往通常的做法都会在正式开工时，按设计图纸要求进行试打桩，一般不会采用高应变动测法配合测试，对于这种做法，应逐渐改变。
九、结语
在淤泥层较厚且层厚分布不均匀的冲积平原地貌上打桩，因上部为极软的流塑状淤泥，淤泥质土，下层为密实度大的砾卵石层，是典型的上软下硬地层，若对其收锤控制较严，局部由于可能桩长变化较大，易出现断桩等，应结合现场实际，采取综合措施进行防治。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：软弱土地基；断桩；实例分析
一、工程概况
中山市中心粮库工程是政府投资建设的年储稻谷10万吨仓容的市级储备粮库，位于中山港口镇马大丰工业区内，选址场地属于珠江三角洲冲积平原地貌，小榄水道从场地北缘经过。该工程总投资1.8亿元,分一、二期予以实施。一期工程主要先投资兴建九座储粮仓（24m×60m）、一座1000吨泊位专用码头和其它办公生活配套设施。二期完成余下的十三座储粮仓。
二、工程地基设计要求
该工程地基基础设计等级为丙级，采用锤击预应力混凝土管桩（PC桩），管径500mm,壁厚100mm，桩型AB，用十字型桩尖，暂定桩长为45m，单桩竖向抗压承载力特征值不少于2000KN，用最后三阵每阵贯入度2-3cm为收锤标准。其中储粮仓每座需布桩119根，九座共计1071根，其它配套附属设施布桩221根，一期合计打管桩1292根。
三、断桩事故的发生和事故原因初步分析
动工仪式上试打桩一条，使用50#柴油锤击打，桩入土深度46m，最后贯入度2.5cm/2.5cm/2.3cm。但在正式开工后不久，9台桩机同时连续出现了断桩事故，情况是：1#机施打20条，断2条；2#、3#、5#各施打16条，各断2条；4#、6#机各施打13条，各断1条；7#、8#机各施打11条，各断1条；9#机施打7条，断1条。统计1#-9#机断桩率：最小断桩率7.7%，最大断桩率14.3%，总断桩率10.6%。
针对以上情况，初步分析了引起断桩事故发生的原因，该工程地质条件虽明确为淤泥层较厚的软弱土地基，但淤泥质土层底板标高起伏较大，各地层厚度分布不均匀，而桩队一般按设计图纸要求的桩长配桩，贯入度标准收锤，结果是要求机手既要保证有足够的桩长的同时，又必须要满足收锤的标准，相当于迫使机手尽量把桩往下打，到打不动为止的类似情况，这样做的话，在软弱土地基上打桩，是极易发生断桩事故的。因此，必须根据施工现场实际，综合考虑并调整影响打桩的各项因素。
四、解决方案
（一）计算桩应进入下卧硬层的米数
本工程《岩土工程详细勘察报告》显示了各钻孔分层数据，该统计表如下：
层号 层名 层厚（m） 层顶高程(m） 层顶深度（m）
最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值
1 素填土 0.80 4.20 2.18 1.42 2.47 2.03 0.00 0.00 0.00
2-1 淤泥 12 29.5 18.27 -2.05 1.38 -0.14 0.8 4.20 2.18
2-2 淤泥质土 8.40 26.80 20.09 -30.14 -14.05 -18.41 16.20 32.00 20.44
2-3 圆砾 1.40 9.80 3.62 -43.62 -32.89 -38.49 34.50 45.20 40.52
2-4 砾砂 1.10 12.70 7.34 -45.77 -34.10 -40.45 36.10 47.80 42.51
2-5 卵石 1.10 18.30 4.53 -51.79 -32.54 -46.44 34.20 54.00 48.48
3 强风化砂砾岩 0.40 3.44 1.51 -54.45 -48.53 -51.20 50.50 56.50 53.24
從上表可见,可作桩端持力层的土层应首选在砾砂层或贯穿砾砂层进入卵石层嵌入1-2m作为桩端面,结合中山地区工程地质经验和参考管桩和静压方桩基础设计规程参数值,分别取淤泥质土,圆砾、砾砂、卵石层的桩侧摩阻力特征值（ ）和桩端阻力特征值（ ）如下表：
层号 岩土名称 平均层厚(m) 状态 (kpa)
pa(kpa)
2-2 淤泥质土 20.09 流塑（部分地段底部呈软塑状） 11
2-3 圆砾 3.62 密实 90
2-4 砾砂 7.34 密实 65 5000
2-5 卵石 4.53 密实 120 6000
按持力层为砾砂层考虑，计算进入该层深度L2-4。
通过公式： 其中：Ra代表单桩承载力特征值， 代表桩身周长；AP代表桩身截面积。经过代入后计算所得L2-4=5.03m。
若按持力层为卵石层考虑，计算进入该层深度L2-5为负值，表明如按上表各层平均层厚情况计算，桩无需进入到卵石层作为持力层。
（二）确定配桩方法
由于到达淤泥质土底部时，此时往下打，桩身反弹跳动明显，故可利用这种关系来把握配桩的合理长度。而经以上计算，桩端在淤泥质土底部下约8.65米（圆砾平均层厚3.62m+5.03m） 可作持力点，考虑到可送桩，本工程按8米计。
（三）桩锤的选择
在软弱土地基上打桩,从地面打至淤泥质土层底部所需锤击数很小,关键是如何能让桩体顺利地贯穿淤泥质土下层坚硬的下卧层体,以到达预定的持力层位置。由于圆砾和砾砂层或卵石层属较坚硬质土,打进需较强冲击力，随着沉桩阻力的不断增大，所需的冲击能量也不断增大,桩锤较小,会出现似乎打不动的现象,造成锤击次数增多,使桩机下土体振动不断增大,这样对浸入淤泥30-40m的桩是极为不利的。另外,从桩长角度考虑,桩较长,比一般桩也较重,推动较重的桩身入土也需较多的能量,因此桩锤应考虑选用稍大些为宜。按照过往积累的经验,若在软土较厚的地基上打桩,锤重可取桩重的0.4倍。结合本工程情况：素质土平均层厚2.18m，淤泥平均层厚18.27m，淤泥质土平均层厚20.09m,预设入硬层8m,桩长即为48.54m。桩重即为3.3KN/m×48.54m=160KN,锤重即为0.4×160KN=64KN。本工程最后决定采用60#筒式柴油锤,将原先的50#柴油锤更换。
（四）桩尖的选择
桩尖原设计为十字型桩尖，破穿下卧坚层的能力一般，为使桩尖能顺利进入持力层端，将原设计的桩尖改为尖底十字型桩尖。另外，考虑到圆砾层顶面可能存在陂面的情况，为滑少桩尖与其碰触时的滑动，将桩尖高度由110mm改为150mm。
（五）最后贯入度的计算
结合本工程情况，按使用60#筒式柴油锤（冲击体重量计60kN），落距高度1600mm，桩入土深度48米（计160kN），单桩承载力特征值（2000kN），套用海利打桩公式求每击贯入度。
根据海利公式：
其中：S为每击贯入度；E为收锤时冲击能量，使用柴油锤时，取锤重与落距乘积的1.3倍；为锤击效率系数，取0.9；W为柴油锤冲击体重量；P为桩重量；e为回弹系数，使用筒式柴油锤时，取0.4；C为瞬时弹性变形值，等于桩身和桩端土体弹性压缩量之和（按中山地区经验取12mm）再加上桩帽弹性压缩量（取3mm）。结果求得每击贯入度S=3.43mm。
通过以上计算，拟将原设计的收锤标准最后三阵每阵2～3cm修改为最后一阵3～4cm，下一步并通过试打桩，现场实测验证是否满足设计承载力要求。
5对治理方案的验证
经与设计、监理方研讨，并经建设方同意，选择地质勘察资料中显示的淤泥层厚之间相差较大的三个勘探孔附近的工程桩，通过试打桩三条，以验证方案的可靠性。试打桩均须按方案设定的条件来进行，同时采用高应变动测法配合测试。测试结果分别如下：第一根入土50.7m，拟合法：动测承载力4565kN，桩顶最大位移34.4mm；桩身基本完整，为I类桩。第二根入土37.5m，拟合法：动测承载力4275kN，桩顶最大位移32.2mm；桩身基本完整，为I类桩。第三根入土47.2m，拟合法：动测承载力4386kN，桩顶最大位移33.2mm；桩身基本完整，为I类桩。可以看出验测结果与方案基本吻合。
六、几点措施
试打桩完成后，工程复工，除要求各桩队参照试打桩的各项标准外，为确保后续的打桩能顺利完成，特别注意在以下施工控制方面采取了一些措施：
1．桩身质量是保证打桩工程顺利实施的基本。为保证到达现场的预制桩质量达标，在与管桩构件厂订立购桩合同时，明确每200根批次抽1根采用钻芯法检测桩身混凝土强度等级，将桩的质量控制延伸到供货商。
2．在软土较厚的地基上打桩，控制好入桩的垂直度至关重要。本工程要求每机组使用两台经纬仪在互为90°的方向上进行测量，校正后垂直度偏差不得大于0.5％，打桩过程中随时检查桩身垂直度,并保持桩锤、桩帽和桩身的中心线在同一直线上,当偏差大于0.5%时,找出原因设法纠正。
3．柴油锤运作时，如果进桩顺利的情况下，油门一般只开二档。
七、成桩的验收情况
一期工程在重新打桩后没有再出现断桩情况，加上补桩共成桩1305根，入土深度63643米。经与设计、监理和质检部门商议，确定每储粮仓均采用高应变动测法按5％比例抽检数检测单桩竖向抗压承载力，同时采用低应变动测法按20％比例抽检数检测桩身完整性,并经建设单位同意，在储粮区采用静载荷试验抽检5根作为扩大检测。检测结果分别如下：低应变动测法共检测275根，I类桩260根，II类桩15根；高应变动测法共检测66根（含试打桩3根），动测承载力：最大值5491kN，最小值4012kN，平均值4549kN，全部为I类桩；静载荷试验共检测5根，单桩极限承载力均大于等于4000kN，Q-S曲线均显示平缓，无明显陡降段，S-lgt曲线均呈平缓规则排列，回弹率平均65.5％。
二期打桩工程参考一期的做法，也顺利完成桩基验收，取得了很好的打桩效果。
八、几点体会
1．在上软下硬的软土地基上配桩，最好因应软硬层面的分布情况，以软弱土层下多少米到持力层端米数来配桩；在锤型的选择上，最好选择60#筒式柴油锤；桩尖最好选用加高的尖底十字型封口桩尖，并保证桩尖钢板壁厚。
2．关于预应力混凝土抗压桩收锤标准问题，一般与现场工程地质条件，单桩承载力特征值、采用的桩的规格大小、桩入土深度、桩锤型及落锤高度、桩尖类型、桩端持力层性状以及桩进入的持力层深度有关。因此，在以最后贯入度为收锤标准时，设计图纸最好不要先设范围值，而是通过现场试验来确定。具体到打桩时，贯入度值也不是追求越小越好。以本工程为例，把收锤标准修改到最后一阵满足3～4cm即可收锤，单桩承载力经检测也均满足要求。
3．开工试打桩时，最好加入高应变动测法来配合测试，通过实测数据来验证或修正原设计要求，并為后续施工提供依据。过往通常的做法都会在正式开工时，按设计图纸要求进行试打桩，一般不会采用高应变动测法配合测试，对于这种做法，应逐渐改变。
九、结语
在淤泥层较厚且层厚分布不均匀的冲积平原地貌上打桩，因上部为极软的流塑状淤泥，淤泥质土，下层为密实度大的砾卵石层，是典型的上软下硬地层，若对其收锤控制较严，局部由于可能桩长变化较大，易出现断桩等，应结合现场实际，采取综合措施进行防治。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。