建筑復合地基設計分析

摘要：復合地基是指部分土體被增強或置換，形成由由地基土和增強體共同承擔荷載的人工地基。本文根據(jù)工程實例，對復合地基的設計進行分析，供類似工程借鑒參考。

關鍵詞：復合地基；素土擠密樁；素混凝土樁；設計

一、工程概況

某工程項目結構體系為框架結構，抗震設防烈度為8度（0.2g），設計地震分組為第一組，抗震設防為丙類，抗震等級為二級，場地類別為II類，地下水位為室外地面以下10米，可不予以考慮。

二、各層地基土的物理力學性質及對建筑地基處理的要求

（一）各層地基土的物理力學性質

本工程地質場地依次為：①層耕土、②層黃土、③黃土、④古土壤、⑤粉土、⑥中砂構成，其中②層黃土屬于自重濕陷性黃土，地基濕陷等級為II級，各層土層物理力學性質詳見下表（表中為素混凝土剛性樁的側阻力與端阻力特征值）。（如表1）

（二）建筑地基處理的要求

根據(jù)《勘察報告》，基礎持力層為②層黃土，屬于自重濕陷性黃土，地基濕陷等級為II級，要求對濕陷性進行地基處理，以消除地基土的濕陷性，防止其對建筑物的危害；經(jīng)過結構計算，基礎采用獨立柱基礎，現(xiàn)有的②層黃土天然地基的承載力為150kPa，不能滿足基礎的承載力要求，需要做地基加強處理，并要求處理完的獨立柱基礎基底承載力特征值要求≥380kPa。

本項目采用素土擠密樁解決地基土濕陷的問題，并用素混凝土樁進行地基加強。

三、素土擠密樁的設計

（一）確定素土擠密樁處理的平面

按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004），本建筑物屬于丙類建筑，按該規(guī)范第6.1.1條第2款：“乙、丙類建筑應消除地基的部分濕陷量”。由于廠房工藝對一層地坪的要求較高，故對地基的處理范圍采用整片處理，以消除地基的部分濕陷量。該規(guī)范第6.1.2條第2款：“當為整片處理時，其處理范圍應大于建筑物底層平面的面積，超出建筑物外墻基礎外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1/2，并不應小于2m。”處理土層最大厚度為4米，故超出基礎邊緣寬度取2米，平面詳素土擠密樁平面布置圖（局部）。（圖1）

（二）素土擠密樁的樁長、樁距和復合地基承載力特征值等的確定

（1）樁長確定

按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》第6.1.5條第2款：“丙類建筑消除地基的部分濕陷量的最小處理厚度，應符合下列要求：當?shù)鼗鶟裣莸燃墳镮I級時，在自重濕陷性黃土場地，地基處理厚度不應小于3.5m，且下部未處理濕陷性黃土的剩余濕陷量，不應大于200mm”。故有效樁長取4.5m，樁端應達到第3層黃土（無濕陷性），樁長范圍內濕陷性應全部消除。

（2）樁距確定

設計時，采用樁徑為400mm，樁間土的最大干密度ρdmax按1.77g/cm3采用，樁間土的平均擠密系數(shù)不宜小于0.93。擠密孔的孔位，采用正三角形滿堂布樁，孔心距按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》6.4.2式計算：

計算孔心距，取S=850mm。

（3）復合地基承載力特征值的確定

按《建筑地基處理技術規(guī)范》7.5.2-9條：素土擠密樁復合地基承載力特征值不宜大于180kPa，故處理后復合地基承載力特征值取180kPa。

（三）素土擠密樁試樁的檢測

在正式施工前我們在場地內選取六處（138根樁）進行試樁，取樁間土6件（每處取1件），取3根樁的樁身土樣12件進行土工分析試驗，檢測結果黃土濕陷性已消除；并進行了復合地基載荷試驗，對其承載力特征值測試及確定所對應的沉降量，均滿足了設計要求。故采用的素土擠密的樁徑、樁長、樁間距滿足設計要求。

（四）對素土擠密樁的其它設計要求

因基礎埋深為-2.50米，且上面①層耕土較厚，故將基坑開挖至-2.00處開始施工素土擠密樁；樁孔內用素土回填，且超填500mm，孔底在填料前必須夯實孔內填素土。孔內填料壓實系數(shù)不小于0.97，擴孔擠密成樁后，樁間土的平均擠密系數(shù)不小于0.93。

待擠密樁施工完后再開挖至設計樁頂標高-2.500，樁頂做500mm厚2：8灰土墊層，通過墊層發(fā)揮樁間土的承載力，要求墊層壓實系數(shù)大于等于0.97。

素土擠密樁布置示意和基坑開挖及復合地基剖面示意圖如下：（圖2）

四、素混凝土樁的設計

在擠密樁試樁處理后的素土擠密樁復合地基承載力特征值為180kPa，但仍不能滿足獨立柱基礎基底承載力特征值≥380kPa的要求。我們在獨立柱基礎范圍內，采用素混凝土樁對已有的地基再進行增強處理。

（一）素混凝土樁復合地基承載力計算

采用的素混凝土樁樁徑為400mm，樁有效樁長約14米，持力層為第6層中粗砂，樁端進入持力層的深度不小于0.5m，工程樁混凝土強度等級C25。布樁方式采用正方形布樁，間距為1.3米，在獨立柱基礎范圍內地基進行布樁。

（1）增強體單樁豎向承載力特征值的確定

增強體單樁豎向承載力特征值按《建筑地基處理技術規(guī)范》7.1.5-3式估算：

素混凝土樁樁端阻力發(fā)揮系數(shù)取1.0，經(jīng)計算，取單樁豎向承載力特征值Ra=550kN，且樁身強度滿足該7.1.6條的規(guī)定。

（2）素混凝土樁復合地基承載力特征值的確定

采用正方形布樁，間距S取1.3米，，面積置換率，按《建筑地基處理技術規(guī)范》7.1.5-2式估算：

其中單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ取0.8，樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β取0.9，，經(jīng)計算，復合地基承載力特征值值。大幅的提高了原有的承載力特征值，滿足獨立柱基礎基底承載力特征值≥380kPa的要求，故采用的樁徑、樁長、樁間距滿足設計要求。

（二）素混凝土樁平面布置（局部）詳下圖（圖3）

（三）素混凝土試樁的檢測

施工前先做好三組（每組七根）試樁，試樁混凝土強度等級為C30。承載力檢驗宜在施工結束28天后進行，其樁身強度應滿足試驗荷載條件。取3根樁（每組選一根）進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗，測得單樁豎向極限承載力為1180kN，滿足單樁豎向承載力特征值Ra=550kN要求。復合地基靜載荷試驗對此三組的承載力特征值進行測試及確定所對應的沉降量，均滿足了設計要求。

（四）素混凝土的其它要求

素混凝土樁施工完畢，樁體強度達到要求后，將樁頂高出設計要求的樁頭鑿除，并人工清除高出設計標高的樁間土，清土和截樁時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土，樁頂表面不可出現(xiàn)斜平面；另外，樁頭剔至設計標高-2.500處，做500厚的褥墊層，通過褥墊層的設置發(fā)揮樁間土的承載力，褥墊層采用1：5水泥土墊層，要求其壓實系數(shù)大于等于0.97。做法詳素混凝土樁詳圖。（圖4）

（五）復合地基的施工順序

地基處理施工時，應先施工素土擠密樁，在完成素土擠密樁一段時間后（7-10天），再施工素混凝土樁，以便保證素混凝土樁的樁身完整性。在大面積的復合地基施工工程樁前，一定要先進行復合地基試驗，素混凝土樁單樁試驗，經(jīng)檢測合格后方可進行工程樁的施工。

五、結束語

本工程所采用的素土擠密樁與素混凝土樁組合復合地基處理對于濕陷性比較高黃土的和對基礎的承載力要求比較大的場地是非常合適的，可最大限度地發(fā)揮這兩種樁的優(yōu)點，使復合地基的承載力得到大幅度的提高，地基變形得以降低和控制，其充分發(fā)揮樁間土的承載能力，具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡單易行、工程質量易保證等優(yōu)點，工程造價低，經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著，在濕陷性黃土場地的工程項目中得到越來越廣泛應用。