素土擠密樁與素混凝土樁組合復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

陳海燕

摘要：本文通過對陜西咸陽的某廠房工程項(xiàng)目的工程實(shí)例，介紹了自重濕陷性黃土地基中應(yīng)用素土擠密樁法與素混凝土樁組合式復(fù)合地基方案設(shè)計(jì)，供從事的地基設(shè)計(jì)的人員借鑒及參考。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土，素土擠密樁法；素混凝土樁；復(fù)合地基

前言：復(fù)合地基是指部分土體被增強(qiáng)或置換，形成由由地基土和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的人工地基。復(fù)合地基由于其充分利用樁間土和樁共同作用的特有優(yōu)勢和相對低廉的工程造價(jià)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

陜西某科技有限公司建設(shè)的廠房工程項(xiàng)目場地屬于自重濕陷性黃土場地，由于需要處理濕陷性的土層厚度較大的特點(diǎn)，采用素土擠密樁對地基進(jìn)行處理，以消除地基土的部份濕陷性較為適宜。但對本項(xiàng)目而言，其要求達(dá)到的地基承載力特征值較高，采用單一的素土擠密樁復(fù)合地基處理方法無法滿足承載力要求，我們采用了素土擠密樁與素混凝土樁兩種地基進(jìn)行組合的處理方法。

1、工程概況

本工程項(xiàng)目平面為矩形，長度為184米，寬度為96米，建筑面積約5萬平方米，地上3層，總高度為20.3米。結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為8度（0.2g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，抗震設(shè)防為丙類，抗震等級(jí)為二級(jí)，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。

2、各層地基土的物理力學(xué)性質(zhì)及對建筑地基處理的要求

2.1各層地基土的物理力學(xué)性質(zhì)

本工程地質(zhì)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(gòu)成，其中②層黃土屬于自重濕陷性黃土，地基濕陷等級(jí)為II級(jí)，各層土層物理力學(xué)性質(zhì)詳見下表（表中為素混凝土剛性樁的側(cè)阻力與端阻力特征值）。

2.2建筑地基處理的要求

根據(jù)《勘察報(bào)告》，基礎(chǔ)持力層為②層黃土，屬于自重濕陷性黃土，地基濕陷等級(jí)為II級(jí)，要求對濕陷性進(jìn)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(jié)構(gòu)計(jì)算，基礎(chǔ)采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)，現(xiàn)有的②層黃土天然地基的承載力為150kPa，不能滿足基礎(chǔ)的承載力要求，需要做地基加強(qiáng)處理，并要求處理完的獨(dú)立柱基礎(chǔ)基底承載力特征值要求≥380kPa。

本項(xiàng)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(jìn)行地基加強(qiáng)。

3、素土擠密樁的設(shè)計(jì)

3.1 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(yīng)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(dāng)為整片處理時(shí)，其處理范圍應(yīng)大于建筑物底層平面的面積，超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于2m?！碧幚硗翆幼畲蠛穸葹?米，故超出基礎(chǔ)邊緣寬度取2米，平面詳素土擠密樁平面布置圖（局部）。

3.2 素土擠密樁的樁長、樁距和復(fù)合地基承載力特征值等的確定

3.2.1 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(yīng)符合下列要求：當(dāng)?shù)鼗鶟裣莸燃?jí)為II級(jí)時(shí)，在自重濕陷性黃土場地，地基處理厚度不應(yīng)小于3.5m，且下部未處理濕陷性黃土的剩余濕陷量，不應(yīng)大于200mm”。故有效樁長取4.5m，樁端應(yīng)達(dá)到第3層黃土（無濕陷性），樁長范圍內(nèi)濕陷性應(yīng)全部消除。

3.2.2 樁距確定

設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)算：

計(jì)算孔心距，取S=850mm。

3.2.3 復(fù)合地基承載力特征值的確定

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

3.3 素土擠密樁試樁的檢測

在正式施工前我們在場地內(nèi)選取六處（138根樁）進(jìn)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(jìn)行土工分析試驗(yàn)，檢測結(jié)果黃土濕陷性已消除；并進(jìn)行了復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，對其承載力特征值測試及確定所對應(yīng)的沉降量，均滿足了設(shè)計(jì)要求。故采用的素土擠密的樁徑、樁長、樁間距滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 對素土擠密樁的其它設(shè)計(jì)要求

因基礎(chǔ)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(nèi)用素土回填，且超填500mm，孔底在填料前必須夯實(shí)孔內(nèi)填素土?？變?nèi)填料壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，擴(kuò)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(shè)計(jì)樁頂標(biāo)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(shí)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(fù)合地基剖面示意圖如下：

4、素混凝土樁的設(shè)計(jì)

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

4.1 素混凝土樁復(fù)合地基承載力計(jì)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(jìn)入持力層的深度不小于0.5m，工程樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25。布樁方式采用正方形布樁，間距為1.3米，在獨(dú)立柱基礎(chǔ)范圍內(nèi)地基進(jìn)行布樁。

4.1.1 增強(qiáng)體單樁豎向承載力特征值的確定

增強(qiáng)體單樁豎向承載力特征值按《建筑地基處理技術(shù)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(jì)算，取單樁豎向承載力特征值Ra=550kN，且樁身強(qiáng)度滿足該7.1.6條的規(guī)定。

4.1.2 素混凝土樁復(fù)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(shù)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(jì)算，復(fù)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(dú)立柱基礎(chǔ)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(shè)計(jì)要求。

4.2 素混凝土樁平面布置（局部）詳下圖

4.2 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(qiáng)度等級(jí)為C30。承載力檢驗(yàn)宜在施工結(jié)束28天后進(jìn)行，其樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足試驗(yàn)荷載條件。取3根樁（每組選一根）進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，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(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)對此三組的承載力特征值進(jìn)行測試及確定所對應(yīng)的沉降量，均滿足了設(shè)計(jì)要求。

4.3 素混凝土的其它要求

素混凝土樁施工完畢，樁體強(qiáng)度達(dá)到要求后，將樁頂高出設(shè)計(jì)要求的樁頭鑿除，并人工清除高出設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁間土，清土和截樁時(shí)，不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土，樁頂表面不可出現(xiàn)斜平面；另外，樁頭剔至設(shè)計(jì)標(biāo)高-2.500處，做500厚的褥墊層，通過褥墊層的設(shè)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(shí)系數(shù)大于等于0.97。做法詳素混凝土樁詳圖。

5 復(fù)合地基的施工順序

地基處理施工時(shí)，應(yīng)先施工素土擠密樁，在完成素土擠密樁一段時(shí)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(fù)合地基施工工程樁前，一定要先進(jìn)行復(fù)合地基試驗(yàn)，素混凝土樁單樁試驗(yàn)，經(jīng)檢測合格后方可進(jìn)行工程樁的施工。

6 結(jié)語

本工程所采用的素土擠密樁與素混凝土樁組合復(fù)合地基處理對于濕陷性比較高黃土的和對基礎(chǔ)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(diǎn)，使復(fù)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(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)，工程造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著，在濕陷性黃土場地的工程項(xiàng)目中得到越來越廣泛應(yīng)用。