關(guān)于土木基礎(chǔ)工程中復(fù)合地基技術(shù)的運用探索

袁維紅

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，蘭州 730060）

1 復(fù)合地基概述

1.1 定義

所謂復(fù)合地基指的是，對天然地基予以處理，使其部分土體得到一定程度的增強，或者被置換，或者于其中設(shè)置某種加筋材料，從而得到加固區(qū)是基體以及增強體這兩大部分復(fù)合而成的一種人工地基[1]。

1.2 價值

復(fù)合地基理論、技術(shù)以及實踐應(yīng)用在現(xiàn)階段獲得了良好發(fā)展。復(fù)合地基技術(shù)在地基與基礎(chǔ)工程中得以廣泛應(yīng)用，在此背景下，復(fù)合地基已經(jīng)發(fā)展成為一種重要且常見的地基基礎(chǔ)型式。對復(fù)合地基的理論、技術(shù)以及實踐應(yīng)用予以深入研究，并準(zhǔn)確定位其在基礎(chǔ)工程中扮演的角色，一方面能夠促進地基理論的深化發(fā)展，另一方面能夠推廣該項技術(shù)的實踐應(yīng)用，從而為基礎(chǔ)工程等提供有力保障。

1.3 基本類型

現(xiàn)階段，國內(nèi)常見的復(fù)合地基類型如下：1）各類砂石樁復(fù)合地基；2）水泥土樁復(fù)合地基；3）低強度樁復(fù)合地基；4）土樁、灰土樁復(fù)合地基；5）鋼筋混凝土樁復(fù)合地基；6）薄壁筒樁復(fù)合地基；7）加筋土地基等[2]。大量實踐應(yīng)用已經(jīng)證明，復(fù)合地基具有較為理想的經(jīng)濟價值以及社會價值。

2 案例分析

某建筑物基礎(chǔ)工程，復(fù)合地基承載力設(shè)計在260 kPa以上，除此之外，待地基有效沉降且達到穩(wěn)定狀態(tài)之后，平面傾斜＜3‰，沿建筑四周方向任意10 m周長的沉降差不可超過25 mm，建筑中心、邊緣之間的沉降差應(yīng)控制在170~280 mm之間[3]。

結(jié)合地質(zhì)、水文以及施工等各方面因素，本著“安全+高效”的前提，對本工程的一系列施工方案予以系統(tǒng)地比較和選擇，通過工程試驗，認為CFG樁復(fù)合地基技術(shù)更具優(yōu)勢，因而采用。

2.1 CFG樁的設(shè)計理論及施工控制

2.1.1 CFG樁設(shè)計理論

以CFG樁復(fù)合地基為研究對象，對其沉降特性予以現(xiàn)場試驗，獲取其在沉降以及變形方面的規(guī)律，尤其是沉降和樁長、樁距之間的內(nèi)在關(guān)系?；谒诘氐牡刭|(zhì)條件，結(jié)合樁長、樁徑以及樁心距等一系列參數(shù)予以系統(tǒng)分析和計算，確定若干設(shè)計參數(shù)。

2.1.1.1 CFG樁單樁豎向極限承載力特征值計算

可采用式（1）及式（2）進行計算，取兩者之中的小者。

式中：Rk——單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

η——強度折減系數(shù)，一般取0.6；

fcn，k——樁體28 d立方體強度（規(guī)格為15 cm×

15 cm×15 cm）；

Up——樁的實際周長；

qsi——第i層土對應(yīng)的極限側(cè)阻力；

hi——第i層土具體厚度；

qp——樁端持力層對應(yīng)的極限端阻力；

Ap——樁實際截面積；

k——安全系數(shù)（1.0~1.3）[4]。

2.1.1.2 復(fù)合地基承載力計算公式

式中：fsp——復(fù)合地基承載力對應(yīng)的特征值；

m——面積置換率；

Ap——樁實際截面積；

fk——天然地基承載力具有的標(biāo)準(zhǔn)值；

α——加固完成后樁間土承載力對應(yīng)的特征值和天然地基承載力對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值之比（1.0~1.2）；

β——樁間土強度發(fā)揮系數(shù)（0.75~1.0）。

2.1.1.3 樁間距計算

式中：l——樁間距；

Ap——樁截面積。

2.1.1.4 地基沉降量的計算

式中：n1——加固區(qū)分層數(shù)；n2——總的分層數(shù)；

ΔPoi——荷載Po對i層土施加的平均附加

壓力；

Esi——第i層土對應(yīng)的壓縮模量；

hi——第i層土對應(yīng)的分層厚度；

ζ——模量提高系數(shù)，其中m指的是置換率，n指的是樁土應(yīng)力比，α指的是樁間土強度提高系數(shù)；

ψ——沉降計算經(jīng)驗系數(shù)。

為兼顧強度及變形的實際需求，基于計算以及試驗進行相應(yīng)調(diào)整，最終確定：樁徑大小400 mm；樁長應(yīng)穿越粉質(zhì)黏土層，然后進入中粗砂層0.5 m位置處。對樁體進行制作時，選用CFG素混凝土，樁身強度控制在C15。在制作樁體時，除用到碎石、中細砂以及水泥之外，還需用到粉煤灰以及某些外加劑（如早強劑）等。對坍落度進行嚴(yán)格控制，使其位于180~200 mm這一范圍。在樁頂面、基礎(chǔ)素砼墊層底面之間設(shè)置一砂石褥墊層，壓實處理之后，厚度大約為200 mm[5]。單樁承載力等參數(shù)詳見表1。

表1 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)

2.1.2 施工工藝及質(zhì)量控制

結(jié)合各方面因素，通過長螺旋鉆機以完成成孔作業(yè)，芯管泵送方式進行灌注。施工環(huán)節(jié)，應(yīng)保證鉆桿芯管為混凝土充滿之后再拔管。拔管操作時，在速度上應(yīng)和混凝土供給保持同步，通常2~3 m/min，且要保證拔管的連續(xù)性以及均勻性。實踐表明，假若拔管偏快，則有幾率造成斷樁，假若拔管偏慢，則有幾率引發(fā)砼離析問題。向芯管注入一定量的混凝土之后，先予以8 s左右的振動，然后一邊振動一邊拔出，同時嚴(yán)格控制單次拔管高度，通常取25 cm及以下[6]，拔管操作時，應(yīng)使管中混凝土面超出地表面一定值，從而確保樁身具有理想完整性。樁管反插操作有幾率造成自身摻入少許混凝土，給樁體質(zhì)量帶來嚴(yán)重負面影響，因而在拔管環(huán)節(jié)，應(yīng)避免反插式作業(yè)。以鉆機電流值等信息為依據(jù)，分析樁頭是否到達預(yù)定的持力層位置。待達到硬土層之后，需要合理進尺，從而實現(xiàn)設(shè)計要求的嵌入深度。

2.1.3 加固效果及其影響因素分析

CFG樁施工及其質(zhì)量主要受三方面因素的制約：1）場地；2）氣候；3）施工工藝。采用 CFG 樁，其樁體有幾率出現(xiàn)輕重不同的排水問題。待施工完成之后，應(yīng)進行取樣分析，同時輔以靜載試驗，假若得出的結(jié)論是樁體強度符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，該現(xiàn)象有利無害，能夠在一定程度上規(guī)避孔壓消散過緩而形成的諸如地面隆起一類的問題，不僅如此，還有助于樁間土密度的顯著提高。施工結(jié)束2h內(nèi)，個別樁有可能樁身冒水，甚至發(fā)生砼離析現(xiàn)象。以工程勘察報告為基礎(chǔ)，展開全面而細致的分析，發(fā)現(xiàn)地下水位偏高是這一問題的主要原因之一。對砼的和易性予以必要優(yōu)化，樁體冒水情況得到有效解決。

檢測發(fā)現(xiàn)，部分樁土的實際承載力甚至大于450 kPa[6]，（其 P-S 曲線詳見圖 1）。取樣分析，發(fā)現(xiàn)載荷板下存在較大厚度的素填土冰凍層（大約為130 mm），這一因素嚴(yán)重影響了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，具體表示就是，地基承載力明顯大于正常值。表層非凍土復(fù)合地基承載力P-S曲線詳見圖2。

圖1 表層冰凍土復(fù)合地基P-S曲線

圖2 表層非冰凍土復(fù)合地基P-S曲線

為保證CFG樁復(fù)合地基質(zhì)量，所以，應(yīng)嚴(yán)格檢測工作。施工完成后28 d，隨機抽取5根樁復(fù)合地基分別予以小應(yīng)變檢測以及靜載荷試驗。建筑所在場地原狀土基本承載力大約在120~140 kPa之間，予以單樁復(fù)合地基處理之后，進行靜載荷試驗，發(fā)現(xiàn)地基承載力明顯提升，集中在280~310 kPa之間，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)260 kPa。經(jīng)觀測確定，無論是沉降，又或者是變形，均能夠符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3 復(fù)合地基技術(shù)前景展望

復(fù)合地基同淺基礎(chǔ)以及樁基礎(chǔ)一道構(gòu)成土木基礎(chǔ)工程建設(shè)中的（建筑物基礎(chǔ)）最為常用的三大基礎(chǔ)形式。復(fù)合地基實現(xiàn)了天然地基、增強體之間的有機結(jié)合，表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟性。應(yīng)用復(fù)合地基技術(shù)時，可合理設(shè)置增強體相關(guān)參數(shù)（包括剛度、長度以及復(fù)合地基置換率等），從而實現(xiàn)對地基承載力顯著提高，以及對控制沉降量的有效控制，表現(xiàn)出了較為理想的靈活性。由此可見，復(fù)合地基具有極大的發(fā)展?jié)摿?。展望該技術(shù)的發(fā)展前景，筆者認為，無論在計算理論方面，還是在應(yīng)用形式方面，又或者在施工工藝以及質(zhì)量檢測方面，復(fù)合地基均具有廣闊的提升和發(fā)展空間，同時仍然有諸多問題亟待解決。復(fù)合地基及其技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，是建立在工程實踐基礎(chǔ)之上的，所以，在鉆研理論的過程中，也不可忽視工程實踐的研究，因而需要設(shè)計方、施工方、科研方以及業(yè)主方通力合作。

隨著復(fù)合地基形式的多樣化，其施工工藝也獲得了長足進步。現(xiàn)階段，不同形式孔內(nèi)夯擴樁的出現(xiàn)以及應(yīng)用便是有力證明。渣土樁技術(shù)、夯實水泥土樁技術(shù)以及沖錘成孔碎石樁技術(shù)等相繼出現(xiàn)，且在實踐應(yīng)用中得以不斷完善。值得一提的是，低強度樁施工技術(shù)也取得了較大發(fā)展，除此之外，增強體材料的應(yīng)用，可實現(xiàn)對地方材料的有效利用，且在有利于環(huán)境保護[7]。

在復(fù)合地基技術(shù)廣泛應(yīng)用的推動下，復(fù)合地基質(zhì)量檢測技術(shù)也隨之迎來了更進一步的發(fā)展，然而，其仍舊尚有諸多問題亟待解決。復(fù)合地基的檢測，不僅涉及樁體本身質(zhì)量的檢測，同時還涉及樁間土的測試，除此之外，還涉及樁土復(fù)合體實際性能的測試。

4 結(jié)語

復(fù)合地基技術(shù)的應(yīng)用具有理想的經(jīng)濟價值以及社會價值，當(dāng)然，在應(yīng)用及推廣中尚有諸多問題亟待解決，尤其是如何有效控制工后沉降量問題。對于復(fù)合地基而言，其工程實踐竟然大幅超越理論研究，所以，在今后的一段時間里，有必要重視并做好復(fù)合地基設(shè)計計算的理論研究。遵循“實踐→理論→實踐”的發(fā)展路線，不斷完善復(fù)合地基技術(shù)，使其在工程實踐中獲得更好地運用。

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